一种基于MATLAB的六角图辅助分析工具

宋金来

（广东电网有限责任公司江门供电局，广东 江门 529000）

“六角图试验”是指将被检测的电流IA按照所规定极性载入功率表端的电流端子，并且将隶属于同一个系统的电压UAB、UBC、UCA按照同样的规定极性有序载入相同的功率表的电压端子中，然后对这些电压下的功率表进行读数；再对电流 IB、IC的接入功率重复上述操作的实验过程。

1 背景技术

电力系统变电站继电保护工作中，110kV及以上新投产主变压器带负荷试验（俗称六角图试验）成为验证其保护测控二次接线、CT绕组极性、变比等参数是否正确的重要一环。

主变带负荷试验工作中，对于六角图分析判断，常常取决于工作人员个人经验和技能熟悉程度，增加了随意性，提高了结论出错的风险。所以此环节缺乏相关规范化、程序化的措施或工具。同时，在绘制六角图编撰试验报告环节，由于常用的Word等软件缺乏专门处理向量矩阵的功能，导致绘图效率极其低下，制表时间花费较长，而且容易产生格式错误导致图形畸变的情况。

尽管许多人已经意识到这个问题，并陆陆续续推出了一些六角图测试产品，但是在智能判断、自动生成试验报告、切合电力系统主变运行实际等方面一直没有较大进步，具体存在的问题如下：

（1）六角图绘制多由人工完成，缺乏必要的准确保证，且耗费时间；

（2）由六角图推断CT绕组极性、变比等回路接线的正确性多由工作人员凭经验判别，缺乏相应规范；

（3）现有的一些矢量相位仪只生成矢量图，不能智能提供结论，或者所给判据与电力系统主变二次回路相关要求相差甚远；

（4）现有的一些相位仪表生成的矢量图难以转移到电脑环境进行数据分析和打印试验报告；

（5）目前为止，市场上没有专门针对电网生产班组设计出符合电力生产实际的主变六角图辅助分析工具。

2 改进方案

2.1 总体性能

本文针对现有技术的不足，研究了一种使用方便、精确智能的六角图辅助分析工具。其技术解决方案如下：

一种智能快捷的六角图绘制及分析工具，包括计算机、六角图辅助分析软件、打印机。六角图辅助分析软件采用MATLAB语言编写，最后编译成为可独立运行的可执行文件（.exe）。该软件通过测试数据的矢量化处理，能自动绘制清晰精确的六角图。

该工具将符合主变带负荷试验的各项参数及判据整合到软件程序中，能对各项技术指标（如CT绕组极性、CT变比、功率因素角等）进行智能检测，告警标示出异常情况，给出判断结论和核查建议，并输出试验报告式的数据界面，可直接打印得到试验报告。

2.2 技术要求

所述的软件核心算法涵盖电流相序校验、高-低压侧同相电流相位差校验、电流互感器（简称CT）变比校验、CT绕组极性校验、功率因素角校验、差电流检测；

所述的软件生成的试验报告由数据表格、电流电压六角图、功率图、检测结果构成。通过数据矩阵化处理，其格式及内容规范与电力试验班组通用的试验报告一致；

所述的试验报告可编辑性在于用户可在自动生成的电子界面对相关数据、项目进行修改及增补。

2.3 实用效果

由于采用了上述技术方案，本文提出的六角图辅助分析工具，运用软件控制和自动判断的思想设计出了智能处理软件，大大减轻了继电保护生产班组绘制六角图、编撰试验报告的工作量。同时将各项判断规范整合到软件程序中，杜绝了因人工判断而出错的情况，保证了主变CT绕组接线、CT变比、差电流计算等二次回路的正确性，降低了差动保护误动的风险，保障了电力系统的稳定运行。针对电网生产班组设计出符合生产实际的六角图辅助分析工具，可在电网生产班组推广使用。

3 具体实施方式

本实用新型提供的六角图辅助分析工具，主体为一个编译成可执行文件（.exe）的软件，其搭载在计算机中，配合打印机运行。其开发过程采用MATLAB语言，主要流程为：数据输入→数据矢量化→六角图绘制→异常点检测→试验报告界面预设→程序编译。

3.1 数据输入及矢量化

程序通过inputdlg与str2double函数的嵌套，实现了用户交互式的数据输入和文本→数字的转换。同时六角图坐标是以90°为基准、以顺时针为正方向的非标准极坐标，故通过新定义矩阵I2，采用语句90.-I（1：3，2）.*pi./180恰好能将实测值转换为标准坐标，从而可得矢量化的X，Y，x，y。则根据横纵坐标矩阵可定位各电流位置向量。

图1 六角图试验报告示例

3.2 六角图绘制及异常点检测

程序通过subplot函数定义图形区域，通过compass、text、title、set等函数绘制出坐标轴、向量箭头、文字标注等；

在数据分析阶段，本工具联系主变带负荷测试现场实际，整合了六角图各要素判据：

（1）同一组CT的三相电流之间的相位需准确（正序）；

（2）高低压侧的CT电流相位差需符合主变接线方式要求（如Y/△-11型变压器两侧同相电流相差30°）；

（3）电流互感器的变比需合规；

（4）保护、测控、计量、录波各绕组的CT极性需合规；

（5）二次电气量计算的P、Q数值需与监控后台显示值一致；

（6）P、Q在复平面方向与潮流方向需合规；

（7）变压器差电流需低于合理值。

在编程实现过程中，通过循环判断嵌套，对各项目逐一检测。比如正序判据采用夹角120°+顺时针方向算法。首先利用点乘矢量求反三角可得夹角，即向量a·b=|a|*|b|*cos可解决夹角数值统一性问题。然后利用a、b、c顺势相减比差（需考虑负值转正）可得相序。最后结合if语句解决实际测量仪器的角度数值非最简周期值的问题。

通过全局变量r的记录异常状态的数量，最后通过条件语句有选择地输出结论。

3.3 试验报告预设及程序编译

如图1所示，在figure定位窗体后，定义position属性确定版面布局。定义细胞矩阵dat1～5储存制表元素，num2str函数导入相应数据，strcat函数合并字符。通过设置和调整表格行列距、名称、颜色、可编辑性等属性，得到与目前电网继电保护班组使用相一致的电子版试验报告，最后通过打印机得到纸质版。

最后，通过调用mcc编译器，将写好的M文件向C语言编译，最后形成.exe可执行文件，配合MCR即可脱离MATLAB环境在任意电脑上顺利运行。

结语

综上所述，本文将程序辅助分析与传统六角图试验相结合，利用MATLAB编程环境矢量处理能力的优势和GUI交互式界面功能的便捷，结合电力生产工作实际，整合主变带负荷试验六角图的相关判据编写入程序，达到以程序运算代替手动画图，以固化判据代替人为经验的目的。此工具的后续推广使用，将有效减少继保人员的工作量，降低人为原因对二次回路的错误判断，从而避免了主变保护的误动作，为整个电力系统的安全稳定运行奠定了坚实的基础。

[1]胡勇.六角图试验的使用与说明[J].综合研究，2011（06）.

[2]丁泠允，胡晶晶.变压器比率差动保护原理及校验方法[J].继电器，2012，35（12）：67-70.

[3]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京：中国电力出版社，2011.

[4]王鲁杨，王禾兴，吴秀松，等.关于六角图法判断电能表实际接线情况的结论分析[J].计量与测试技术，2003（05）.