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故障錄波器范文第1篇

關鍵詞：電力系統；故障；錄波器

中圖分類號：F470.6 文獻標識碼：A

電力系統故障錄波裝置是常年投入運行監視運行狀況的一種自動記錄裝置。它的主要功能在于分析故障狀態下該保護裝置動作的正確性與否，其作用除了用于檢測繼電器及安全自動裝置的動作行為外，還用于分析系統動態過程中各電參量的變化規律，校核電力系統計算程序及模型參數的正確性。我們利用錄波數據可以正確評價或驗算繼電保護裝置工作的正確性。

當電力系統發生故障時，電力系統潮流計算、短路電流計算的理論值與實際值的相差很大，繼電保護裝置、自動儀的實際動作情況怎樣，電氣設備受沖擊的程度怎樣，從理論上很難闡述且又不能通過實驗獲得的瞬時信息，對電力系統安全穩定運行具有十分重要的意義，我們借助電力系統故障錄波器就可以獲得這些有用的信息，所以，故障錄波器就好比是電力系統故障時的“黑匣子”，是電力系統十分重要的安全自動裝置。根據相關的規定：在主力發電廠、110kV及以上變電站都應裝設故障錄波器。它需要記錄的電網參數如電壓、電流、開關量外，還對有關元件的有功、無功、非周期分量的初始電流及其衰減時間常數、系統頻率變化及各種參數變化的準確時間進行記錄。分析電網故障主要是指分析電力系統動態過程參數量的變化規律。故障錄波器必須設置故障錄波的專用傳輸接口，以便遠傳調度作進一步數據分析處理。

1電力系統故障錄波器的作用

故障錄波儀目前在電力系統中廣泛應用，其地位越來越重要，甚至不可替代，作用如下：

1.1 借助故障錄波器，可以正確分析判斷故障原因，為故障處理提供數據支持。根據故障過程波形圖及其有關數據，可以準確反映故障類型、相別、故障電流和電壓等重要數據、斷路器跳閘、合閘時間及自動重合閘動作情況等，從而可以分析和確定事故原因，研究有效的對策，為及時處理故障提供可靠的依據。

1.2 通過分析記錄的故障波形圖，可以看出繼電保護裝置和自動化裝置的缺陷以及一次設備的存在的問題，可以及時消除事故隱患；可提供轉換性故障和非全相運行再故障的信息；還可反映電力系統內部過電壓的情況等。

1.3 根據錄取的波形圖和數據，結合短路電流計算結果，可以較準確地判斷故障地點范圍，便于尋找故障點，加速處理事故進程，減輕尋線人員勞動強度。

1.4 分析研究震蕩規律，從錄波圖可以清楚反映振蕩發生、失步、同步震蕩、異步震蕩和再同步全過程以及振蕩周期、振蕩頻率、振蕩電流和振蕩電壓特性等，為研究防止振蕩對策、改進繼電保護和自動化裝置提供依據。

1.5 根據錄取的波形圖和數據，可以準確評價繼電保護和自動化裝置工作的正確性，特別是在發生轉換性故障時更是如此。

1.6 借助故障錄波器提供的波形和數據，不僅可反映用于核對系統參數和短路電流計算值，而且還可實測系統參數，對理論上計算的系統參數進行必要的修正。所以說故障錄波器對保證電力系統安全運行有十分重要和顯著的作用，同時，還可積累運行經驗，提高系統運行水平。故，故障錄波器是電力系統中必不可少的裝置，通過它的廣泛使用，可以保證系統的正常平穩運行，并為不斷改進系統提供了依據。

2故障錄波圖能夠提供的信息

（1）記錄故障電流和故障電壓以及頻率等量的變化過程

（2）記錄保護動作時間和故障切除時間

（3）顯示出現故障的電氣設備和故障類型

（4）顯示自動重合閘重合時間以及是否重合成功

（5）顯示直流是否正常，是否接地、短路

（6）詳細的繼電保護動作情況

（7）完成附屬功能

3 分析錄波圖的基本方法

（1）分析判斷系統發生了何種類型的故障，故障存在的時間。

（2）以故障相電壓或電流的過零點為相位基準，確定故障態各相電流電壓的相位關系（注意選取相位基準時應躲開故障開始及故障結束部分，因為這兩個區間存在非周期分量較大，電壓電流夾角由負荷角轉換為線路阻抗角跳躍較大等情況，分析容易出錯）。

