录波分析

录波分析（共8篇）

录波分析 篇1

电力系统的故障录波装置[1]是一种在电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种装置。它可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、系统电压及各种电气量, 如系统频率、有功、无功的全过程变化, 同时还记录继电保护与安全自动装置的动作行为。性能优良的故障录波装置对保证电力系统的安全可靠运行具有非常重要的作用。

故障录波器功能主要分为录波和分析两大功能, 分析功能强弱是产品性能的重要指标, 而谐波分析就是其中最重要的一项指标。现在微机保护装置基本上都具有故障录波功能, 其采样率很高, 一般都在24次以上, 其中包含基次量, 也包含多次谐波量, 按照傅立叶算法, 24次采样率其最大谐波次数为12次。一般谐波含量大小依次为3次、5次、7次、9次奇次谐波, 11次以上高次谐波含量很小, 故24次采样率的保护装置所能测量的谐波含量基本能满足一般工业应用的要求。

一、谐波概述

在电力系统中, 谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时, 与所加的电压不呈线性关系, 从而产生非正弦电流, 即电路中有谐波电流产生。谐波频率是基波频率的整倍数, 根据法国数学家傅立叶 (M.Fourier) 分析原理证明, 任何周期性的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量[2]。国际上公认的定义为:“谐波是一个周期电气量的正弦波分量, 其频率为基波频率的整倍数。”在频域分析中, 将畸变的周期性电压和电流分解成傅里叶级数[4]:

ω1――工频 (即基波) 的角频率, rad/s;

h――谐波次数;

Uh、Ih——分别为第h次谐波电压和电流的均方根值, V,

αh、βh——分别为第h次谐波电压和电流的初相角, rad;

M——所考虑的谐波最高次数, 由波形的畸变程度和分析的准确度要求来决定, 通常取M≤50。

谐波波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度, 以总谐波畸变率THD表示。它等于各次谐波均方根的平方和的平方根值与基波均方根值的百分比:

理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电流和谐波电压的出现, 对公用电网是一种污染, 它使用电设备所处的环境恶化, 使电气设备过热、产生振动和噪声, 并使绝缘老化, 使用寿命缩短, 也对周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。因此, 谐波治理意义重大。

二、谐波分析

所谓谐波分析方法, 即是周期性的非正弦波形利用傅立叶级数及傅立叶变换, 分解为基波及各次谐波的方法。实际中常把连续时间信号的一个周期T等分成N个点后进行采样, 从而得到一系列离散时间信号, 然后采用离散傅立叶变换 (DFT) 或快速傅立叶变换 (FFT) 的方法进行谐波分析。

1.离散傅立叶与快速傅立叶变换。电力系统的非正弦周期波都是不规则的畸变波形, 无法表示成函数解析式后用指数形式的傅立叶级数进行计算。一种常用的方法是对该种波形的时间连续信号用采样装置进行等间隔采样, 并把采样值依次转换成数字序列, 然后借助计算机进行快速谐波分析。

设对u (t) 每个周期均匀同步采样N点, 得到序列u{ (n) }, 若u (t) 的最高次谐波次数为M, 为了满足采样定理, N应满足:

以电流各次谐波计算为例, 根据连续函数的傅立叶级数计算式[3]则可得到离散形式的计算式:

其中ambm分别为傅立叶级数中的余弦项系数和正弦项系数。而对于离散序列u (n) , 可作N点的离散傅立叶变换, 得:

其中k=0, 1, 2, 3……N-1

根据上式可以完全确定各次谐波, 以及基波和直流分量。

而快速傅立叶变换 (FFT) 不是一种新的变化, 它是基于离散傅立叶变换的快速算法。其核心思想是:

(1) 为了显著减少乘法次数, 将长序列的DFT分解成几个等长的短序列的DFT;

(2) 利用eN-j2π (即旋转因子, WN) 的对称性、周期性和可约性[4], 使DFT运算中有些项可以合并, 并使DFT运算分解为若干个小点数的DFT, 减少运算量。

以N=128为例, DFT需要运算1282=16384次, 而FFT仅需7×128/2=448次, 从而使谐波分析的速度大大提高。

三、故障录波装置

治理谐波首先需监测谐波, 采用高性能谐波仪表成本较高, 并且谐波含量完全实时监测意义并不大, 只要能够测量谐波含量为治理谐波提供依据就基本可以满足要求。因此, 采用FFT结合录波文件分析测量谐波含量完全能够满足要求。

录波文件包含基次值, 也包含谐波含量, 利用傅立叶算法可以将各次谐波分解出来。录波文件既可是故障时的录波也可是正常时手动触发录波, 这样, 既分析了故障时的谐波含量又可测量正常时的谐波含量。谐波含量可以以列表或柱状图方式分相显示, 并可存入历史数据库, 进行统计报表分析, 同时还可以设置阀值, 当大于设定阀值时, 变色显示或发报警信息。

