電力系統(tǒng)暫態(tài)故障模擬再現(xiàn)系統(tǒng)

1、電力系統(tǒng)暫態(tài)故障模擬再現(xiàn)系統(tǒng)作者：admin 文章來(lái)源：北極星電 點(diǎn)擊數(shù)： 更新時(shí)間：2005-7-16 電力系統(tǒng)暫態(tài)故障模擬再現(xiàn)系統(tǒng)梁貴書(shū)，楊良（華北電力大學(xué)，河北保定071003）摘要：提出并研制了一種新型電力系統(tǒng)暫態(tài)故障模擬再現(xiàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)將系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)故障錄波器錄下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合IEEE的COMTRADE格式文件，經(jīng)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析后由電腦并口送入多功能繼電保護(hù)測(cè)試儀，最終由測(cè)試儀還原成故障時(shí)的、二次側(cè)電壓、電流信號(hào)。該系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)裝置參數(shù)整定、事故原因查找及分析等有輔助作用。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)交換；暫態(tài)故障；繼電保護(hù)；COMTRADE格式；電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)事故具有突發(fā)性強(qiáng)、維

2、持時(shí)間短、復(fù)雜程度高、破壞力大的特點(diǎn)，因而使得事后對(duì)事故原因分析、查找變得尤為困難，電力系統(tǒng)故障錄波器裝置雖然可以正確地記錄下電網(wǎng)事故、電網(wǎng)異常和繼電保護(hù)的動(dòng)作行為，但卻只能對(duì)記錄下的數(shù)據(jù)進(jìn)行靜態(tài)的分析研究，不能通過(guò)試驗(yàn)手段直觀、準(zhǔn)確地再現(xiàn)故障當(dāng)時(shí)的真實(shí)情況。鑒于目前華北地區(qū)電網(wǎng)已普遍采用微機(jī)故障錄波器，并已實(shí)現(xiàn)了錄波器聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，具備了故障數(shù)據(jù)資源共享的條件，結(jié)合美國(guó)OMICRON（CMC56）多功能繼電保護(hù)測(cè)試儀可模擬PT、CT二次側(cè)電壓、電流波形的特點(diǎn)，筆者開(kāi)發(fā)出一種電力系統(tǒng)暫態(tài)故障模擬再現(xiàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由1個(gè)數(shù)據(jù)處理軟件包（包含GLQ2型、WGL-12型微機(jī)故障錄波器數(shù)據(jù)向COMTRADE

3、標(biāo)準(zhǔn)文件轉(zhuǎn)換程序和COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)文件分析處理程序）、1臺(tái)筆記本電腦（便于到設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)操作）和1臺(tái)帶功放的CMC56多功能繼電保護(hù)測(cè)試儀（用于故障還原再現(xiàn)）組成。1 國(guó)內(nèi)主要錄波器數(shù)據(jù)的記錄格式目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)故障錄波器的廠家多達(dá)20余家，而各種型號(hào)的錄波器既沒(méi)有統(tǒng)一的故障記錄格式也不能完全滿足電力部頒220550 kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則要求的錄波器動(dòng)態(tài)記錄過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)記錄格式的不統(tǒng)一和不標(biāo)準(zhǔn)給事故后的故障分析和故障過(guò)程模擬再現(xiàn)帶來(lái)了極大的不便。GLQ2型和WGL-12型是國(guó)內(nèi)采用最多的兩種微機(jī)故障錄波器型號(hào)。GLQ2型錄波器數(shù)據(jù)文件長(zhǎng)度固定，錄波時(shí)間為4.2 s，采樣頻率為800

4、Hz，可同時(shí)記錄16個(gè)模擬通道和16個(gè)數(shù)字通道。數(shù)據(jù)文件的前32個(gè)字節(jié)用于記錄錄波時(shí)間、啟動(dòng)方式、啟動(dòng)通道、裝置配置信息、錄波順序號(hào)、通道電抗值等信息。從數(shù)據(jù)文件的第33個(gè)字節(jié)開(kāi)始存放各個(gè)通道的采樣值，每個(gè)通道的采樣點(diǎn)為3 360個(gè)。WGL-12型錄波器數(shù)據(jù)文件長(zhǎng)度根據(jù)暫態(tài)故障時(shí)間的長(zhǎng)短不同而有所不同，其最大錄波時(shí)間為10 min，最多可記錄48路模擬通道和72路數(shù)字通道。采樣頻率依據(jù)系統(tǒng)是否已進(jìn)入穩(wěn)態(tài)而分為1 000 Hz和200 Hz。為了節(jié)約內(nèi)存，分A、B、C、D、E 5個(gè)時(shí)間段進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄：A時(shí)段：系統(tǒng)大擾動(dòng)開(kāi)始前的狀態(tài)數(shù)據(jù)，直接記錄每周20點(diǎn)的采樣值，記錄時(shí)間小于0.04s。B時(shí)段：

