故障录波器

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故障录波器范文第1篇

关键词：电力系统；故障；录波器

中图分类号：F470.6 文献标识码：A

电力系统故障录波装置是常年投入运行监视运行状况的一种自动记录装置。它的主要功能在于分析故障状态下该保护装置动作的正确性与否，其作用除了用于检测继电器及安全自动装置的动作行为外，还用于分析系统动态过程中各电参量的变化规律，校核电力系统计算程序及模型参数的正确性。我们利用录波数据可以正确评价或验算继电保护装置工作的正确性。

当电力系统发生故障时，电力系统潮流计算、短路电流计算的理论值与实际值的相差很大，继电保护装置、自动仪的实际动作情况怎样，电气设备受冲击的程度怎样，从理论上很难阐述且又不能通过实验获得的瞬时信息，对电力系统安全稳定运行具有十分重要的意义，我们借助电力系统故障录波器就可以获得这些有用的信息，所以，故障录波器就好比是电力系统故障时的“黑匣子”，是电力系统十分重要的安全自动装置。根据相关的规定：在主力发电厂、110kV及以上变电站都应装设故障录波器。它需要记录的电网参数如电压、电流、开关量外，还对有关元件的有功、无功、非周期分量的初始电流及其衰减时间常数、系统频率变化及各种参数变化的准确时间进行记录。分析电网故障主要是指分析电力系统动态过程参数量的变化规律。故障录波器必须设置故障录波的专用传输接口，以便远传调度作进一步数据分析处理。

1电力系统故障录波器的作用

故障录波仪目前在电力系统中广泛应用，其地位越来越重要，甚至不可替代，作用如下：

1.1 借助故障录波器，可以正确分析判断故障原因，为故障处理提供数据支持。根据故障过程波形图及其有关数据，可以准确反映故障类型、相别、故障电流和电压等重要数据、断路器跳闸、合闸时间及自动重合闸动作情况等，从而可以分析和确定事故原因，研究有效的对策，为及时处理故障提供可靠的依据。

1.2 通过分析记录的故障波形图，可以看出继电保护装置和自动化装置的缺陷以及一次设备的存在的问题，可以及时消除事故隐患；可提供转换性故障和非全相运行再故障的信息；还可反映电力系统内部过电压的情况等。

1.3 根据录取的波形图和数据，结合短路电流计算结果，可以较准确地判断故障地点范围，便于寻找故障点，加速处理事故进程，减轻寻线人员劳动强度。

1.4 分析研究震荡规律，从录波图可以清楚反映振荡发生、失步、同步震荡、异步震荡和再同步全过程以及振荡周期、振荡频率、振荡电流和振荡电压特性等，为研究防止振荡对策、改进继电保护和自动化装置提供依据。

1.5 根据录取的波形图和数据，可以准确评价继电保护和自动化装置工作的正确性，特别是在发生转换性故障时更是如此。

1.6 借助故障录波器提供的波形和数据，不仅可反映用于核对系统参数和短路电流计算值，而且还可实测系统参数，对理论上计算的系统参数进行必要的修正。所以说故障录波器对保证电力系统安全运行有十分重要和显著的作用，同时，还可积累运行经验，提高系统运行水平。故，故障录波器是电力系统中必不可少的装置，通过它的广泛使用，可以保证系统的正常平稳运行，并为不断改进系统提供了依据。

2故障录波图能够提供的信息

（1）记录故障电流和故障电压以及频率等量的变化过程

（2）记录保护动作时间和故障切除时间

（3）显示出现故障的电气设备和故障类型

（4）显示自动重合闸重合时间以及是否重合成功

（5）显示直流是否正常，是否接地、短路

（6）详细的继电保护动作情况

（7）完成附属功能

3 分析录波图的基本方法

（1）分析判断系统发生了何种类型的故障，故障存在的时间。

（2）以故障相电压或电流的过零点为相位基准，确定故障态各相电流电压的相位关系（注意选取相位基准时应躲开故障开始及故障结束部分，因为这两个区间存在非周期分量较大，电压电流夹角由负荷角转换为线路阻抗角跳跃较大等情况，分析容易出错）。

（3）以某一相电压或电流的过零点为相位基准，查看故障前电流电压相位关系是否正确，是否为正相序？负荷角是多少度？

（4）绘制向量图，进行分析。

4国内故障录波器目前的形式

2.1常规主力发电厂、110kV及以上变电站装设常规录波器，故障录波器的接入量均通过硬电缆线接入录波器。

2.2在数字化变电站广兴起时，由于对GOOSE及IEC61850应用的不成熟，有一种过渡站，就是模拟量数字化开关量还是硬接线，这种变电站是传统站和数字化站的一种混合站，而在这中混合站中仍保留了高频保护，这种站要求录波器既能提供模拟量的数字化接口，也能提供开关量硬节点的采集以及高频通道的直流量采集。