四、结语

利用录波文件计算测量谐波含量不失为一种简单适用的测量方法, 充分利用了保护装置的录波功能, 既节约了投资, 又达到了谐波监测的效果。通过记录、分析正常工作时各次谐波含量, 对治理谐波提供了有力支持;而故障时的波形记录也为分析故障特性、原因提供了帮助。针对谐波监视分析的故障录波装置集谐波的监视、分析与故障录波、报警于一体, 功能齐全, 通用性强, 整个装置易于扩展和维护, 是变电站综合自动化系统的理想组成部分。

摘要：谐波对系统及设备危害极大, 如何测量和分析谐波?传统的方法是采用高质量的有谐波测量功能的智能仪表或专用的谐波记录仪。本文提出, 通过对故障录波进行快速傅立叶算法计算谐波值, 虽然不是实时数据, 但其精度仍然可以达到高精度仪表的标准。

参考文献

[1]Hart David, Novosel Damir.A new Frequency Tracking and phasor estimation algorithm for generator protection[J].IEEE Trans on PWRD, 1997, 12 (3) :1064-1073.

[2]肖湘宁等。电能质量分析与控制[M].中国电力出版社, 2004.2-8.

[3]杨文.电力系统谐波检测方法研究[D].长沙:中南大学, 2005

[4]杨富康.基于FFT的电网谐波检测方法的研究[D].西安:西安科技大学, 2009

[5]施耐德《2009sepam全系列保护说明书》, 2009

[6]H.J.Nussbaumer.快速傅里叶变换和卷积算法[M].上海科学技术出版社, 2009

浅谈典型故障录波器的原理及维护 篇2

关键词：动态记录 硬件 组网 异常处理

中图分类号：TM74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（a）-0082-01

在经济快速发展的今天，用电负荷不断增长，电网规模不断增强，电力系统的各种故障通常都会造成比较严重的影响。故障录波器能在系统发生故障、异常扰动时，自动准确地记录故障前后的各种电气量变化及继电保护动作情况，通过分析、比较，判断保护动作、明确故障范围和故障测距，为处理事故提供科学依据，确保及时处理事故，迅速恢复供电，大大降低了因故障停电造成的综合经济损失。当下，故障录波器已被广泛应用在各个电压等级的变电站中。

1 电力系统故障动态记录

1.1 动态记录类别

电力系统故障动态记录的主要任务是，记录大扰动如短路故障、系统振荡、频率崩溃等发生后的有关系统电参量的变化过程及继电保护与安全自动装置的动作行为。[1]

（1）高速故障记录：记录因短路故障或系统操作引起、由线路分布参数作用在线路上出现的电流及电压暂态过程，主要用于检测新型高速继电保护及安全自动装置的动作行为，也可用以记录系统操作过电压和可能的铁磁谐振现象。

（2）故障动态过程记录：记录因大扰动引起的系统电流、电压及其导出量，如有功、无功以及频率的全过程变化现象。主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为，了解系统暂（动）态过程中系统各电参量的变化规律等。

（3）长过程动态记录：记录主要线路的有功潮流、母线电压及频率、变压器电压分接头位置以及自动装置的动作行为等。

1.2 500 kV变电站故障录波记录内容

220 kV线路、母线联络断路器的相电流和零序电流；220 kV母线电压互感器的3个相对地电压和零序电压。操作每台220 kV断路器的继电保护跳闸命令，纵联保护的通信通道信号，安全自动装置操作命令。500 kV每条线路的4个电流量和4个线路电压量和每台主变压器的4个电流量。操作每台500 kV断路器的继电保护跳闸命令，纵联保护通信通道信号及安全自动装置操作命令[2]。

2 IDM故障录波器的硬件及组网

2.1 硬件组成

IDM是一套多功能分布式数据采集系统，由DAU、LSU、PRT、PC、MODEM、HUB、GPS等构成[3]。DAU为数据采集单元，采集量包括模拟量、开关量等；LSU为本地存储单元，用来保存DFU/TSS/CSS记录、实现多套DAU情况下的MODEM共享和打印机共享。

2.2 IDM故障录波器系统常见组网方式

在实际的变电站中，所需要记录的设备电气量、开关量众多，由于单一DAU的通道数量有限（IDM16/32），故需要较多的DAU单元进行采集，同时存储的增加，LSU也需多台。最为常见的一种组合方式就是多台DAU配置一台LSU，共同组屏；同时以HUB为中心点的多个录波器系统拓扑接入变电站局域网，公用一台后台PC机进行波形的调取与分析。应用程序安装至后台PC机。

2.3 故障录波器系统数据存储及调用信息流

故障录波器正常运行时，数据采集单元DAU将触发采集的数据时刻存储到LSU中。遇到手动远程触发及调用录波信息的情况时就需要掌握信息在录波系统内部的走向。当在后台PC机进行远程触发IDM时，触发命令信息流向为：PC机→交换机Swtich→HUB1→DAU1…DAUn，数据取回信息流向为：LSU→HUB1→交换机Swtich→PC机。