（3）以某一相電壓或電流的過零點為相位基準，查看故障前電流電壓相位關系是否正確，是否為正相序？負荷角是多少度？

（4）繪制向量圖，進行分析。

4國內故障錄波器目前的形式

2.1常規主力發電廠、110kV及以上變電站裝設常規錄波器，故障錄波器的接入量均通過硬電纜線接入錄波器。

2.2在數字化變電站廣興起時，由于對GOOSE及IEC61850應用的不成熟，有一種過渡站，就是模擬量數字化開關量還是硬接線，這種變電站是傳統站和數字化站的一種混合站，而在這中混合站中仍保留了高頻保護，這種站要求錄波器既能提供模擬量的數字化接口，也能提供開關量硬節點的采集以及高頻通道的直流量采集。

2.3智能變電站故障錄波，系統可接入智能變電站過程層網絡的IEC61850-9-1或IEC61850-9-2模擬量采樣值SMV(Sampled Analogue Value)報文和IEC61850-8-1面向變電站事件的通用對象GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event)報文，并將GOOSE解析成實際的開關狀態，并且系統也支持SMV+GOOSE共網模式，直接從交換機獲取SMV和GOOSE。系統與站控層設備的通訊采用IEC61850制造報文規范MMS(Manufacturing Message Specification (ISO 9506))通訊規約，實現與站控層設備的互操作.

2.4在智能變電站中網絡故障或報文異常和變電站繼電保護裝置動作行為存在著復雜的關聯性，很多時候需要把故障錄波數據和網絡報文進行關聯對比分析，故障錄波和網絡分析一體化裝置可將兩種裝置的相關數據進行綜合分析，大大簡化、方便了運行維護，使得兩種數據相互分析、互相印證，可通過同一組交換機端口共享SV(采樣值)報文和GOOSE(變電站狀態事件)報文，有效地簡化了間隔層網絡連線，節約了交換機端口資源，縮減了二次設備裝置組屏數量。

5.案例分析

某智能化變電站，主變壓器遠景設計規模3臺，本期2臺；

220kV出線遠景6回，本期4回，本、終期均為雙母線接線；

110kV出線遠景6回，本期2回，本、終期均為雙母線接線；

10kV出線遠景30回，本期12回，（10回出線間隔，2回預留間隔）；

要求：模擬量采樣值SMV和GOOSE共網，分220kV A、B網（錄入220kV出線及主變220kV部分），110kV A（錄入110kV出線及主變110kV部分）、B網（錄入主變110kV部分）; MMS網為A、B網，配置故障錄波和網絡分析儀。

5.1 故障錄波和網絡分析儀單獨配置， 220kV部分需故障錄波2套（A、B網各一套），網絡分析儀2套（A、B網各一套）；110kV部分需故障錄波2套（A、B網各一套），網絡分析儀2套（A、B網各一套）

5.2故障錄波和網絡分析一體化裝置，220kV部分2套（A、B網各一套）；110kV部分2套（A、B網各一套）

第二種方式節省了設備及光纜。

故障錄波器范文第2篇

中圖分類號:TN911-34文獻標識碼:A

文章編號: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

電力系統故障錄波器是研究現代電網的基礎,也是評價繼電保護動作行為及分析設備故障性質和原因的重要依據。

在傳統變電站中,錄波所采用的方法是將需要采樣的各個節點通過硬電纜集中的連接到專用的采集板上,采集板對電流電壓值以及開關量進行A/D轉換,再由后臺的錄波設備進行分析與存儲[1]。近幾年,隨著電力系統自動化水平的提高,特別是光電式互感器、智能化開關等二次設備的發展,對發電機,電力電纜,斷路器等一次運行設備在線狀態檢測技術日趨成熟。結合當前成熟的高速以太網在實時系統中的開發應用,變電站中的數據監控已可以網絡化。在IEC61850協議的框架下,可以通過訂閱的方式實現全站數據對象的自由記錄。數字化變電站技術越來越受到人們的重視[2]。

當前,變電站的發展正處于傳統變電站向數字化變電站的過渡階段,甚至有的變電站運行于傳統站與數字站的混和狀態。對于錄波器制造公司來說,由于傳統站和數字站同時有錄波需求,需要同時有可用于傳統站和數字站的兩種設備,如果單獨設計兩種獨立的錄波器,將大大增加產品設計、生產和維護成本。兼容傳統站與數字站的錄波器正是為了滿足這一需求而設計。

1 總體結構

1.1 變電站的結構

數字化變電站在物理結構上分為兩類,即智能化的一次設備和網絡化的二次設備;而在邏輯結構上可分為3個層次,根據IEC61850 協議定義,分別為過程層、間隔層、站控層(或變電站層)[3]。各層內部及各層之間采用高速網絡通信,整個系統的通信網絡可以分為:站控層和間隔層之間的間隔層通信網、以及間隔層和過程層之間的過程層通信網。間隔層在站內按間隔分布式布置,各間隔設備之間相對獨立;間隔層和過程層之間的網絡采用單點向多點的單向傳輸光纖以太網,在標準中稱為過程總線。如圖1所示。

