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2007-02-12 14:17 【大 中 小】【打印】【我要糾錯】
摘要:故障錄波器是分析系統(tǒng)故障的重要依據(jù),對國外廠商生產(chǎn)的故障錄波器和國內(nèi)常見的故障錄波器的配置、結(jié)構(gòu)、功能進(jìn)行了論述。在比較和分析了國內(nèi)外產(chǎn)品的長處和不足的基礎(chǔ)上,結(jié)合故障錄波器數(shù)據(jù)采集,啟動判據(jù)、故障測距、分析軟件等關(guān)鍵技術(shù),提出幾點關(guān)于提高錄波裝置性能的建議。圖2幅。
關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)自記裝置系統(tǒng)分析自動化儀表故障錄波器
1引言
故障錄波器是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時能自動記錄的一種裝置,它可以記錄因短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量,如有功、無功以及系統(tǒng)頻率的全過程變化現(xiàn)象。主要用于檢測繼電保護(hù)與安全自動裝置的動作行為,了解系統(tǒng)暫態(tài)過程中系統(tǒng)中各電參量的變化規(guī)律,校核電力系統(tǒng)計算程序及模型參數(shù)的正確性。多年來,故障錄波已成為分析系統(tǒng)故障的重要依據(jù)。
220~500kV電壓等級的系統(tǒng)由于其運行涉及系統(tǒng)的穩(wěn)定及系統(tǒng)電壓和頻率的崩潰等系統(tǒng)級的異常情況,必須安裝專門的故障錄波裝置。1995年電力部頒布了《220~500kV電力系統(tǒng)故障動態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》,明確規(guī)定了系統(tǒng)故障動態(tài)記錄裝置應(yīng)達(dá)到的記錄要求。這對國內(nèi)生產(chǎn)的故障錄波裝置提出了更高的要求。
2國外故障錄波器發(fā)展現(xiàn)狀
國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,可以分散安裝在開關(guān)柜或保護(hù)小室內(nèi),通過以太網(wǎng)可以連到一臺所級計算機或遠(yuǎn)傳到調(diào)度中心。例如,西門子公司的故障及數(shù)字錄波系統(tǒng)。
SIMEASR是西門子公司推出的智能化錄波器,其結(jié)構(gòu)。
2.1SIMEASR錄波器
SIMEASR錄波器選用32位微型工控板,內(nèi)插電源板、各種智能數(shù)據(jù)采集板構(gòu)成完全的模塊化設(shè)計。它每塊采集模塊有8路模擬量通道和16路開關(guān)量通道或32路開關(guān)量通道,開關(guān)量輸入以2kHz的頻率采樣,分辨率為1ms,模擬量采樣頻率為12.8kHz,分辨率為16位。每一路輸入都裝有放大器、抗混疊濾波器和一個A?D轉(zhuǎn)換器,數(shù)字信號處理器以40MHz的時鐘頻率進(jìn)行測量。數(shù)據(jù)采集模塊通過高速的16MB?S的總線跟中央處理器連接,SIMEASR的CPU是至少帶8M內(nèi)存的32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:
·故障啟動判斷;
·故障前、故障變化和故障后的過程記錄;
·計算并記錄電氣測量值(電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù));
·計算并記錄正負(fù)序分量、諧波量、直流分量和相位;
·記錄頻率變化過程,頻率通道的精度為±1mHz;
·對記錄進(jìn)行管理以方便分析程序?qū)收嫌涗浀氖褂谩?/p>
SIMEASR在硬件配置和軟件設(shè)計方面都有自己與眾不同的特點。概括起來,主要有以下幾個方面:
·一個新的變送器原理允許電流的測量范圍為有效值0~400A,這種互感器使得記錄200A的同時可有100%的直流偏移分量;
·測量誤差小于0.2%,12.8kHz的采樣頻率,具有50次諧波的分析能力;