2.3智能变电站故障录波，系统可接入智能变电站过程层网络的IEC61850-9-1或IEC61850-9-2模拟量采样值SMV(Sampled Analogue Value)报文和IEC61850-8-1面向变电站事件的通用对象GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)报文，并将GOOSE解析成实际的开关状态，并且系统也支持SMV+GOOSE共网模式，直接从交换机获取SMV和GOOSE。系统与站控层设备的通讯采用IEC61850制造报文规范MMS(Manufacturing Message Specification (ISO 9506))通讯规约，实现与站控层设备的互操作.

2.4在智能变电站中网络故障或报文异常和变电站继电保护装置动作行为存在着复杂的关联性，很多时候需要把故障录波数据和网络报文进行关联对比分析，故障录波和网络分析一体化装置可将两种装置的相关数据进行综合分析，大大简化、方便了运行维护，使得两种数据相互分析、互相印证，可通过同一组交换机端口共享SV(采样值)报文和GOOSE(变电站状态事件)报文，有效地简化了间隔层网络连线，节约了交换机端口资源，缩减了二次设备装置组屏数量。

5.案例分析

某智能化变电站，主变压器远景设计规模3台，本期2台；

220kV出线远景6回，本期4回，本、终期均为双母线接线；

110kV出线远景6回，本期2回，本、终期均为双母线接线；

10kV出线远景30回，本期12回，（10回出线间隔，2回预留间隔）；

要求：模拟量采样值SMV和GOOSE共网，分220kV A、B网（录入220kV出线及主变220kV部分），110kV A（录入110kV出线及主变110kV部分）、B网（录入主变110kV部分）; MMS网为A、B网，配置故障录波和网络分析仪。

5.1 故障录波和网络分析仪单独配置， 220kV部分需故障录波2套（A、B网各一套），网络分析仪2套（A、B网各一套）；110kV部分需故障录波2套（A、B网各一套），网络分析仪2套（A、B网各一套）

5.2故障录波和网络分析一体化装置，220kV部分2套（A、B网各一套）；110kV部分2套（A、B网各一套）

第二种方式节省了设备及光缆。

故障录波器范文第2篇

中图分类号:TN911-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)22-0074-04

Design and Implementation of a New Digital Recorder Based on VxWorks

WANG Da-qian, ZHOU Yu, DU Si-dan

(Nanjing University, Nanjing 210093, China)

Abstract: A new kind of fault recorder is designed and implemented according to the demand of current conventional substation and digital substation. It supports the IEC61850 9-1 standard sample value data packet, the standard IEC61850 8-1 GOOSE message, the traditional 202 sample value data packet and the IEEE1588 precision clock synchronization protocol. It synchronizes and merges sampling value from multiple sources and final generates fault recording and analysis report. The hardware platform of this new kind of fault recorder is based on PowerPC8270 and the software platform is based on embedded real-time operating system VxWorks. This recorder is compatible with the traditional protocol in support of the new national standard, it is in line with the trend of the transition from traditional substation to digital stations. It meets today's demand for substation on the recorder.Keywords: IEC 61850; IEEE1588; digital fault recorder; merge unit; protection control unit

收稿日期:2010-06-18

电力系统故障录波器是研究现代电网的基础,也是评价继电保护动作行为及分析设备故障性质和原因的重要依据。

在传统变电站中,录波所采用的方法是将需要采样的各个节点通过硬电缆集中的连接到专用的采集板上,采集板对电流电压值以及开关量进行A/D转换,再由后台的录波设备进行分析与存储[1]。近几年,随着电力系统自动化水平的提高,特别是光电式互感器、智能化开关等二次设备的发展,对发电机,电力电缆,断路器等一次运行设备在线状态检测技术日趋成熟。结合当前成熟的高速以太网在实时系统中的开发应用,变电站中的数据监控已可以网络化。在IEC61850协议的框架下,可以通过订阅的方式实现全站数据对象的自由记录。数字化变电站技术越来越受到人们的重视[2]。

当前,变电站的发展正处于传统变电站向数字化变电站的过渡阶段,甚至有的变电站运行于传统站与数字站的混和状态。对于录波器制造公司来说,由于传统站和数字站同时有录波需求,需要同时有可用于传统站和数字站的两种设备,如果单独设计两种独立的录波器,将大大增加产品设计、生产和维护成本。兼容传统站与数字站的录波器正是为了满足这一需求而设计。