5、系統(tǒng)大擾動(dòng)后初期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，直接記錄每周20點(diǎn)的采樣值，記錄時(shí)間不小于0.1s。C時(shí)段：系統(tǒng)大擾動(dòng)后的中期狀態(tài)數(shù)據(jù)，每周記錄4個(gè)值，記錄時(shí)間不小于0.1 s。D時(shí)段：系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程狀態(tài)數(shù)據(jù)，每5周記錄第1周的4個(gè)值，記錄時(shí)間不小于1.9 s。E時(shí)段：系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過(guò)程狀態(tài)數(shù)據(jù)，每50周記錄第1周的4個(gè)值，記錄時(shí)間不小于10 min。2 IEEE的COMTRADE數(shù)據(jù)格式電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)通用格式標(biāo)準(zhǔn)（Common Format for Transient Data Exchange,簡(jiǎn)稱COMTRADE）是由美國(guó)電氣工程協(xié)會(huì)于1991年提出的，主要是為了解決各種數(shù)字故障錄波裝置和數(shù)字保護(hù)以及微機(jī)測(cè)試裝置

6、中的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題。COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)要求一個(gè)完整的記錄需要包含3個(gè)文件：引導(dǎo)文件（Header File）、組態(tài)文件（Configuration File）和數(shù)據(jù)文件(Data File)。引導(dǎo)文件和組態(tài)文件要求以ASCII碼存放，數(shù)據(jù)文件可以選擇二進(jìn)制或ASCII碼存放。a. 引導(dǎo)文件（*.HDR）主要記錄暫態(tài)發(fā)生時(shí)周圍環(huán)境的信息，允許以自由格式輸入各種信息，它可由文字處理軟件編輯而成。引導(dǎo)文件一般應(yīng)包含以下內(nèi)容：故障前電力系統(tǒng)的描述，變電站名稱，線路、變壓器的電抗、電容參數(shù)或發(fā)生暫態(tài)過(guò)程的斷路器，故障線路的長(zhǎng)度，正序和零序的電阻和電感、電容，平行線間的相互藕合情況，并聯(lián)電抗和串聯(lián)電容的位

7、置及標(biāo)稱值，記錄數(shù)據(jù)的系統(tǒng)參數(shù)，數(shù)據(jù)來(lái)源，數(shù)據(jù)記錄格式等。b. 組態(tài)文件（*.CFG）為計(jì)算機(jī)程序讀出和表達(dá)數(shù)據(jù)文件的數(shù)值提供必要的信息。它的文件格式是固定不變的，這樣有利于編制統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)程序。組態(tài)文件中包含的信息有：變電站名稱和標(biāo)識(shí)名，通道類型和通道號(hào)，通道的名稱、數(shù)據(jù)單位、轉(zhuǎn)換因子，線路頻率，不同采樣頻率數(shù)，采樣頻率及在該采樣頻率下的采樣點(diǎn)數(shù)，第1個(gè)記錄數(shù)據(jù)的日期及時(shí)間，記錄觸發(fā)點(diǎn)的日期及時(shí)間，數(shù)據(jù)文件類型。c. 數(shù)據(jù)文件（*.DAT）中存放的是暫態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)際數(shù)據(jù)，它的格式必須與組態(tài)文件中所描述的格式完全一致。若文件類型為二進(jìn)制，則每個(gè)數(shù)據(jù)用2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)；文件類型是ASCII碼時(shí)，每個(gè)數(shù)

8、據(jù)用位數(shù)字表示。3 錄波器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化COMTRADE格式軟件針對(duì)2種不同錄波器數(shù)據(jù)文件的特點(diǎn)，筆者編制了2個(gè)不同的程序來(lái)分別實(shí)現(xiàn)將GLQ2型和WGL-12型故障錄波器數(shù)據(jù)文件向COMTRADE格式的轉(zhuǎn)化。GLQ2型錄波器數(shù)據(jù)文件由于采用單一采樣頻率，向COMTRADE格式轉(zhuǎn)化較為容易。首先從數(shù)據(jù)文件中讀取前32個(gè)字節(jié)的內(nèi)容，根據(jù)每個(gè)字節(jié)所代表的信息即可生成COMTRADE引導(dǎo)文件和組態(tài)文件。然后依此讀取錄波器數(shù)據(jù)文件中記錄的采樣值，將其按照COMTRADE格式存成文件后，即可生成COMTRADE數(shù)據(jù)文件格式。圖1為GLQ2型錄波器數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)化程序界面。該軟件的操作步驟如下：點(diǎn)中菜單欄中的“文件”