·使用PCCARD技術(shù)使SIMEASR具有至少300MB的硬盤容量。采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),使大量數(shù)據(jù)減少為原來的2~5%,300M字節(jié)的硬盤具有大約5G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300bit?s的已存在網(wǎng)絡(luò),等同于使用10Mbit/s現(xiàn)代化LAN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GPS實現(xiàn)同步,為實現(xiàn)各點錄波數(shù)據(jù)的綜合分析提供了方便。直接以GPS對時信號控制采樣脈沖,將相誤差降低為1us,對于電力頻率為50Hz,相應(yīng)的相角誤差僅為0.018度;
·每個SIMEASR設(shè)備都裝設(shè)有一個以太網(wǎng)PCCARD轉(zhuǎn)換器板,通過它可以和DAKON、LAN及模擬或數(shù)字ISDN電話網(wǎng)連接;
·SIMEASR采用智能化的順序控制和抑制時間設(shè)定,可以根據(jù)不同的故障靈活的調(diào)整數(shù)據(jù)記錄的時間;另外它還可以對不同的觸發(fā)通道設(shè)置不同的記錄方式,例如對某些會出現(xiàn)短時狀態(tài)變化的開關(guān)量設(shè)定特殊的記錄過程。這種設(shè)計有利于故障分析和存貯單元的充分利用。
2.2診斷系統(tǒng)
西門子故障錄波系統(tǒng)裝有自動計算程序,當(dāng)數(shù)據(jù)被記錄后,程序自動啟動并產(chǎn)生一個目錄文件,包括所有需要的信息,并對每一條饋線都進(jìn)行診斷。DAKON故障數(shù)據(jù)管理裝置就實現(xiàn)這一功能,它裝有OSCOPP故障分析軟件包,能實現(xiàn)高精度測距、諧波分析、電能質(zhì)量分析等功能。如果在調(diào)度端裝有OSCOPP程序包,就可實現(xiàn)遠(yuǎn)方控制和管理。除了西門子公司的產(chǎn)品外,國外其它一些廠家也有類似的產(chǎn)品。
3國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)對故障錄波器的研制和開發(fā)已經(jīng)有多年的歷史,早期的錄波器有機電式錄波器、光纖式錄波器和采用固態(tài)數(shù)據(jù)存儲器的錄波器,現(xiàn)在普遍使用是靠微處理器實現(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,YS-8A型微機故障錄波測距裝置。
該機是南京銀山電子有限公司研制成功的新產(chǎn)品,原理框圖(見圖2)。裝置采用以單片機為前置機,工控機為后臺機的模塊化結(jié)構(gòu),后臺機與各前置機相對獨立,每個模擬量前置機可管理8路模擬量,每個開關(guān)量前置機可管理64路開關(guān)量,前置機的數(shù)量可根據(jù)用戶的不同要求而配置,最多可配置8個模擬量前置機和2個開關(guān)量前置機。YS-8A具有如下特點:
·模擬量前置機是一個獨立的數(shù)據(jù)采集單元,主要包括8032CPU、數(shù)據(jù)存貯器、隔離放大器、A/D574轉(zhuǎn)換器,多路轉(zhuǎn)換開關(guān)。它主要負(fù)責(zé)將輸入的電流、電壓、高頻等電量經(jīng)過整理變換成數(shù)字信號并存入數(shù)據(jù)存貯器;
·開關(guān)量前置機將開關(guān)接點信號經(jīng)過光耦隔離變換成數(shù)字信號,存入數(shù)據(jù)存貯器,然后再傳給后臺機;
·后臺機是整個錄波器的核心,它負(fù)責(zé)錄波器的人機對話、數(shù)據(jù)的處理和存貯、和各前置機交換數(shù)據(jù)、與上級部門通信等,后臺機是32位386/486工控機;
·高頻信號的采樣頻率是2kHz,模擬信號的采樣信號為1kHz,分辨率為12位諧波分辨率7次,開關(guān)事件分辨率1ms;
·電流、電壓波形采樣頻率優(yōu)于2%,故障測距精度優(yōu)于5%;
·除高頻信號外,所有輸入信號都可作為啟動量,越限啟動量精度優(yōu)于5%,突變啟動量精度優(yōu)于30%;
·裝置配有兩個集成軟件包,錄波屏上配有一個在線軟件包,以多任務(wù)控制系統(tǒng)為軟件核心,任務(wù)項包括錄波、故障自動分析、打印、參數(shù)修改、通信等,在調(diào)度部門的主機上配有基于平臺的離線軟件包,功能包括故障波形分析、諧波分析、測距、參數(shù)整定、通信監(jiān)控等,所有軟件均漢化,人機見面好、操作簡單;
·裝置上設(shè)有GPS接口,可接收GPS對時信息。
目前國內(nèi)變電站綜合自動化的發(fā)展,對故障錄波器提出了更高的要求。許多廠家開始使用DSP技術(shù),用專門的DSP芯片代替模擬量采集前置機,以提高數(shù)據(jù)采集的速度和精度。除已開發(fā)的集中式故障錄波器外,一些單位正在開發(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。