1 总体结构

1.1 变电站的结构

数字化变电站在物理结构上分为两类,即智能化的一次设备和网络化的二次设备;而在逻辑结构上可分为3个层次,根据IEC61850 协议定义,分别为过程层、间隔层、站控层(或变电站层)[3]。各层内部及各层之间采用高速网络通信,整个系统的通信网络可以分为:站控层和间隔层之间的间隔层通信网、以及间隔层和过程层之间的过程层通信网。间隔层在站内按间隔分布式布置,各间隔设备之间相对独立;间隔层和过程层之间的网络采用单点向多点的单向传输光纤以太网,在标准中称为过程总线。如图1所示。

1.2 故障录波器系统构成

数字化故障录波器使用分层的系统设计,包括前端的协议转换器部分以及后端的故障判断与录波设备两部分。协议转换器采用PowerPC8270处理器结构和VxWorks操作系统[4],其中包括IEC61850 协议处理模块、数据同步模块、传统站数据模块、数据通信模块和时间同步模块。如图2所示。

图1 故障录波器在整个变电站的地位位置

图2 逻辑结构

IEC61850 模块负责接收和解析模拟合并单元发送的IEC61850 9-1 报文,提取模拟采样值数据; 以及接收和解析保护控制单元发送的面向通用对象的变电站事件( GOOSE) 报文,提取开关量数据。数据同步模块根据同步采样合并策略,实现开关量数据和采样值数据的同步。数据通信模块负责与故障判断与录波设备进行数据交互。时间同步模块则负责IEEE1588校时协议的处理和同步本地时钟。

2 VxWorks下的IEC61850报文的接收实现

2.1 IEC61850 9-1与GOOSE报文的传输

IEC61850 标准针对变电站所有功能定义了比较详尽的逻辑节点和数据对象,并提供了完整的描述数据对象模型的方法和面向对象的服务。其中的9-1协议和GOOSE协议都采用了不经TCP/IP 协议,直接映射到数据链路层,即传输层和网络层均空的方式。以避免通信堆栈造成传输延迟,从而保证报文传输、处理的快速性[5]。

2.2 VxWorks下对于网络协议的处理流程

在VxWokrs下处理数据链路层的报文,需要关注它的网络协议栈结构。VxWokrs网络协议栈(scalable enhanced network stack,SENS)为可裁减增强网络协议栈。它与传统的TCP/IP网络协议栈相比,最大的特点是在数据链路层和网络协议层之间多了MUX层。当网络接口驱动向协议层发送数据时,驱动程序会调用一个MUX层提供的函数将数据转发给协议层。MUX的主要目的是把网络接口驱动层和协议层分开,使得二者彼此保持独立[6]。

在此,为了实现对9-1和GOOSE协议数据链路层报文的处理,利用了VxWorks网络协议栈的MUX接口,如图3所示。

图3 VxWorks MUX接口结构

当网卡收到一个报文时,网卡驱动中实现的网卡中断服务函数将被调用。中断服务只负责最简单的底层操作,然后中断调用netJobAdd(),将接下来的工作排队加入网络服务队列,tNetTask任务将会从此队列中读出,完成任务级别的网络处理工作。其具体的处理方法根据不同的网络协议类型有所不同,开发人员可以通过MUX接口绑定对新的网络协议处理方法。

2.3 IEEE1588精密时钟同步协议

为了在后方的故障录波和常态录波下都能有精确的时间,采用IEEE1588精密时钟同步协议(PTP)。它是一种网络时间同步协议。

IEEE1588协议通过硬件和软件配合获得更精确的定时同步。它采用分层的主-从式(master-slave)模式,主要定义了4种时钟报文类型:同步报文(Sync)、跟随报文(Fellow-up)、延时要求报文(Delay-Req)、回应报文(Delay-Resp)。PTP系统中的从时钟就是通过与主时钟交换上述的4种报文来同步时间[7]。

3 硬件设计

前端故障录波器协议转换器部分的硬件选择Freescale MPC8270 处理器,其CPU主频为450 MHz,通信处理器(CPM)主频300 MHz,并且其自身具有3个快速以太网控制器(FCC)。在该本应用中使用了交换芯片进行扩展。后端的故障判断与录波设备采用Intel Core 2双核E4300 1.8 GHz。

图4 硬件结构图

4 软件设计

软件基于VxWorks操作系统,VxWorks具有良好的可靠性,高性能的内核以及很好的实时性。

4.1 IEC61850报文处理模块

IEC61850 9-1标准与GOOSE为了保证通信的实时性,都采用了数据链路层直接传输报文。在此利用VxWorks的MUX层接口实现从数据链路层将IEC61850协议数据传输给应用层程序。由于在IEC61850协议中规定帧结构中含有虚拟局域网标记TPID和TCI,在帧经过交换机时可能会被去掉也可能保留。因而在MUX层绑定网络协议类型处理函数时需要对9-1协议(ethertype 0x88b8),GOOSE协议(ethertype 0x88ba),以及虚拟局域网标记(0x8100)都进行绑定,并在后续的处理中对类型为0x8100的报文特别处理,判断其真实的协议类型,以免误判。