9、選項(xiàng)，從彈出的對(duì)話框中可以輸入需要轉(zhuǎn)化的GLQ2型錄波器數(shù)據(jù)文件名，轉(zhuǎn)化后的COMTRADE文件名，變電站名稱及錄波器代號(hào)。菜單“通道設(shè)置”項(xiàng)可以對(duì)各通道的名稱、單位、相別進(jìn)行設(shè)置。菜單“操作幫助”項(xiàng)用于顯示使用說(shuō)明。全部設(shè)置完成后，即可點(diǎn)中“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換”菜單，按“確認(rèn)”按鈕完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。WGL-12型錄波器數(shù)據(jù)文件向COMTRADE格式轉(zhuǎn)換的思路同GLQ2型基本相同，但因WGL-12型錄波器數(shù)據(jù)文件中僅存有采樣值，且為多頻率采樣，因而在生成的組態(tài)文件中應(yīng)予以特別說(shuō)明。4 COMTRADE格式分析處理軟件該軟件的主要功能是可以識(shí)別符合COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的文件，并能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)文件進(jìn)行分析與處理。圖2

10、為分析處理軟件界面。菜單欄中各選項(xiàng)可實(shí)現(xiàn)的功能如下：文件：裝載COMTRADE格式文件；多采樣頻率的COMTRADE格式文件轉(zhuǎn)化為單一頻率的COMTRADE格式文件，其中對(duì)低頻率采樣點(diǎn)之間采用了插值法進(jìn)行了插值，使其達(dá)到最高采樣頻率；可對(duì)感興趣時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)單獨(dú)存盤生成一個(gè)新的COMTRADE文件。顯示方式：可選畫(huà)點(diǎn)或畫(huà)線方式來(lái)顯示波形。：橫向放大指定的左右光標(biāo)間的波形。始終：橫向滿屏顯示整個(gè)錄波時(shí)間段波形。運(yùn)算方式：進(jìn)行不同通道間的乘系數(shù)相加減，該選項(xiàng)主要目的是實(shí)現(xiàn)或的轉(zhuǎn)換；疊加非周期分量，可在任意通道上的任一時(shí)刻開(kāi)始疊加一個(gè)衰減時(shí)間常數(shù)為的非周期分量。數(shù)據(jù)處理：對(duì)運(yùn)算方式設(shè)置完成后，即可進(jìn)

11、行數(shù)據(jù)處理，形成新的波形。波形選擇：選擇顯示運(yùn)算前或運(yùn)算后的波形。操作幫助：顯示幫助信息。退出：退出本軟件。界面左側(cè)的各按鈕功能如下：通 道 號(hào)：減小或增大通道號(hào)。電壓圖形：縮小或放大電壓波形幅度。電流圖形：縮小或放大電流波形幅度。軸數(shù)：選擇一屏可同時(shí)顯示的通道數(shù)目。光標(biāo)位置：左光標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的錄波時(shí)刻。光標(biāo)位置：右光標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的錄波時(shí)刻。界面右側(cè)顯示的數(shù)值為當(dāng)前光標(biāo)所在位置對(duì)應(yīng)的電壓、電流采樣值。以上所介紹的3部分軟件既可以單獨(dú)使用，也可以作為一個(gè)軟件整體運(yùn)行。5 故障再現(xiàn)系統(tǒng)故障再現(xiàn)系統(tǒng)的軟件部分除上述3個(gè)軟件外，還包括OMICRON測(cè)試儀本身所自帶的應(yīng)用軟件CMC，該軟件可以識(shí)別COMTR

12、ADE標(biāo)準(zhǔn)文件，并可通過(guò)與OMICRON儀器配合，還原故障時(shí)的PT、CT二次側(cè)的電壓、電流信號(hào)。OMICRON多功能繼電保護(hù)測(cè)試儀通過(guò)微機(jī)并口送入暫態(tài)數(shù)據(jù)，并由微機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，故障記錄數(shù)據(jù)的再現(xiàn)模擬測(cè)試是其中一項(xiàng)主要功能。該測(cè)試儀可以實(shí)現(xiàn)4路電壓模擬量和4路電流模擬量輸出，即可以輸出A、B、C、N各項(xiàng)的電壓和電流。故障再現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)如圖所示。筆者采用圖所示故障再現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)故障進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試。實(shí)際測(cè)試時(shí)，在OMICRON測(cè)試儀的輸出端并接了一套數(shù)字錄波儀。圖4a. 、4b. 分別為用WGL-12錄波器后臺(tái)處理軟件顯示的波形、數(shù)字錄波儀記錄的波形。通過(guò)對(duì)比2個(gè)波形不難發(fā)現(xiàn)，由錄波器記錄下的原始數(shù)據(jù)文件經(jīng)故障再現(xiàn)系統(tǒng)后波形幾乎沒(méi)有發(fā)生改變，其微小差異的產(chǎn)生主要是因?yàn)楣收箱洸ㄆ鲉?dòng)時(shí)刻與原始故障時(shí)錄波器啟動(dòng)時(shí)刻的相位不同造成的，這對(duì)于故障再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)本身毫無(wú)影響。用GLQ2型故障錄波器實(shí)驗(yàn)亦有相同結(jié)論。6 結(jié)論本文論述的