一種基于MATLAB的六角圖輔助分析工具

宋金來

（廣東電網有限責任公司江門供電局，廣東 江門 529000）

“六角圖試驗”是指將被檢測的電流IA按照所規定極性載入功率表端的電流端子，并且將隸屬于同一個系統的電壓UAB、UBC、UCA按照同樣的規定極性有序載入相同的功率表的電壓端子中，然后對這些電壓下的功率表進行讀數；再對電流 IB、IC的接入功率重復上述操作的實驗過程。

1 背景技術

電力系統變電站繼電保護工作中，110kV及以上新投產主變壓器帶負荷試驗（俗稱六角圖試驗）成為驗證其保護測控二次接線、CT繞組極性、變比等參數是否正確的重要一環。

主變帶負荷試驗工作中，對于六角圖分析判斷，常常取決于工作人員個人經驗和技能熟悉程度，增加了隨意性，提高了結論出錯的風險。所以此環節缺乏相關規范化、程序化的措施或工具。同時，在繪制六角圖編撰試驗報告環節，由于常用的Word等軟件缺乏專門處理向量矩陣的功能，導致繪圖效率極其低下，制表時間花費較長，而且容易產生格式錯誤導致圖形畸變的情況。

盡管許多人已經意識到這個問題，并陸陸續續推出了一些六角圖測試產品，但是在智能判斷、自動生成試驗報告、切合電力系統主變運行實際等方面一直沒有較大進步，具體存在的問題如下：

（1）六角圖繪制多由人工完成，缺乏必要的準確保證，且耗費時間；

（2）由六角圖推斷CT繞組極性、變比等回路接線的正確性多由工作人員憑經驗判別，缺乏相應規范；

（3）現有的一些矢量相位儀只生成矢量圖，不能智能提供結論，或者所給判據與電力系統主變二次回路相關要求相差甚遠；

（4）現有的一些相位儀表生成的矢量圖難以轉移到電腦環境進行數據分析和打印試驗報告；

（5）目前為止，市場上沒有專門針對電網生產班組設計出符合電力生產實際的主變六角圖輔助分析工具。

2 改進方案

2.1 總體性能

本文針對現有技術的不足，研究了一種使用方便、精確智能的六角圖輔助分析工具。其技術解決方案如下：

一種智能快捷的六角圖繪制及分析工具，包括計算機、六角圖輔助分析軟件、打印機。六角圖輔助分析軟件采用MATLAB語言編寫，最后編譯成為可獨立運行的可執行文件（.exe）。該軟件通過測試數據的矢量化處理，能自動繪制清晰精確的六角圖。

該工具將符合主變帶負荷試驗的各項參數及判據整合到軟件程序中，能對各項技術指標（如CT繞組極性、CT變比、功率因素角等）進行智能檢測，告警標示出異常情況，給出判斷結論和核查建議，并輸出試驗報告式的數據界面，可直接打印得到試驗報告。

2.2 技術要求

所述的軟件核心算法涵蓋電流相序校驗、高-低壓側同相電流相位差校驗、電流互感器（簡稱CT）變比校驗、CT繞組極性校驗、功率因素角校驗、差電流檢測；

所述的軟件生成的試驗報告由數據表格、電流電壓六角圖、功率圖、檢測結果構成。通過數據矩陣化處理，其格式及內容規范與電力試驗班組通用的試驗報告一致；

所述的試驗報告可編輯性在于用戶可在自動生成的電子界面對相關數據、項目進行修改及增補。

2.3 實用效果

由于采用了上述技術方案，本文提出的六角圖輔助分析工具，運用軟件控制和自動判斷的思想設計出了智能處理軟件，大大減輕了繼電保護生產班組繪制六角圖、編撰試驗報告的工作量。同時將各項判斷規范整合到軟件程序中，杜絕了因人工判斷而出錯的情況，保證了主變CT繞組接線、CT變比、差電流計算等二次回路的正確性，降低了差動保護誤動的風險，保障了電力系統的穩定運行。針對電網生產班組設計出符合生產實際的六角圖輔助分析工具，可在電網生產班組推廣使用。

3 具體實施方式

本實用新型提供的六角圖輔助分析工具，主體為一個編譯成可執行文件（.exe）的軟件，其搭載在計算機中，配合打印機運行。其開發過程采用MATLAB語言，主要流程為：數據輸入→數據矢量化→六角圖繪制→異常點檢測→試驗報告界面預設→程序編譯。

3.1 數據輸入及矢量化

程序通過inputdlg與str2double函數的嵌套，實現了用戶交互式的數據輸入和文本→數字的轉換。同時六角圖坐標是以90°為基準、以順時針為正方向的非標準極坐標，故通過新定義矩陣I2，采用語句90.-I（1：3，2）.*pi./180恰好能將實測值轉換為標準坐標，從而可得矢量化的X，Y，x，y。則根據橫縱坐標矩陣可定位各電流位置向量。

圖1 六角圖試驗報告示例

3.2 六角圖繪制及異常點檢測

程序通過subplot函數定義圖形區域，通過compass、text、title、set等函數繪制出坐標軸、向量箭頭、文字標注等；

在數據分析階段，本工具聯系主變帶負荷測試現場實際，整合了六角圖各要素判據：

（1）同一組CT的三相電流之間的相位需準確（正序）；

（2）高低壓側的CT電流相位差需符合主變接線方式要求（如Y/△-11型變壓器兩側同相電流相差30°）；

（3）電流互感器的變比需合規；

（4）保護、測控、計量、錄波各繞組的CT極性需合規；

（5）二次電氣量計算的P、Q數值需與監控后臺顯示值一致；

（6）P、Q在復平面方向與潮流方向需合規；

（7）變壓器差電流需低于合理值。

在編程實現過程中，通過循環判斷嵌套，對各項目逐一檢測。比如正序判據采用夾角120°+順時針方向算法。首先利用點乘矢量求反三角可得夾角，即向量a·b=|a|*|b|*cos可解決夾角數值統一性問題。然后利用a、b、c順勢相減比差（需考慮負值轉正）可得相序。最后結合if語句解決實際測量儀器的角度數值非最簡周期值的問題。

通過全局變量r的記錄異常狀態的數量，最后通過條件語句有選擇地輸出結論。

3.3 試驗報告預設及程序編譯

如圖1所示，在figure定位窗體后，定義position屬性確定版面布局。定義細胞矩陣dat1～5儲存制表元素，num2str函數導入相應數據，strcat函數合并字符。通過設置和調整表格行列距、名稱、顏色、可編輯性等屬性，得到與目前電網繼電保護班組使用相一致的電子版試驗報告，最后通過打印機得到紙質版。

最后，通過調用mcc編譯器，將寫好的M文件向C語言編譯，最后形成.exe可執行文件，配合MCR即可脫離MATLAB環境在任意電腦上順利運行。

結語

綜上所述，本文將程序輔助分析與傳統六角圖試驗相結合，利用MATLAB編程環境矢量處理能力的優勢和GUI交互式界面功能的便捷，結合電力生產工作實際，整合主變帶負荷試驗六角圖的相關判據編寫入程序，達到以程序運算代替手動畫圖，以固化判據代替人為經驗的目的。此工具的后續推廣使用，將有效減少繼保人員的工作量，降低人為原因對二次回路的錯誤判斷，從而避免了主變保護的誤動作，為整個電力系統的安全穩定運行奠定了堅實的基礎。

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