羅振威 張俊杰 吳少楠 于廷文 何雄輝

摘要：基于傳統(tǒng)帶負(fù)荷測(cè)試流程復(fù)雜、中間環(huán)節(jié)多、工作效率低等缺點(diǎn)，在三相相位伏安表的基礎(chǔ)上，研制新的帶負(fù)荷測(cè)試智能二次回路分析裝置，首先闡述該裝置工作原理與設(shè)計(jì)方案，然后對(duì)其測(cè)試過(guò)程進(jìn)行具體的數(shù)值分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：利用該裝置能夠判斷出電壓、電流互感器二次回路極性和相序是否接線(xiàn)錯(cuò)誤，直觀顯示二次回路接線(xiàn)圖，避免人工分析判斷帶來(lái)的失誤。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù);帶負(fù)荷測(cè)試;二次回路分析

1? ? 原有帶負(fù)荷測(cè)試方法的不足

變電站新設(shè)備投運(yùn)或電流二次回路改動(dòng)過(guò)的設(shè)備恢復(fù)送電時(shí)，繼電保護(hù)裝置需要進(jìn)行帶負(fù)荷向量測(cè)試，即測(cè)量三相負(fù)荷電流的有效值和相對(duì)于基準(zhǔn)電壓的相位并判斷相序，以檢測(cè)二次電流、電壓回路的正確性，進(jìn)而保證保護(hù)正確動(dòng)作[1]。

保護(hù)裝置二次電壓回路正相序三種、逆相序三種，三個(gè)TV極性組合8種，電壓二次回路就有48種組合，電流回路同樣也有48種，共有三相電壓、三相電流接線(xiàn)方式2 304種，但其中只有一種是正確的[2]。傳統(tǒng)帶負(fù)荷測(cè)試普遍使用相位表進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)的方式，再根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)的六角圖，依靠人工去分析判斷交流二次回路接線(xiàn)是否正確，沒(méi)有豐富的工作經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)很容易造成錯(cuò)誤[3]。這樣的操作方式不但流程繁瑣復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)較多，工作效率低，而且容易因?yàn)槿说囊蛩卦斐膳袛噱e(cuò)誤。

2? ? 帶負(fù)荷測(cè)試智能二次回路分析裝置工作原理與技術(shù)方案

帶負(fù)荷測(cè)試智能二次回路分析裝置由帶有USB接口的三相電壓、電流測(cè)量裝置和平板電腦組成，兩者之間使用USB連接。帶有USB接口的三相電壓、電流測(cè)量裝置本身由測(cè)量處理器和USB接口處理器雙處理器組成，測(cè)量處理器對(duì)電壓、電流進(jìn)行采樣，并經(jīng)過(guò)FFT、DSP計(jì)算得到頻率、幅值、相位、功率、諧波、波形這些電參數(shù)，USB接口處理器將測(cè)量處理器傳輸?shù)挠?jì)算結(jié)果緩存并通過(guò)USB接口發(fā)送到上位機(jī)平板電腦顯示。測(cè)量處理器和USB接口處理器之間采用高速雙向SPI通信，使兩個(gè)處理器不僅能夠獨(dú)立工作，還能進(jìn)行相互之間的高速通信。雙處理器的智能帶負(fù)荷測(cè)試裝置不僅可以快速進(jìn)行諧波、波形分析，而且可以緩存所有測(cè)量結(jié)果，配有USB接口，適合與多種上位機(jī)通信。

硬件設(shè)計(jì)的基本思路是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行取樣，經(jīng)隔直放大后送入ADC進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)單片機(jī)對(duì)采樣結(jié)果加以分析和處理，再將處理好的數(shù)據(jù)結(jié)果通過(guò)USB傳送給其他設(shè)備[4]。根據(jù)這個(gè)思路得到硬件方案的模塊框圖如圖1所示。

3? ? 帶負(fù)荷測(cè)試智能二次回路分析方法

測(cè)試步驟流程如圖2所示。

步驟1，設(shè)定一次有功功率P、無(wú)功功率Q。

步驟2，根據(jù)輸入P和Q計(jì)算平均功率因數(shù)角φUI。φUI=

arctan（P/Q），φUI范圍為-90°～90°。

步驟3，讀取測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)。

步驟4，根據(jù)計(jì)算的平均功率因數(shù)角φUI對(duì)讀取到的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行電流二次回路判別：