9-1是一个点对点的协议。在故障录波器的应用场景中,由于必须监控全站的大量线路,前端需要集中器将9-1数据合并[8],而合并后的数据格式目前并没有统一的标准。在此对于9-1协议解析进行了模块化设计,将报文的解析独立出来,使其很容易增加对其他类型9-1扩展协议的支持。

4.2 传统数据报文模块

该应用中对于传统站,将由前方的采集设备采样模拟量和开关量数据,通过TCP协议发送到录波器。录波器将对其解析后封装为与IEC61850相兼容的数据格式,以便后方设备进行启动判断与存储。

4.3 同步模块

9-1数据来自合并单元,而开关量采样数据来自保护控制单元,两者的数据源不同,发送的报文格式也不同。IEC-61850 中定义的GOOSE报文,每帧报文中含有详细的绝对时间,但报文只有在开关量发生变位时才发送,在开关量变位后,则建议按指数递增的时间间隔发送,因而接受到GOOSE报文的时刻是不定的。在某些实际应用中,甚至可能发生保护装置未进行同步,造成GOOSE报文中的时间戳不准的情况。另一方面,故障录波需要全站的大量开关量数据,而单一保护控制单元发送的GOOSE报文只包含其中的一部分[9],需要将不同来源的GOOSE报文进行同步和组合。包含模拟量采样值的9-1报文通过合并单元后虽然具有录波所需要的全部模拟采样值数据,也按照固定的采样频率均匀发送,但其中仅含有秒的等分序号,而没有绝对的时间信息。因此必须要将不同源的开关量之间、以及开关量和模拟量之间进行同步合并,对数据整体加入绝对时刻。

在设计同步方案时,充分考虑到开关量的数据更新频率远远小于开关量数据读取频率,即绝大多数的同步工作都是将保存的开关量与当前收到的模拟量采样值进行合并,只在低频率的GOOSE报文来临时才需要更新保存的开关量值。

在该设计中,高频率的模拟量数据到需要和开关量合并时,保存开关量的堆栈中将只含有最近的一次或之前少数几次开关量状态,模拟量数据将以极大的概率直接与最近的开关量时间匹配,维护此堆栈的空间开销和时间开销都很小。具体流程图如图5所示。

图5 报文解析与同步的流程图

4.4 数据通信模块设计

该模块将同步好的全站模拟量采样值与开关量加入时间戳,通过TCP连接发送给启动判断与存储设备,保证数据及时间的正确性并简化后端的实现。

4.5 时间同步模块

按照IEEE1588的规定,首先由主时钟节点向从时钟节点发送带主时钟时间戳的同步报文(Sync),同时主时钟节点记录下同步报文实际发送的时间戳,并在随后的跟进报文(Fellow-Up)中传送该精确时间戳t0。从时钟节点在收到上述报文后记下同步报文的接收时刻t1。然后从时钟节点向主时钟节点发送一个延迟请求报文(delay-request),同时记录下该报文的实际发送时间作为精确的发送时间戳t2,而主时钟接收到该报文时也记下接收时刻的精确时间戳t3,并将该事件戳在随后的延迟响应报文。中发送给从时钟节点。如图6所示。

图6 IEEE1588报文发送示意图

图7 启动判断与存储的流程图

主、从时钟偏差(offset)以及网络延迟(delay)可表示为:

A=t1-t0=delay+offset,

B=t3-t2=delay-offset;

delay=(A+B)/2, offset=(A-B)/2

4.6 故障录波启动判断及记录模块

因协议转换器已对数据加入时间戳并进行合并,故障录波启动判断及记录模块存在实时性的问题,设计时注重更大的系统容量,因此硬件平台选择Intel CPU,软件基于Linux操作系统。它通过额外的算法判断同步的模拟量采样数据与开关量数据的瞬时值或有效值来判断当前电网中是否发生故障,需要高速存储并生成故障报告[10]。同时可在正常状态下存储常态录波。

5 结 语

新型故障录波器采用两层设计,对传统站与数字站进行了统一的封装,使得单一型号的录波器产品可以满足传统站,数字站以及传统数字混合站的要求,解决了当前过渡时期的多种要求,大大降低了录波设备的开发、生产和维护成本。同时,它同时支持大容量,高采样率的暂态故障录波需求和常态录波。在96路模拟量,192路开关量的容量下,对于传统站可以支持达到10 kHz的采样率,对于数字站可以支持4.8 kHz的采样率。它是一种高性能,实用性良好的新型故障录波器。

参考文献

[1]刘振亚.特高压电网[M].北京:中国经济出版社,2005.

