國(guó)內(nèi)外故障錄波器的現(xiàn)狀分析和比較

1、    國(guó)內(nèi)外故障錄波器的現(xiàn)狀分析和比較            作者：周興軍 駱健 丁網(wǎng)林時(shí)間：2007-11-25 12:07:00                     摘要：故障錄波器是分析系統(tǒng)故障的重要依據(jù)，對(duì)國(guó)外廠商生產(chǎn)的故障錄

2、波器和國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的故障錄波器的配置、結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行了論述。在比較和分析了國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品的長(zhǎng)處和不足的基礎(chǔ)上，結(jié)合故障錄波器數(shù)據(jù)采集，啟動(dòng)判據(jù)、故障測(cè)距、分析軟件等關(guān)鍵技術(shù)，提出幾點(diǎn)關(guān)于提高錄波裝置性能的建議。圖幅。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自記裝置系統(tǒng)分析自動(dòng)化儀表故障錄波器  引言故障錄波器是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時(shí)能自動(dòng)記錄的一種裝置，它可以記錄因短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動(dòng)引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量，如有功、無(wú)功以及系統(tǒng)頻率的全過(guò)程變化現(xiàn)象。主要用于檢測(cè)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為，了解系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)中各電參量的變化規(guī)律，校核電力系統(tǒng)計(jì)算程序及模型參數(shù)的

3、正確性。多年來(lái)，故障錄波已成為分析系統(tǒng)故障的重要依據(jù)。電壓等級(jí)的系統(tǒng)由于其運(yùn)行涉及系統(tǒng)的穩(wěn)定及系統(tǒng)電壓和頻率的崩潰等系統(tǒng)級(jí)的異常情況，必須安裝專門(mén)的故障錄波裝置。年電力部頒布了電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則，明確規(guī)定了系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄裝置應(yīng)達(dá)到的記錄要求。這對(duì)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的故障錄波裝置提出了更高的要求。國(guó)外故障錄波器發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外的故障錄波器一般采用分散式結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計(jì)，可以分散安裝在開(kāi)關(guān)柜或保護(hù)小室內(nèi)，通過(guò)以太網(wǎng)可以連到一臺(tái)所級(jí)計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)傳到調(diào)度中心。例如，西門(mén)子公司的故障及數(shù)字錄波系統(tǒng)。是西門(mén)子公司推出的智能化錄波器，其結(jié)構(gòu)（如圖）。錄波器錄波器選用位微型工控板，內(nèi)插電源板、各種智能數(shù)據(jù)采集

4、板構(gòu)成完全的模塊化設(shè)計(jì)。它每塊采集模塊有路模擬量通道和路開(kāi)關(guān)量通道或路開(kāi)關(guān)量通道，開(kāi)關(guān)量輸入以的頻率采樣，分辨率為，模擬量采樣頻率為，分辨率為位。每一路輸入都裝有放大器、抗混疊濾波器和一個(gè)?轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號(hào)處理器以的時(shí)鐘頻率進(jìn)行測(cè)量。數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)高速的?的總線跟中央處理器連接，的是至少帶內(nèi)存的位處理器，它協(xié)調(diào)所有的數(shù)據(jù)采集板完成如下功能：·故障啟動(dòng)判斷；·故障前、故障變化和故障后的過(guò)程記錄；·計(jì)算并記錄電氣測(cè)量值（電壓、電流、有功、無(wú)功、功率因數(shù)）；·計(jì)算并記錄正負(fù)序分量、諧波量、直流分量和相位；·記錄頻率變化過(guò)程，頻率通道的精度為

5、7;；·對(duì)記錄進(jìn)行管理以方便分析程序?qū)收嫌涗浀氖褂?。在硬件配置和軟件設(shè)計(jì)方面都有自己與眾不同的特點(diǎn)。概括起來(lái)，主要有以下幾個(gè)方面：·一個(gè)新的變送器原理允許電流的測(cè)量范圍為有效值，這種互感器使得記錄的同時(shí)可有的直流偏移分量；·測(cè)量誤差小于，的采樣頻率，具有次諧波的分析能力；·使用技術(shù)使具有至少的硬盤(pán)容量。采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，使大量數(shù)據(jù)減少為原來(lái)的，字節(jié)的硬盤(pán)具有大約字節(jié)的網(wǎng)能力，這就意味著遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)的傳輸可以利用?的已存在網(wǎng)絡(luò)，等同于使用/現(xiàn)代化網(wǎng)不僅提高了存貯能力，還利于存貯器進(jìn)行分布數(shù)據(jù)歸檔和快速向電力控制中心傳輸數(shù)據(jù)；·使用實(shí)現(xiàn)同步，為實(shí)現(xiàn)各