設(shè)定功率角允許偏差閾值，允許偏差為X，對(duì)測(cè)量得到的以A相電壓U1為基準(zhǔn)的三相電流相位φU1I1、φU1I2、φU1I3三個(gè)角度φ依次進(jìn)行如下分析：

例如，對(duì)TA1回路電流I1進(jìn)行如下計(jì)算：φ=φU1I1-φUI-X，如果小于0則加上360，調(diào)整φ到0°～360°;計(jì)算φ/60并取整，根據(jù)φ的值，會(huì)得到0～5的整數(shù)，分別代表φ的區(qū)域：0（0°～60°）、1（60°～120°）、2（120°～180°）、3（180°～240°）、4（240°～300°）、5（300°～360°），根據(jù)所得整數(shù)查表1，即可得到TA1回路電流I1的分析結(jié)果，具體如表1所示。

對(duì)TA2回路電流I2使用φU1I2、TA3回路電流I3使用φU1I3重復(fù)以上計(jì)算分析，可得到TA1、TA2、TA3的極性及相別;

根據(jù)I1、I2、I3對(duì)應(yīng)的相別（A相、B相、C相）來(lái)確定電流的相序，排序?yàn)锳BC、CBA、BCA時(shí)為正相序，排序?yàn)锳CB、BAC、CBA時(shí)為逆相序。

步驟5，根據(jù)電壓之間相位進(jìn)行電壓二次回路判別。

電壓回路以測(cè)量的U1對(duì)應(yīng)A相電壓為基準(zhǔn)，A相電壓已經(jīng)過(guò)站內(nèi)核相，U1為A相，TV1極性正。設(shè)定電壓相位角允許偏差閾值，允許偏差為Y，允許偏差Y可以為3°;

對(duì)U2進(jìn)行計(jì)算：φ=φU1U2-Y，為U1超前U2的角度。

當(dāng)φ/60為1時(shí)，TV3回路電壓反向，該二次回路電壓對(duì)應(yīng)一次C相電壓;

當(dāng)φ/60為2時(shí)，TV2回路電壓正向，該二次回路電壓對(duì)應(yīng)一次B相電壓;

當(dāng)φ/60為4時(shí)，TV3回路電壓正向，該二次回路電壓對(duì)應(yīng)一次C相電壓;

當(dāng)φ/60為5時(shí)，TV2回路電壓反向，該二次回路電壓對(duì)應(yīng)一次B相電壓;

電壓二次回路判別過(guò)程中，當(dāng)φ/60為0或3時(shí)則是錯(cuò)誤。

同樣可以對(duì)U3進(jìn)行分析，即可得到電壓二次回路接線(xiàn)相序和極性。

步驟6，顯示電壓、電流二次回路判別的文字結(jié)果和接線(xiàn)圖，讀取下一次測(cè)量結(jié)果，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析[5]。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

綜合上述分析，本裝置提供的智能帶負(fù)荷測(cè)試分析方法，能夠直接對(duì)交流二次回路的三相電流、電壓進(jìn)行同步測(cè)量，并能利用USB接口上傳到平板電腦，在平板電腦中依據(jù)設(shè)定的有功和無(wú)功功率、PT和CT變比自動(dòng)分析判斷出二次回路接線(xiàn)是否正確，直觀顯示判別結(jié)果，有效避免了重復(fù)測(cè)試、人為記錄等所帶來(lái)的結(jié)果偏差，提升了測(cè)試效率，并且避免了由于人的因素造成的判斷錯(cuò)誤。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 楊鵬.變電站繼電保護(hù)二次回路的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及故障分析[J].電子測(cè)試，2019（6）：87-88.

[2] 賀家李.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].4版.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3] 林冶.智能變電站二次系統(tǒng)原理與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2016.

[4] 廖義奎.Cortex-M3之STM32嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[5] 吳飛.變電站二次回路及繼電保護(hù)調(diào)試技術(shù)措施分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2019（4）：214-216.

收稿日期：2019-12-10

作者簡(jiǎn)介：羅振威（1964—），男，廣東江門(mén)人，高級(jí)工程師，從事電網(wǎng)繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)工作。