1.2 故障錄波器系統構成

數字化故障錄波器使用分層的系統設計,包括前端的協議轉換器部分以及后端的故障判斷與錄波設備兩部分。協議轉換器采用PowerPC8270處理器結構和VxWorks操作系統[4],其中包括IEC61850 協議處理模塊、數據同步模塊、傳統站數據模塊、數據通信模塊和時間同步模塊。如圖2所示。

圖1 故障錄波器在整個變電站的地位位置

圖2 邏輯結構

IEC61850 模塊負責接收和解析模擬合并單元發送的IEC61850 9-1 報文,提取模擬采樣值數據; 以及接收和解析保護控制單元發送的面向通用對象的變電站事件( GOOSE) 報文,提取開關量數據。數據同步模塊根據同步采樣合并策略,實現開關量數據和采樣值數據的同步。數據通信模塊負責與故障判斷與錄波設備進行數據交互。時間同步模塊則負責IEEE1588校時協議的處理和同步本地時鐘。

2 VxWorks下的IEC61850報文的接收實現

2.1 IEC61850 9-1與GOOSE報文的傳輸

IEC61850 標準針對變電站所有功能定義了比較詳盡的邏輯節點和數據對象,并提供了完整的描述數據對象模型的方法和面向對象的服務。其中的9-1協議和GOOSE協議都采用了不經TCP/IP 協議,直接映射到數據鏈路層,即傳輸層和網絡層均空的方式。以避免通信堆棧造成傳輸延遲,從而保證報文傳輸、處理的快速性[5]。

2.2 VxWorks下對于網絡協議的處理流程

在VxWokrs下處理數據鏈路層的報文,需要關注它的網絡協議棧結構。VxWokrs網絡協議棧(scalable enhanced network stack,SENS)為可裁減增強網絡協議棧。它與傳統的TCP/IP網絡協議棧相比,最大的特點是在數據鏈路層和網絡協議層之間多了MUX層。當網絡接口驅動向協議層發送數據時,驅動程序會調用一個MUX層提供的函數將數據轉發給協議層。MUX的主要目的是把網絡接口驅動層和協議層分開,使得二者彼此保持獨立[6]。

在此,為了實現對9-1和GOOSE協議數據鏈路層報文的處理,利用了VxWorks網絡協議棧的MUX接口,如圖3所示。

圖3 VxWorks MUX接口結構

當網卡收到一個報文時,網卡驅動中實現的網卡中斷服務函數將被調用。中斷服務只負責最簡單的底層操作,然后中斷調用netJobAdd(),將接下來的工作排隊加入網絡服務隊列,tNetTask任務將會從此隊列中讀出,完成任務級別的網絡處理工作。其具體的處理方法根據不同的網絡協議類型有所不同,開發人員可以通過MUX接口綁定對新的網絡協議處理方法。

2.3 IEEE1588精密時鐘同步協議

為了在后方的故障錄波和常態錄波下都能有精確的時間,采用IEEE1588精密時鐘同步協議(PTP)。它是一種網絡時間同步協議。

IEEE1588協議通過硬件和軟件配合獲得更精確的定時同步。它采用分層的主-從式(master-slave)模式,主要定義了4種時鐘報文類型:同步報文(Sync)、跟隨報文(Fellow-up)、延時要求報文(Delay-Req)、回應報文(Delay-Resp)。PTP系統中的從時鐘就是通過與主時鐘交換上述的4種報文來同步時間[7]。

3 硬件設計

前端故障錄波器協議轉換器部分的硬件選擇Freescale MPC8270 處理器,其CPU主頻為450 MHz,通信處理器(CPM)主頻300 MHz,并且其自身具有3個快速以太網控制器(FCC)。在該本應用中使用了交換芯片進行擴展。后端的故障判斷與錄波設備采用Intel Core 2雙核E4300 1.8 GHz。

圖4 硬件結構圖

4 軟件設計

軟件基于VxWorks操作系統,VxWorks具有良好的可靠性,高性能的內核以及很好的實時性。

4.1 IEC61850報文處理模塊

IEC61850 9-1標準與GOOSE為了保證通信的實時性,都采用了數據鏈路層直接傳輸報文。在此利用VxWorks的MUX層接口實現從數據鏈路層將IEC61850協議數據傳輸給應用層程序。由于在IEC61850協議中規定幀結構中含有虛擬局域網標記TPID和TCI,在幀經過交換機時可能會被去掉也可能保留。因而在MUX層綁定網絡協議類型處理函數時需要對9-1協議(ethertype 0x88b8),GOOSE協議(ethertype 0x88ba),以及虛擬局域網標記(0x8100)都進行綁定,并在后續的處理中對類型為0x8100的報文特別處理,判斷其真實的協議類型,以免誤判。