[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 860.9-1 (IEC 61850-9-1)变电站通信网络和系统 第9-1部分:特定通信服务映射(SCSM)-通过单向多路点对点串行通信链路的采样值[S].北京:中国电力出版社,2006.

[3]中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 860.7-1 (IEC 61850-7-1)变电站内通信网络和系统 第1部分[S].北京:中国电力出版社,2006.

[4] 顾永红,杨巧丽.基于MPC8260和VxWorks实现快速以太网通信[J].电子工程师,2008(1):66-67.

[5]王柯,邹锐,陈娟.数字化变电站故障录波器通信规约研究[J].贵州电力技术,2008(7):26-28.

[6]WindRiver. Network protocol toolkit user′s guide 5.5[M/OL]. [2004-12-25]. .

[7]吴敏良,石旭刚,张胜,等.基于IEEE1588的同步以太网实现方式[J].单片机与嵌入式系统应用,2010(1):38-40.

[8]梁晓兵,周捷,杨永标,等.基于IEC61850的新型合并单元的研制[J].电力系统自动化,2007(31):85-89.

故障录波器范文第3篇

关键词：IEC61850标准;录波装置；通信模块；数据分析模块；CPU选择

中图分类号：TM76 文献标识码：A

数字化录波装置是伴随着变电站自动化进程的不断推进而产生的，是数字化变电站的产物。数字化变电站在逻辑结构上分为3个层次，根据变电站通信网络和系统协议的定义，3个层次分别称为过程层、间隔层、变电站层，3个层次的关系如图1所示。

图1 变电站自动化系统接口模型

合并单元和数字录波装置分别处于数字化变电站的过程层与间隔层。过程层是一次设备与二次设备的结合面，主要完成开关量输入/输出，模拟量采集和控制命令发送等与一次设备相关的功能。

IEC61850标准要求过程层的电子式互感器将一次侧的电压、电流等模拟量直接转化为数字信号，通过通信网络传送至间隔层；数字式执行器能执行由通信网络传送的命令。间隔层设备主要实现控制和保护功能，并实现相关的控制闭锁和间隔级信息的人机交互功能，间隔层设备可通过间隔层通信实现设备间相互对话机制。变电站层完成对站内间隔层设备、一次设备的控制及与远方控制中心、工程师站及人机界面通信的功能。

适应计算机技术和网络通信技术的飞速发展，数字化变电站已成为变电站自动化技术的发展方向。在过程层、间隔层及站控层上，按照IEC61850《变电站通信网络和系统》标准，实现变电站内部以及变电站与集控站间的信息共享和互操作。目前国内已经有多个数字化变电站投入运行或开工建设，做为数字化变电站核心技术的光电电压互感器和光电电流互感器陆续开始运行，高速网络通信技术已经逐渐为国内主流二次设备厂家成熟掌握。过程层的合并单元，间隔层的二次保护、测量、控制单元，站控层的后台软件也日益开发完善。

传统的电力故障录波装置对模拟量和开关量的采集需要通过硬电缆接入装置，当系统需要扩容或需要改变采集的对象时往往很不灵活。而数字化变电站遵循IEC61850标准，一次设备电缆被数字光纤取代，即模拟量和开关量已经网络化；数字化变电站实现了过程层设备数字化，间隔层设备网络化，因此涌现出了数字化录波装置，它能满足数字化变电站对录波装置提出的要求，是数字化变电站和录波装置不断发展的共同产物。

为了更好的理解数字化录波装置的重要作用，先给出数字录波装置在智能变电站网络结构中的位置，如下图2所示。

图2 数字录波装置在智能变电站中的位置

一、数字录波装置硬件结构

数字故障录波装置的硬件系统比传统的故障录波装置要相对简单。因为不再需要采集和数据变换，二次设备与设备之间通过高速通信网络进行数据和信息交互，为变电站全站录波带来了极大的方便，节省了大量二次互感器电缆的投资。结合数字化变电站数据采集对象，硬件系统由故障记录模块和故障数据分析模块组成，总体框架结构如图3所示。

图3 录波装置硬件基本结构

（1）故障通信记录模块硬件结构

数字录波装置的故障通信记录模块是整个装置的核心，其硬件结构如下图4所示，它将接收和解析由合并单元发送来的IEC61850-9-2报文和由保护控制单元的面向通用对象的变电站事件（GOOSE）报文，分别提取采样值数据和开关量数据；在故障通信记录模块具有数据同步、故障录波启动判别、数据存储以及数据通信功能。