4國內(nèi)外故障錄波器的比較
同國外相比,國內(nèi)的故障錄波器還存在一定差距,概括起來,主要有如下幾點:
·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,錄波器在故障時沒有正常運行的主要原因是元器件質(zhì)量不過關(guān),占總數(shù)的70%;
·硬件配置不合理,國內(nèi)故障錄波器一般采用單片機完成數(shù)據(jù)的采集、計算和判斷,而國外普遍采用專門的DSP芯片;
·系統(tǒng)容量小,由于受到系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的限制,無論是模擬量的輸入、開關(guān)量的輸入、還是故障數(shù)據(jù)存儲容量,冗余度小,不利于增容和升級。而國外錄波器的模塊式結(jié)構(gòu)使以后的擴展被簡單集成到現(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,而國內(nèi)的錄波器數(shù)據(jù)分析能力差,故障測距結(jié)果不準(zhǔn);
·遠(yuǎn)傳技術(shù)不完善,國內(nèi)的故障錄波器機型各種各樣,錄波的數(shù)據(jù)格式、遠(yuǎn)傳實現(xiàn)的格式各不相同,缺少統(tǒng)一的遠(yuǎn)傳技術(shù)規(guī)范。
國內(nèi)產(chǎn)品自己的優(yōu)勢:
·與國外產(chǎn)品相比,國內(nèi)錄波器在價格上有一定優(yōu)勢。
·國外故障錄波系統(tǒng)除前置錄波器以外,還要配置專門的故障分析軟件,建構(gòu)獨立的錄波網(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);
·國內(nèi)廠家在現(xiàn)場調(diào)試、培訓(xùn)和售后服務(wù)方面比國外廠家更具優(yōu)勢。
5結(jié)論和建議
目前的發(fā)展形勢對國內(nèi)廠家來說是很嚴(yán)峻的,有些廠家為保持和擴大市場份額,在繼續(xù)生產(chǎn)國產(chǎn)錄波器的同時,已開始代理或組裝生產(chǎn)進(jìn)口錄波器,目前500kV工程大多選用進(jìn)口錄波器,這說明了國產(chǎn)錄波器不能很好的滿足電網(wǎng)運行的需要。要提高錄波裝置的性能重點是抓它的關(guān)鍵技術(shù),現(xiàn)就錄波器的關(guān)鍵技術(shù)提出幾點建議。
1)提高數(shù)據(jù)測量的精度,這可以從硬件和軟件兩個方面著手。在硬件上,可以選用分辨率是16位的A?D轉(zhuǎn)換器和高速高精度DSP芯片,若要降低成本,也可以采用幾個低速A/D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FFT算法,快速抗混迭的FAFT算法和減少泄露誤差的加窗-插值技術(shù),關(guān)鍵是在編程時如何有效快速地實現(xiàn)這些復(fù)雜的算法。還有一個需要重視的問題是故障非周期分量引起的CT飽和問題,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。
2)保證裝置的準(zhǔn)確啟動。故障錄波器的啟動判據(jù)很多,一個值整定的不好,就會出現(xiàn)拒動或系統(tǒng)稍有波動就啟動的情況,為此在整定時可以參照保護(hù)整定的方法,以求達(dá)到較高的準(zhǔn)確性和可靠性。
3)擁有強大的網(wǎng)絡(luò)功能和通信能力。從硬件上要求錄波裝置具有多個RS232及RS485接口,可與當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)控系統(tǒng)或?qū)S锰幚砥魍ㄐ,?nèi)置Modem,能與遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信,同時提高遠(yuǎn)傳通道的質(zhì)量;從軟件上要求采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄格式和統(tǒng)一的遠(yuǎn)傳技術(shù)規(guī)范,采用數(shù)據(jù)壓縮以提高傳輸速度。
4)擁有豐富的后臺分析能力。進(jìn)行后臺分析的基礎(chǔ)是對時時鐘精確,為此應(yīng)采用GPS,它可將時間誤差減小到1ms以下。故障測距的精度是影響后臺分析能力的關(guān)鍵技術(shù),目前雙端測距是一個比較好的方法。
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