9-1是一個點對點的協議。在故障錄波器的應用場景中,由于必須監控全站的大量線路,前端需要集中器將9-1數據合并[8],而合并后的數據格式目前并沒有統一的標準。在此對于9-1協議解析進行了模塊化設計,將報文的解析獨立出來,使其很容易增加對其他類型9-1擴展協議的支持。

4.2 傳統數據報文模塊

該應用中對于傳統站,將由前方的采集設備采樣模擬量和開關量數據,通過TCP協議發送到錄波器。錄波器將對其解析后封裝為與IEC61850相兼容的數據格式,以便后方設備進行啟動判斷與存儲。

4.3 同步模塊

9-1數據來自合并單元,而開關量采樣數據來自保護控制單元,兩者的數據源不同,發送的報文格式也不同。IEC-61850 中定義的GOOSE報文,每幀報文中含有詳細的絕對時間,但報文只有在開關量發生變位時才發送,在開關量變位后,則建議按指數遞增的時間間隔發送,因而接受到GOOSE報文的時刻是不定的。在某些實際應用中,甚至可能發生保護裝置未進行同步,造成GOOSE報文中的時間戳不準的情況。另一方面,故障錄波需要全站的大量開關量數據,而單一保護控制單元發送的GOOSE報文只包含其中的一部分[9],需要將不同來源的GOOSE報文進行同步和組合。包含模擬量采樣值的9-1報文通過合并單元后雖然具有錄波所需要的全部模擬采樣值數據,也按照固定的采樣頻率均勻發送,但其中僅含有秒的等分序號,而沒有絕對的時間信息。因此必須要將不同源的開關量之間、以及開關量和模擬量之間進行同步合并,對數據整體加入絕對時刻。

在設計同步方案時,充分考慮到開關量的數據更新頻率遠遠小于開關量數據讀取頻率,即絕大多數的同步工作都是將保存的開關量與當前收到的模擬量采樣值進行合并,只在低頻率的GOOSE報文來臨時才需要更新保存的開關量值。

在該設計中,高頻率的模擬量數據到需要和開關量合并時,保存開關量的堆棧中將只含有最近的一次或之前少數幾次開關量狀態,模擬量數據將以極大的概率直接與最近的開關量時間匹配,維護此堆棧的空間開銷和時間開銷都很小。具體流程圖如圖5所示。

圖5 報文解析與同步的流程圖

4.4 數據通信模塊設計

該模塊將同步好的全站模擬量采樣值與開關量加入時間戳,通過TCP連接發送給啟動判斷與存儲設備,保證數據及時間的正確性并簡化后端的實現。

4.5 時間同步模塊

按照IEEE1588的規定,首先由主時鐘節點向從時鐘節點發送帶主時鐘時間戳的同步報文(Sync),同時主時鐘節點記錄下同步報文實際發送的時間戳,并在隨后的跟進報文(Fellow-Up)中傳送該精確時間戳t0。從時鐘節點在收到上述報文后記下同步報文的接收時刻t1。然后從時鐘節點向主時鐘節點發送一個延遲請求報文(delay-request),同時記錄下該報文的實際發送時間作為精確的發送時間戳t2,而主時鐘接收到該報文時也記下接收時刻的精確時間戳t3,并將該事件戳在隨后的延遲響應報文。中發送給從時鐘節點。如圖6所示。

圖6 IEEE1588報文發送示意圖

圖7 啟動判斷與存儲的流程圖

主、從時鐘偏差(offset)以及網絡延遲(delay)可表示為:

A=t1-t0=delay+offset,

B=t3-t2=delay-offset;

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

4.6 故障錄波啟動判斷及記錄模塊

因協議轉換器已對數據加入時間戳并進行合并,故障錄波啟動判斷及記錄模塊存在實時性的問題,設計時注重更大的系統容量,因此硬件平臺選擇Intel CPU,軟件基于Linux操作系統。它通過額外的算法判斷同步的模擬量采樣數據與開關量數據的瞬時值或有效值來判斷當前電網中是否發生故障,需要高速存儲并生成故障報告[10]。同時可在正常狀態下存儲常態錄波。

5 結 語

新型故障錄波器采用兩層設計,對傳統站與數字站進行了統一的封裝,使得單一型號的錄波器產品可以滿足傳統站,數字站以及傳統數字混合站的要求,解決了當前過渡時期的多種要求,大大降低了錄波設備的開發、生產和維護成本。同時,它同時支持大容量,高采樣率的暫態故障錄波需求和常態錄波。在96路模擬量,192路開關量的容量下,對于傳統站可以支持達到10 kHz的采樣率,對于數字站可以支持4.8 kHz的采樣率。它是一種高性能,實用性良好的新型故障錄波器。

參考文獻

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[3]中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T 860.7-1 (IEC 61850-7-1)變電站內通信網絡和系統 第1部分[S].北京:中國電力出版社,2006.