图4 录波装置故障通信记录模块硬件框图

故障通信记录模块主要由录波分析主机、网络存储器、打印机、液晶显示器、键盘、鼠标等组成。录波分析主机中包含千兆光纤采集卡、高性能嵌入式CPU板卡等。

LAN1主要采集模拟量数据；LAN2主要采集开关量数据；LAN3主要完成时钟对时；LAN4主要完成与其他监控管理系统的通信；LAN5主要完成NAS网络存储器(Network Attached Storage)的交互。

（2）故障数据分析模块硬件结构

数字录波装置的故障数据分析模块结构如图5所示。它主要完成故障启动定值交互管理，故障数据格式转换，故障录波波形分析及数据通信等功能。这里的数据通信与故障记录通信模块中数据通信呼应，可利用以太网通信技术完成。

图5 故障数据分析单元模块结构

二、数字录波装置CPU的选择

本文装置通信记录模块选用的PowerPC8270处理器芯片为摩托罗拉的一款基于基于摩托罗拉MPC82xx 处理器的嵌入式开发平台，MPC82xx 集成PowerPC 处理器适用于那些对成本、空间、功耗和性能都有很高要求的应用领域，能完全满足数字录波各方面的需求。选用该芯片的原因有以下几点：

（1）该芯片价格较低，目前市场价格每片只有两千多元，而且存货充足。

（2）该器件有较高的集成度，降低了功耗和加快了开发调试时间。这种低成本多用途的集成处理器的设计目标是使用PCI 接口的网络基础结构、电讯和其它嵌入式应用。它可用于路由器、接线器、网络存储应用和图像显示系统。

（3）具有700MHz主频的浮点DSP处理能力，可配置3个10Mbit/s或100Mbit/s自适应以太网口，2个10Mbit/s以太网口。

（4）使用ARM芯片的HPI接口，可以访问内部的双口RAM，从而实现芯片间快速、有效互联。

DSP的快速数据计算能力，再加上ARM的通信能力保证了数据处理的实时性，也提高了系统的易操作、可扩展性。为实现数字录波提供了良好的实用平台。下面给出PowerPC8270处理器与整个录波装置的硬件关联结构，如图6。

SDRAM为同步动态存储器；CPLD为复杂可编程逻辑器件

图6 处理器与整个装置硬件关联图

PowerPC嵌入式处理器具有强大的网络通信能力和数据处理能力，丰富的设备接口，伸缩性强，使用灵活，能很好的满足录波装置要通信能力强的要求。

故障数据分析单元采用嵌入式Intel Pentium II处理器结构，处理器主要完成故障启动定值交互管理，故障录波波形分析以及与故障通信记录模块通信上的交互。

三、结论

数字化故障录波装置是以后录波装置研究的热点，本文研究的智能变电站数字录波装置满足数字化变电站发展要求，适应未来智能电网的需要，虽然所作的工作只是整个录波装置研制的一些前瞻性工作，具仍有一定的工程参考价值。

参考文献

[1]梁合庆.变电站综合自动化中的故障录波装置[A].变电站综合自动化研讨会论文集[C]，南京：电力自动化研究院，1995,201-202

故障录波器范文第4篇

【关键词】故障录波 关键技术

电力系统故障录波器是研究现代电网的基础，也是评价继电保护动作行为及分析设备故障性质和原因的重要依据。性能优良的故障录波器装置对于保证电力系统安全运行及提高电能质量有重要的作用。故障录波信息数据是对事故进行分析和研究对电网的运行情况进行研究的主要依据和关键性的研究基础。在经济和科技高速发展的现代化社会中，要建立起科学的先进的电网故障录波分析系统，能够快速的进行分析处理，保证电网的正常安全运行工作，提高工作效率。

1 装置基本构成和功能分析

1.1 故障录波装置的构成

故障录波装置由管理单元、记录单元、采集单元三部分。该设备接入一个网络：接入过程层网络，接收合并单元提供的采样值数据，接收智能终端的断路器状态和保护装置发出的各类跳闸和告警信号。

1.2 故障录波装置各功能分析

1.2.1 管理单元功能

管理单元对应于故障录波器的报文分析模块，实现系统的人机接口，管理多台记录单元，管理单元既可以使用Windows操作系统，又可以使用Linux操作系统，基于安全的考虑，越来越多的变电站选择Linux操作系统来实现。主要包括：

（1）系统的组态及参数配置模块。

（2）系统状态监视模块，实时监视SV控制块、GOOSE控制块、PTP报文及其他网络报文等的总流量、断链、异常等统计信息，当满足设定条件的异常情况时，给出相应的告警条目。