6、點(diǎn)錄波數(shù)據(jù)的綜合分析提供了方便。直接以對(duì)時(shí)信號(hào)控制采樣脈沖，將相誤差降低為，對(duì)于電力頻率為，相應(yīng)的相角誤差僅為度；·每個(gè)設(shè)備都裝設(shè)有一個(gè)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器板，通過(guò)它可以和、及模擬或數(shù)字電話網(wǎng)連接；·采用智能化的順序控制和抑制時(shí)間設(shè)定，可以根據(jù)不同的故障靈活的調(diào)整數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間；另外它還可以對(duì)不同的觸發(fā)通道設(shè)置不同的記錄方式，例如對(duì)某些會(huì)出現(xiàn)短時(shí)狀態(tài)變化的開(kāi)關(guān)量設(shè)定特殊的記錄過(guò)程。這種設(shè)計(jì)有利于故障分析和存貯單元的充分利用。診斷系統(tǒng)西門(mén)子故障錄波系統(tǒng)裝有自動(dòng)計(jì)算程序，當(dāng)數(shù)據(jù)被記錄后，程序自動(dòng)啟動(dòng)并產(chǎn)生一個(gè)目錄文件，包括所有需要的信息，并對(duì)每一條饋線都進(jìn)行診斷。故障數(shù)據(jù)管理裝置就實(shí)現(xiàn)

7、這一功能，它裝有故障分析軟件包，能實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)距、諧波分析、電能質(zhì)量分析等功能。如果在調(diào)度端裝有程序包，就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和管理。除了西門(mén)子公司的產(chǎn)品外，國(guó)外其它一些廠家也有類似的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)對(duì)故障錄波器的研制和開(kāi)發(fā)已經(jīng)有多年的歷史，早期的錄波器有機(jī)電式錄波器、光纖式錄波器和采用固態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的錄波器，現(xiàn)在普遍使用是靠微處理器實(shí)現(xiàn)的錄波器。下面介紹目前電力系統(tǒng)內(nèi)較熟悉的故障錄波器。例如，型微機(jī)故障錄波測(cè)距裝置。該機(jī)是南京銀山電子有限公司研制成功的新產(chǎn)品，原理框圖（見(jiàn)圖）。裝置采用以單片機(jī)為前置機(jī)，工控機(jī)為后臺(tái)機(jī)的模塊化結(jié)構(gòu)，后臺(tái)機(jī)與各前置機(jī)相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)模擬量前置機(jī)可管理路模擬量，每個(gè)

8、開(kāi)關(guān)量前置機(jī)可管理路開(kāi)關(guān)量，前置機(jī)的數(shù)量可根據(jù)用戶的不同要求而配置，最多可配置個(gè)模擬量前置機(jī)和個(gè)開(kāi)關(guān)量前置機(jī)。具有如下特點(diǎn)：·模擬量前置機(jī)是一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集單元，主要包括、數(shù)據(jù)存貯器、隔離放大器、/轉(zhuǎn)換器，多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。它主要負(fù)責(zé)將輸入的電流、電壓、高頻等電量經(jīng)過(guò)整理變換成數(shù)字信號(hào)并存入數(shù)據(jù)存貯器；·開(kāi)關(guān)量前置機(jī)將開(kāi)關(guān)接點(diǎn)信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離變換成數(shù)字信號(hào)，存入數(shù)據(jù)存貯器，然后再傳給后臺(tái)機(jī)；·后臺(tái)機(jī)是整個(gè)錄波器的核心，它負(fù)責(zé)錄波器的人機(jī)對(duì)話、數(shù)據(jù)的處理和存貯、和各前置機(jī)交換數(shù)據(jù)、與上級(jí)部門(mén)通信等，后臺(tái)機(jī)是位/工控機(jī)；·高頻信號(hào)的采樣頻率是，模擬信號(hào)的采樣信

9、號(hào)為，分辨率為位諧波分辨率次，開(kāi)關(guān)事件分辨率；·電流、電壓波形采樣頻率優(yōu)于，故障測(cè)距精度優(yōu)于；·除高頻信號(hào)外，所有輸入信號(hào)都可作為啟動(dòng)量，越限啟動(dòng)量精度優(yōu)于，突變啟動(dòng)量精度優(yōu)于；·裝置配有兩個(gè)集成軟件包，錄波屏上配有一個(gè)在線軟件包，以多任務(wù)控制系統(tǒng)為軟件核心，任務(wù)項(xiàng)包括錄波、故障自動(dòng)分析、打印、參數(shù)修改、通信等，在調(diào)度部門(mén)的主機(jī)上配有基于平臺(tái)的離線軟件包，功能包括故障波形分析、諧波分析、測(cè)距、參數(shù)整定、通信監(jiān)控等，所有軟件均漢化，人機(jī)見(jiàn)面好、操作簡(jiǎn)單；·裝置上設(shè)有接口，可接收對(duì)時(shí)信息。目前國(guó)內(nèi)變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展，對(duì)故障錄波器提出了更高的要求。許多廠家