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故障錄波器范文第3篇

關鍵詞：IEC61850標準;錄波裝置；通信模塊；數據分析模塊；CPU選擇

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

數字化錄波裝置是伴隨著變電站自動化進程的不斷推進而產生的，是數字化變電站的產物。數字化變電站在邏輯結構上分為3個層次，根據變電站通信網絡和系統協議的定義，3個層次分別稱為過程層、間隔層、變電站層，3個層次的關系如圖1所示。

圖1 變電站自動化系統接口模型

合并單元和數字錄波裝置分別處于數字化變電站的過程層與間隔層。過程層是一次設備與二次設備的結合面，主要完成開關量輸入/輸出，模擬量采集和控制命令發送等與一次設備相關的功能。

IEC61850標準要求過程層的電子式互感器將一次側的電壓、電流等模擬量直接轉化為數字信號，通過通信網絡傳送至間隔層；數字式執行器能執行由通信網絡傳送的命令。間隔層設備主要實現控制和保護功能，并實現相關的控制閉鎖和間隔級信息的人機交互功能，間隔層設備可通過間隔層通信實現設備間相互對話機制。變電站層完成對站內間隔層設備、一次設備的控制及與遠方控制中心、工程師站及人機界面通信的功能。

適應計算機技術和網絡通信技術的飛速發展，數字化變電站已成為變電站自動化技術的發展方向。在過程層、間隔層及站控層上，按照IEC61850《變電站通信網絡和系統》標準，實現變電站內部以及變電站與集控站間的信息共享和互操作。目前國內已經有多個數字化變電站投入運行或開工建設，做為數字化變電站核心技術的光電電壓互感器和光電電流互感器陸續開始運行，高速網絡通信技術已經逐漸為國內主流二次設備廠家成熟掌握。過程層的合并單元，間隔層的二次保護、測量、控制單元，站控層的后臺軟件也日益開發完善。

傳統的電力故障錄波裝置對模擬量和開關量的采集需要通過硬電纜接入裝置，當系統需要擴容或需要改變采集的對象時往往很不靈活。而數字化變電站遵循IEC61850標準，一次設備電纜被數字光纖取代，即模擬量和開關量已經網絡化；數字化變電站實現了過程層設備數字化，間隔層設備網絡化，因此涌現出了數字化錄波裝置，它能滿足數字化變電站對錄波裝置提出的要求，是數字化變電站和錄波裝置不斷發展的共同產物。

為了更好的理解數字化錄波裝置的重要作用，先給出數字錄波裝置在智能變電站網絡結構中的位置，如下圖2所示。

圖2 數字錄波裝置在智能變電站中的位置

一、數字錄波裝置硬件結構

數字故障錄波裝置的硬件系統比傳統的故障錄波裝置要相對簡單。因為不再需要采集和數據變換，二次設備與設備之間通過高速通信網絡進行數據和信息交互，為變電站全站錄波帶來了極大的方便，節省了大量二次互感器電纜的投資。結合數字化變電站數據采集對象，硬件系統由故障記錄模塊和故障數據分析模塊組成，總體框架結構如圖3所示。

圖3 錄波裝置硬件基本結構

（1）故障通信記錄模塊硬件結構

數字錄波裝置的故障通信記錄模塊是整個裝置的核心，其硬件結構如下圖4所示，它將接收和解析由合并單元發送來的IEC61850-9-2報文和由保護控制單元的面向通用對象的變電站事件（GOOSE）報文，分別提取采樣值數據和開關量數據；在故障通信記錄模塊具有數據同步、故障錄波啟動判別、數據存儲以及數據通信功能。

圖4 錄波裝置故障通信記錄模塊硬件框圖

故障通信記錄模塊主要由錄波分析主機、網絡存儲器、打印機、液晶顯示器、鍵盤、鼠標等組成。錄波分析主機中包含千兆光纖采集卡、高性能嵌入式CPU板卡等。

LAN1主要采集模擬量數據；LAN2主要采集開關量數據；LAN3主要完成時鐘對時；LAN4主要完成與其他監控管理系統的通信；LAN5主要完成NAS網絡存儲器(Network Attached Storage)的交互。

（2）故障數據分析模塊硬件結構

數字錄波裝置的故障數據分析模塊結構如圖5所示。它主要完成故障啟動定值交互管理，故障數據格式轉換，故障錄波波形分析及數據通信等功能。這里的數據通信與故障記錄通信模塊中數據通信呼應，可利用以太網通信技術完成。