（3）暂态数据检索及分析模块。

（4）网络报文在线检测模块。

（5）网络报文检索及分析模块。

1.2.2 记录单元功能

记录单元对应于故障录波装置的报文记录模块，记录单元实现在线解析、文件管理、MMS通信服务，时钟同步功能，是整套系统的核心单元。该单元与分析管理单元通信，将实时数据、统计分析结果等传送至分析管理单元进行展示，记录单元一般采用嵌入式操作系统来实现，目前主要用于Linux系统。包括：

（1）网络报文统计及记录模块；

（2）文件管理模块；

（3）实时通信服务模块；

（4）装置自检模块；

（5）参数在线整定模块；

（6）对时及守时模块；

（7）故障录波模块。

1.2.3 采集单元功能

采集单元对应于故障录波装置的报文接收模块，采集单元提供采集通信接口，采集输入装置的SV、GOOSE、MMS镜像网络报文等，。采集单元一般利用DSP等CPU爱实现，不使用嵌入式操作系统。采集控制模块接收外部发送来的SV、GOOSE、PTP等网络报文，实时报文的高速高精度捕捉。

2 故障录波装置工作原理

录波数据记录方式分为连续数据记录和触发数据记录。连续数据的记录采用非故障启动的连续记录方式，对电流、电压、有功功率、无功功率、频率等电气量自装置投入运行后进行连续记录。触发数据记录是当电网或机组有大扰动时，装置自动启动，进入暂态记录过程。

录波启动判据包括：突变量启动元件、越线启动元件、慢变化启动元件、序分量启动元件、频率限值启动元件、频率变化率元件、谐波电压启动、触点量变化启动元件、手动和远方启动元件。

录波波形分析是故障滤波器的重要组成部分，通过分析软件能查看波形，支持通道选择、波形放大缩小等基本功能，同时进行常规分析、线路分析和发电机分析。

录波数据远传，故障录波装置设有工业以太网口，直接支持基于TCP/IP的联网，即节省了投资，又方便了分布式的厂站监控系统的集中管理，录波数据采用FTP服务器的型式远传至保护故障信息系统或技术管理部门，也可接入MIS网。通信采用断点续传技术，解决了庞大录波数据的传输问题。录波装置亦可采用103规约IEC61850规约，由以太网接口与监控系统相连。

3 关键技术实现

在智能变电站中，站控层、间隔层、过程层的通信网络中，充斥着SV、GOOSE、MMS、1588及其他规约或不能识别的报文，这些报文都要接入到网络报文分析记录装置中，由网络报文记录分析装置完整准确地记录这些报文并进行分析处理。特别是在网络压力较大时要保证不丢包、不跳变。完整准确的原始报文是网络报文记录分析装置稳定运行的基础。对于网络报文记录分析装置，应具备 MU数量不低于24个，GOOSE控制块个数不低于256个，网络数据流量不低于400Mbit/s的接收及处理能力。应具备连续SV记录24h以上，连续GOOSE记录14天以上、异常报文记录10000条以上的数据存储能力。针对这样的处理要求，网络报文记录分析装置的软件硬件设计上主要采取的技术措施包括：

（1）网络数据采集分布式设计。装置采用网络数据采集单元独立设计，解决了额网络数据采集和数据深度处理硬件一体化设计商的电磁兼容、协调调度、散热等问题，使装置工作更稳定可靠。

（2）记录单元双核全嵌入式设计。记录单元采用全嵌入式设计方法，采用源码开放的Linux嵌入式实时操作系统，告诉双核CPU协调运算处理系统，极大提供了记录单元的数据吐吞能力，处理实时性和动态相应特性。

（3）数据压缩存储技术。采用先进的数据压缩存储技术，最大压缩可达到20倍，常规运行时压缩比在9倍左右。

（4）网络数据采集单元全嵌入式设计，无操作系统系统调度，保证数据处理能力及实时性，以及运行稳定可靠和抗干扰能力。

采取这些措施后，装置运行稳定性良好。当记录功能投入时，模拟量通道和开关量通道最大化配置，所以元件启动投入，装置启动并在大规模写入文件时，装置的CPU使用率控制在60%之内。

4 结束语

在智能变电站中，SV、GOOSE、报文取代了传统的交流量电缆，SV、GOOSE报文的异常有可能引起保护的误动或拒动，甚至电流系统的崩溃。SV、GOOSE报文的重要性可见一斑。对于故障录波器，不仅要求能够完整记录SV、GOOSE的原始报文，而且能够识别异常情况，给出报警，预防电力系统事故的发生。

参考文献

[1]付国新，戴超金，侍昌江，等.智能变电站故障录波系统设计与探索[J].电力自动化设备，2010，30（7）：131-133.

[2]杨永标，丁孝华，黄国方，等.基于IEC61850的数字化故障录波器的研制[J].电力系统自动化，2008，32（13）：58-61.