10、開(kāi)始使用技術(shù)，用專門(mén)的芯片代替模擬量采集前置機(jī)，以提高數(shù)據(jù)采集的速度和精度。除已開(kāi)發(fā)的集中式故障錄波器外，一些單位正在開(kāi)發(fā)分散式故障錄波器，分散方式中的數(shù)據(jù)傳輸格式和錄波網(wǎng)的選擇都有待進(jìn)一步探討。國(guó)內(nèi)外故障錄波器的比較同國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的故障錄波器還存在一定差距，概括起來(lái)，主要有如下幾點(diǎn)：·元器件的制造工藝、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等方面差距明顯，據(jù)黑龍江省電力調(diào)度局的統(tǒng)計(jì)，錄波器在故障時(shí)沒(méi)有正常運(yùn)行的主要原因是元器件質(zhì)量不過(guò)關(guān)，占總數(shù)的；·硬件配置不合理，國(guó)內(nèi)故障錄波器一般采用單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算和判斷，而國(guó)外普遍采用專門(mén)的芯片；·系統(tǒng)容量小，由于受到系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的限制，

11、無(wú)論是模擬量的輸入、開(kāi)關(guān)量的輸入、還是故障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，冗余度小，不利于增容和升級(jí)。而國(guó)外錄波器的模塊式結(jié)構(gòu)使以后的擴(kuò)展被簡(jiǎn)單集成到現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，且采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，存貯容量大；·國(guó)外的故障錄波器一般是多功能的智能化裝置，能記錄短路故障、低頻振蕩、暫態(tài)故障，還能進(jìn)行故障定位、諧波分析和電能質(zhì)量分析，而國(guó)內(nèi)的錄波器數(shù)據(jù)分析能力差，故障測(cè)距結(jié)果不準(zhǔn)；·遠(yuǎn)傳技術(shù)不完善，國(guó)內(nèi)的故障錄波器機(jī)型各種各樣，錄波的數(shù)據(jù)格式、遠(yuǎn)傳實(shí)現(xiàn)的格式各不相同，缺少統(tǒng)一的遠(yuǎn)傳技術(shù)規(guī)范。國(guó)內(nèi)產(chǎn)品自己的優(yōu)勢(shì)：·與國(guó)外產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)錄波器在價(jià)格上有一定優(yōu)勢(shì)。·國(guó)外故障錄波系統(tǒng)除前置錄波器以

12、外，還要配置專門(mén)的故障分析軟件，建構(gòu)獨(dú)立的錄波網(wǎng)，投資大，技術(shù)要求高，不適合目前仍以集中組屏式結(jié)構(gòu)為主，網(wǎng)絡(luò)功能不健全的變電站系統(tǒng)；·國(guó)內(nèi)廠家在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、培訓(xùn)和售后服務(wù)方面比國(guó)外廠家更具優(yōu)勢(shì)。結(jié)論和建議目前的發(fā)展形勢(shì)對(duì)國(guó)內(nèi)廠家來(lái)說(shuō)是很嚴(yán)峻的，有些廠家為保持和擴(kuò)大市場(chǎng)份額，在繼續(xù)生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)錄波器的同時(shí)，已開(kāi)始代理或組裝生產(chǎn)進(jìn)口錄波器，目前工程大多選用進(jìn)口錄波器，這說(shuō)明了國(guó)產(chǎn)錄波器不能很好的滿足電網(wǎng)運(yùn)行的需要。要提高錄波裝置的性能重點(diǎn)是抓它的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)就錄波器的關(guān)鍵技術(shù)提出幾點(diǎn)建議。）提高數(shù)據(jù)測(cè)量的精度，這可以從硬件和軟件兩個(gè)方面著手。在硬件上，可以選用分辨率是位的?轉(zhuǎn)換器和高速高精度芯片，若要降低成本，也可以采用幾個(gè)低速/轉(zhuǎn)換器并聯(lián)工作的技術(shù)。在軟件上，減小濾波算法誤差關(guān)鍵是消除非周期分量的影響，現(xiàn)在有一種將差分和傅氏變換相結(jié)合的算法具有很高的可靠性和準(zhǔn)確度；諧波分析的算法比較多，有一般的算法，快速抗混迭的算法和減少泄露誤差的加窗插值技術(shù)，關(guān)鍵是在編程時(shí)如何有效快速地實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的算法。還有一個(gè)需要重視的問(wèn)題是故障非周期分量引起的飽和問(wèn)題，在不能改變現(xiàn)有一次配置的情況下考慮能否從算法上減小誤差。）保證裝置的準(zhǔn)確啟動(dòng)。故障錄波器的啟動(dòng)判據(jù)很多，一個(gè)值整定的不好，就會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)或系統(tǒng)稍有波動(dòng)就啟動(dòng)的情況，為此在整定時(shí)可以參照保護(hù)整定的方法，以求達(dá)到較高的準(zhǔn)確性和可靠性。）擁