圖5 故障數據分析單元模塊結構

二、數字錄波裝置CPU的選擇

本文裝置通信記錄模塊選用的PowerPC8270處理器芯片為摩托羅拉的一款基于基于摩托羅拉MPC82xx 處理器的嵌入式開發平臺，MPC82xx 集成PowerPC 處理器適用于那些對成本、空間、功耗和性能都有很高要求的應用領域，能完全滿足數字錄波各方面的需求。選用該芯片的原因有以下幾點：

（1）該芯片價格較低，目前市場價格每片只有兩千多元，而且存貨充足。

（2）該器件有較高的集成度，降低了功耗和加快了開發調試時間。這種低成本多用途的集成處理器的設計目標是使用PCI 接口的網絡基礎結構、電訊和其它嵌入式應用。它可用于路由器、接線器、網絡存儲應用和圖像顯示系統。

（3）具有700MHz主頻的浮點DSP處理能力，可配置3個10Mbit/s或100Mbit/s自適應以太網口，2個10Mbit/s以太網口。

（4）使用ARM芯片的HPI接口，可以訪問內部的雙口RAM，從而實現芯片間快速、有效互聯。

DSP的快速數據計算能力，再加上ARM的通信能力保證了數據處理的實時性，也提高了系統的易操作、可擴展性。為實現數字錄波提供了良好的實用平臺。下面給出PowerPC8270處理器與整個錄波裝置的硬件關聯結構，如圖6。

SDRAM為同步動態存儲器；CPLD為復雜可編程邏輯器件

圖6 處理器與整個裝置硬件關聯圖

PowerPC嵌入式處理器具有強大的網絡通信能力和數據處理能力，豐富的設備接口，伸縮性強，使用靈活，能很好的滿足錄波裝置要通信能力強的要求。

故障數據分析單元采用嵌入式Intel Pentium II處理器結構，處理器主要完成故障啟動定值交互管理，故障錄波波形分析以及與故障通信記錄模塊通信上的交互。

三、結論

數字化故障錄波裝置是以后錄波裝置研究的熱點，本文研究的智能變電站數字錄波裝置滿足數字化變電站發展要求，適應未來智能電網的需要，雖然所作的工作只是整個錄波裝置研制的一些前瞻性工作，具仍有一定的工程參考價值。

參考文獻

[1]梁合慶.變電站綜合自動化中的故障錄波裝置[A].變電站綜合自動化研討會論文集[C]，南京：電力自動化研究院，1995,201-202

故障錄波器范文第4篇

【關鍵詞】故障錄波 關鍵技術

電力系統故障錄波器是研究現代電網的基礎，也是評價繼電保護動作行為及分析設備故障性質和原因的重要依據。性能優良的故障錄波器裝置對于保證電力系統安全運行及提高電能質量有重要的作用。故障錄波信息數據是對事故進行分析和研究對電網的運行情況進行研究的主要依據和關鍵性的研究基礎。在經濟和科技高速發展的現代化社會中，要建立起科學的先進的電網故障錄波分析系統，能夠快速的進行分析處理，保證電網的正常安全運行工作，提高工作效率。

1 裝置基本構成和功能分析

1.1 故障錄波裝置的構成

故障錄波裝置由管理單元、記錄單元、采集單元三部分。該設備接入一個網絡：接入過程層網絡，接收合并單元提供的采樣值數據，接收智能終端的斷路器狀態和保護裝置發出的各類跳閘和告警信號。

1.2 故障錄波裝置各功能分析

1.2.1 管理單元功能

管理單元對應于故障錄波器的報文分析模塊，實現系統的人機接口，管理多臺記錄單元，管理單元既可以使用Windows操作系統，又可以使用Linux操作系統，基于安全的考慮，越來越多的變電站選擇Linux操作系統來實現。主要包括：

（1）系統的組態及參數配置模塊。

（2）系統狀態監視模塊，實時監視SV控制塊、GOOSE控制塊、PTP報文及其他網絡報文等的總流量、斷鏈、異常等統計信息，當滿足設定條件的異常情況時，給出相應的告警條目。

（3）暫態數據檢索及分析模塊。

（4）網絡報文在線檢測模塊。

（5）網絡報文檢索及分析模塊。

1.2.2 記錄單元功能

記錄單元對應于故障錄波裝置的報文記錄模塊，記錄單元實現在線解析、文件管理、MMS通信服務，時鐘同步功能，是整套系統的核心單元。該單元與分析管理單元通信，將實時數據、統計分析結果等傳送至分析管理單元進行展示，記錄單元一般采用嵌入式操作系統來實現，目前主要用于Linux系統。包括：