作者简介

韩东升（1980-），男，河南省鄢陵县人。现为河南立新监理咨询有限公司助理工程师，从事电力工程监理工作。

李峰瑞（1985-），男，河北省邢台市人。现为河南立新监理咨询有限公司助理工程师，从事电力工程监理工作。

故障录波器范文第5篇

关键词：行波 测距 装置

经过了国内外近二十年的运行，行波故障测距装置应对现场复杂情况的经验也积累得越来越多。为行波测距技术的不断进步和行波理论研究的不断深入提供了大量的宝贵资料，对行波故障测距技术逐步走向完善起到了至关重要的作用。

下面对比较典型现代行波测距装置和系统做一简单的介绍。

1.测距装置国内外现状

（1）Hathaway行波测距装置

1992年，哈德威仪器公司（Hathaway Instruments Ltd， UK）研制的利用电流暂态分量的现代行波故障测距装置原型样机，在苏格兰电网进行了为期一年的试运行。1993年，该公司推出由行波采集单元和行波分析系统组成的正式的行波测距系统，并且集成了A、D、E三种行波测距原理。现场运行表明，该系统的故障测距误差 300m。

（2）B.C.Hydro行波测距系统

1993年，加拿大的不列颠哥伦比亚水电公司（British Colombia Hydro， CA）研制出双端法中的D型行波测距系统安装于不列颠哥伦比亚省的多个500kV变电所，覆盖线路总长度 5300km，缺点没有录波功能。实际运行表明，与哈德威仪器公司研制的行波测距装置的测距精度相似，该系统的故障定位精度 300m以内。

（3）科汇行波测距系统

1995 年， 山东科汇电气股份有限公司等单位联合研制出利用暂态电流的 XC-11型输电线路行波故障测距装置，2000年科汇电气有限公司又研制出XC-2000行波测距系统，在2008年，科汇电气有限公司再次推出的GX-2000电力为用户提供完整的动态故障记录及线路故障精确定位解决方案，故障测距误差小于500米。

（4）中国电力科学研究院WFL-2010输电线路故障测距系统

2002年，中国电力科学研究院研制的WLF-2010输电线路故障测距系统，基于D型行波测距原理，利用小波分析技术及模量分析方法对输电线路故障行波信号进行分析。该系统的测距精度在500m以内。

（5）山东山大电力SDL-7002行波测距系统

2009年，山东山大电力公司研制了SDL-7002行波故障测距装置。该装置在单端、双端这两种行波故障测距原理基础之上，通过小波变换技术和模量分析等其他行波分析方法，结合了多种行波故障测距优化算法。该系统已在聊城、唠山等站投入运行，目前运行状况比较良好。

2.装置总体设计

针对以上测距装置效率不高以及运营成本大的缺点，我们自行研究了一套行波测距装置，主要包括三个部分：高压脉冲信号源装置、高频行波传感器和高速采集模块。高压脉冲信号源装置对故障线路发出高压脉冲信号，经高频行波传感器采集到模拟行波电压信号，然后传输给高速采集模块进行记录、存取故障点行波信号，最后通过算法软件对数据进行处理以判定故障性质和故障点位置。

3.测距装置各部分介绍

测距装置由三部分组成，高压脉冲发生器，首先利用直流高压发生器对脉冲电容器进行充电，在牵引网线路发生故障跳闸后，闭合户外真空断路器，此时，脉冲电容器通过真空断路器对线路放电，在线路上产生高压脉冲。

第二部分由传感器组成高频行波传感器的检测原理是基于法拉第电磁感应定律。当行波过电压在导线上传播时，脉冲电流产生脉冲磁场，以 TEM 形式在导线中传播，磁力线为同心圆形式，沿磁力线的垂直方向放置感应线圈，使磁力线穿过该线圈，则脉冲磁场能够在线圈上产生感应电势。感应电势在线圈两端引起电压 U。高频行波传感器等效电路原理图如图1。

图1 高频行波传感器等效电路原理图

第三部分由数据采集卡组成，用来存储和数据的采集。接触网故障判定装置使用高速数据采集模块采集记录、存取故障点行波信号。高速数据采集模块为多通道独立采样，设有多种触发方式；采样频率为100MHz；数据的采集深度为64Kbit；采样精度为12Bit。

本文针对以往接触网故障测距装置的优缺点，进行了改进，提高了效率同时减小了生产成本。

参考文献：

[1]陈小川，贺威俊，王牣，高仕斌.电力牵引网故障测距与录波微机综合系统[J]. 电力系统自动化，1996，vol：4.

[2]于盛楠.配电网故障定位的实用方法研究[D].华北电力大学，2007.