（1）網絡報文統計及記錄模塊；

（2）文件管理模塊；

（3）實時通信服務模塊；

（4）裝置自檢模塊；

（5）參數在線整定模塊；

（6）對時及守時模塊；

（7）故障錄波模塊。

1.2.3 采集單元功能

采集單元對應于故障錄波裝置的報文接收模塊，采集單元提供采集通信接口，采集輸入裝置的SV、GOOSE、MMS鏡像網絡報文等，。采集單元一般利用DSP等CPU愛實現，不使用嵌入式操作系統。采集控制模塊接收外部發送來的SV、GOOSE、PTP等網絡報文，實時報文的高速高精度捕捉。

2 故障錄波裝置工作原理

錄波數據記錄方式分為連續數據記錄和觸發數據記錄。連續數據的記錄采用非故障啟動的連續記錄方式，對電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率等電氣量自裝置投入運行后進行連續記錄。觸發數據記錄是當電網或機組有大擾動時，裝置自動啟動，進入暫態記錄過程。

錄波啟動判據包括：突變量啟動元件、越線啟動元件、慢變化啟動元件、序分量啟動元件、頻率限值啟動元件、頻率變化率元件、諧波電壓啟動、觸點量變化啟動元件、手動和遠方啟動元件。

錄波波形分析是故障濾波器的重要組成部分，通過分析軟件能查看波形，支持通道選擇、波形放大縮小等基本功能，同時進行常規分析、線路分析和發電機分析。

錄波數據遠傳，故障錄波裝置設有工業以太網口，直接支持基于TCP/IP的聯網，即節省了投資，又方便了分布式的廠站監控系統的集中管理，錄波數據采用FTP服務器的型式遠傳至保護故障信息系統或技術管理部門，也可接入MIS網。通信采用斷點續傳技術，解決了龐大錄波數據的傳輸問題。錄波裝置亦可采用103規約IEC61850規約，由以太網接口與監控系統相連。

3 關鍵技術實現

在智能變電站中，站控層、間隔層、過程層的通信網絡中，充斥著SV、GOOSE、MMS、1588及其他規約或不能識別的報文，這些報文都要接入到網絡報文分析記錄裝置中，由網絡報文記錄分析裝置完整準確地記錄這些報文并進行分析處理。特別是在網絡壓力較大時要保證不丟包、不跳變。完整準確的原始報文是網絡報文記錄分析裝置穩定運行的基礎。對于網絡報文記錄分析裝置，應具備 MU數量不低于24個，GOOSE控制塊個數不低于256個，網絡數據流量不低于400Mbit/s的接收及處理能力。應具備連續SV記錄24h以上，連續GOOSE記錄14天以上、異常報文記錄10000條以上的數據存儲能力。針對這樣的處理要求，網絡報文記錄分析裝置的軟件硬件設計上主要采取的技術措施包括：

（1）網絡數據采集分布式設計。裝置采用網絡數據采集單元獨立設計，解決了額網絡數據采集和數據深度處理硬件一體化設計商的電磁兼容、協調調度、散熱等問題，使裝置工作更穩定可靠。

（2）記錄單元雙核全嵌入式設計。記錄單元采用全嵌入式設計方法，采用源碼開放的Linux嵌入式實時操作系統，告訴雙核CPU協調運算處理系統，極大提供了記錄單元的數據吐吞能力，處理實時性和動態相應特性。

（3）數據壓縮存儲技術。采用先進的數據壓縮存儲技術，最大壓縮可達到20倍，常規運行時壓縮比在9倍左右。

（4）網絡數據采集單元全嵌入式設計，無操作系統系統調度，保證數據處理能力及實時性，以及運行穩定可靠和抗干擾能力。

采取這些措施后，裝置運行穩定性良好。當記錄功能投入時，模擬量通道和開關量通道最大化配置，所以元件啟動投入，裝置啟動并在大規模寫入文件時，裝置的CPU使用率控制在60%之內。

4 結束語

在智能變電站中，SV、GOOSE、報文取代了傳統的交流量電纜，SV、GOOSE報文的異常有可能引起保護的誤動或拒動，甚至電流系統的崩潰。SV、GOOSE報文的重要性可見一斑。對于故障錄波器，不僅要求能夠完整記錄SV、GOOSE的原始報文，而且能夠識別異常情況，給出報警，預防電力系統事故的發生。

參考文獻

[1]付國新，戴超金，侍昌江，等.智能變電站故障錄波系統設計與探索[J].電力自動化設備，2010，30（7）：131-133.

[2]楊永標，丁孝華，黃國方，等.基于IEC61850的數字化故障錄波器的研制[J].電力系統自動化，2008，32（13）：58-61.

作者簡介

韓東升（1980-），男，河南省鄢陵縣人。現為河南立新監理咨詢有限公司助理工程師，從事電力工程監理工作。

李峰瑞（1985-），男，河北省邢臺市人。現為河南立新監理咨詢有限公司助理工程師，從事電力工程監理工作。

故障錄波器范文第5篇

關鍵詞：行波 測距 裝置

經過了國內外近二十年的運行，行波故障測距裝置應對現場復雜情況的經驗也積累得越來越多。為行波測距技術的不斷進步和行波理論研究的不斷深入提供了大量的寶貴資料，對行波故障測距技術逐步走向完善起到了至關重要的作用。

下面對比較典型現代行波測距裝置和系統做一簡單的介紹。

1.測距裝置國內外現狀

（1）Hathaway行波測距裝置

1992年，哈德威儀器公司（Hathaway Instruments Ltd， UK）研制的利用電流暫態分量的現代行波故障測距裝置原型樣機，在蘇格蘭電網進行了為期一年的試運行。1993年，該公司推出由行波采集單元和行波分析系統組成的正式的行波測距系統，并且集成了A、D、E三種行波測距原理。現場運行表明，該系統的故障測距誤差 300m。

（2）B.C.Hydro行波測距系統

1993年，加拿大的不列顛哥倫比亞水電公司（British Colombia Hydro， CA）研制出雙端法中的D型行波測距系統安裝于不列顛哥倫比亞省的多個500kV變電所，覆蓋線路總長度 5300km，缺點沒有錄波功能。實際運行表明，與哈德威儀器公司研制的行波測距裝置的測距精度相似，該系統的故障定位精度 300m以內。

（3）科匯行波測距系統

1995 年， 山東科匯電氣股份有限公司等單位聯合研制出利用暫態電流的 XC-11型輸電線路行波故障測距裝置，2000年科匯電氣有限公司又研制出XC-2000行波測距系統，在2008年，科匯電氣有限公司再次推出的GX-2000電力為用戶提供完整的動態故障記錄及線路故障精確定位解決方案，故障測距誤差小于500米。

（4）中國電力科學研究院WFL-2010輸電線路故障測距系統

2002年，中國電力科學研究院研制的WLF-2010輸電線路故障測距系統，基于D型行波測距原理，利用小波分析技術及模量分析方法對輸電線路故障行波信號進行分析。該系統的測距精度在500m以內。

（5）山東山大電力SDL-7002行波測距系統

2009年，山東山大電力公司研制了SDL-7002行波故障測距裝置。該裝置在單端、雙端這兩種行波故障測距原理基礎之上，通過小波變換技術和模量分析等其他行波分析方法，結合了多種行波故障測距優化算法。該系統已在聊城、嘮山等站投入運行，目前運行狀況比較良好。

2.裝置總體設計

針對以上測距裝置效率不高以及運營成本大的缺點，我們自行研究了一套行波測距裝置，主要包括三個部分：高壓脈沖信號源裝置、高頻行波傳感器和高速采集模塊。高壓脈沖信號源裝置對故障線路發出高壓脈沖信號，經高頻行波傳感器采集到模擬行波電壓信號，然后傳輸給高速采集模塊進行記錄、存取故障點行波信號，最后通過算法軟件對數據進行處理以判定故障性質和故障點位置。

3.測距裝置各部分介紹

測距裝置由三部分組成，高壓脈沖發生器，首先利用直流高壓發生器對脈沖電容器進行充電，在牽引網線路發生故障跳閘后，閉合戶外真空斷路器，此時，脈沖電容器通過真空斷路器對線路放電，在線路上產生高壓脈沖。

第二部分由傳感器組成高頻行波傳感器的檢測原理是基于法拉第電磁感應定律。當行波過電壓在導線上傳播時，脈沖電流產生脈沖磁場，以 TEM 形式在導線中傳播，磁力線為同心圓形式，沿磁力線的垂直方向放置感應線圈，使磁力線穿過該線圈，則脈沖磁場能夠在線圈上產生感應電勢。感應電勢在線圈兩端引起電壓 U。高頻行波傳感器等效電路原理圖如圖1。

圖1 高頻行波傳感器等效電路原理圖

第三部分由數據采集卡組成，用來存儲和數據的采集。接觸網故障判定裝置使用高速數據采集模塊采集記錄、存取故障點行波信號。高速數據采集模塊為多通道獨立采樣，設有多種觸發方式；采樣頻率為100MHz；數據的采集深度為64Kbit；采樣精度為12Bit。

本文針對以往接觸網故障測距裝置的優缺點，進行了改進，提高了效率同時減小了生產成本。

參考文獻：

[1]陳小川，賀威俊，王牣，高仕斌.電力牽引網故障測距與錄波微機綜合系統[J]. 電力系統自動化，1996，vol：4.

[2]于盛楠.配電網故障定位的實用方法研究[D].華北電力大學，2007.