3 IDM类故障录波器异常处理

3.1 故障类型及处理

（1）DAU设备故障：当DAU面板上1～6任一组合信号灯亮，将DAU面板后电源开关断开，请厂家处理；当DAU电源灯熄灭不亮时，查看设备后电源开关及电源进线；当PPS对时灯灭，检查屏后GPS对时接口连接线是否良好；DAU死机及以上故障均可关断本屏上的直流电源开关，然后重新合上直流开关，重新启动。仍不能恢复，走缺陷流程，请专业人士处理。

（2）LSU设备故障：看门狗报警或死机时，重启LSU设备。

（3）HUB设备故障：①电源故障：若交换机面板上的POWER指示灯是绿色的，就表示正常；若该指示灯灭，则说明交换机没有正常供电。此时，应检查设备屏后交换机电源小开关是否合上；检查交换机背板电源接线是否良好；若外部输入都正常，应怀疑是内部故障，请专业人士处理。②端口故障：若连接某一端口的指示灯link灭，则应检查相应的连接部分。若其外部连接都正常，交换机电源也正常，应怀疑为端口故障。③背板故障：如果交换机各个模块均不能正常工作，考虑为电路板故障。此时，应请专业人士更换交换机电路板。④无法调取数据及启动远程录波功能：当无法调取录波数据或启动远程录波功能时，首先要查看故障录波器设备配置屏是否有故障告警信息；如果有，则根据以上分析处理；若无，有可能为双绞线连接接触不良所导致。重新拔插双绞线与各交换机的接口，进行试验；若仍然不能调用数据或远程录波，应汇报调度，进行缺陷处理。

3.2 运行维护建议

鉴于IDM类故障录波器在运行过程中，经常会出现如：故障录波器与后台故障录波器远程管理程序无法建立连接、GPS对时不准、故障录波器频繁启动告警、故障录波器故障及故障录波器看门狗故障等异常情况，致使其在日常工作过程中存在一定的隐患，若不能及时进行排查处理，一旦系统出现异常或故障时，无法第一时间自动准确地记录故障波形，这会对故障处理的及时性和有效性造成极大的干扰。

针对上诉情况，对IDM类故障录波器的运行提出如下意见和建议：（1）加强对故障录波器的巡视，定期对故障录波器进行手动触发，手动触发应安排在当天负荷较大时段，检验其是否在正常的工作状态，检查录波图形是否正常，发现问题，立即汇报，联系处理。（2）运维人员应了解故障录波图形的现场调阅和拷贝方法，在保护管理机不能调阅故障录波器的波形时，采用现场调阅方式，对故障进行及时的分析和判断。（3）加强技术培训，充分利用故障录波器维护的机会，请厂家人员现场讲解。（4）制定应急预案，确保紧急情况下能顺利调取故障录波，提高故障处理的效率。

4 结语

随着自动化水平的不断提高，电力系统故障的类型也越来越多，继电保护动作情况的复杂性也在不断增加，故障录波器在电网事故的处理中发挥着越来越大的作用。对于运维人员，了解录波器内部组件结构、工作方式显得更为重要，学会录波器常见故障处理更为电网安全运行增添一道安全屏障。

参考文献

[1]中华人民共和国电力行业标准.220-500kV电力系统故障动态记录技术准则.DL/T 553-94[S].

[2]瓶窑运维站500kV瓶窑变二次设备运行规程.

录波分析 篇3

故障录波器在我们电力系统的使用愈来愈广泛, 它是系统进行故障分析、快速判断故障类型、快速确定故障位置的有效工具;它为我们系统运行的稳定、提高输电质量、缩短故障排除时间提供了有力的保证。

本文就南京银山电子有限公司制造的YS-88A型故障录波装置作一介绍, YS-88A故障录波装置是一台运行在UCDOS操作平台下, 采用工控机模式的线路、主变故障录波装置。它在我们徐州电力系统中得到了广泛的使用。从多年的使用经验来看, 使用较方便、运行较稳定、录波成功率较高。

1、装置组成及工作原理

1.1 组成

YS-88A型故障录波装置的各功能单元全部装于标准 (2260*800*600) 机柜内, 自上而下, 它由网络通信拨号单元 (TX01) 、有源变换器单元 (ATU-128) 、数据处理器单元、无源变送器单元PTU-12 (最多六个) 、电源单元、键盘和打印机组成。其中, 数据处理单元是YS-88A故障录波器的核心。

数据处理单元分工控计算机部分和A/D转换采集部分。工控计算机部分采用台湾产ECB-640E工控主板, 16M内存, 4 0 G硬盘, 3.5寸软驱。C P U的主频为133HZ, 主板具有硬盘接口、软驱接口、打印机接口、键盘接口、网络接口和专用LCD液晶显示屏接口。同时支持键盘操作和单元面板的薄膜功能按键操作。A/D转换采集部分由六块可进行12路A/D转换的前置机板, 1块负责采集128路开关量及告警等其它信号的前置机板, 1块实现工控计算机部分与A/D转换采集部分通信的P C I O板组成。

变送器单元:一个变送器单元包括12个高精度小型变送器 (分电流型变送器和电压型) , 它将二次信号 (电流和电压) 转换成统一的-10V～+10V的电压信号, 输入前置机进行A/D转换。

有源转换单元:四块具有32路输入的开关量板、一块告警板;主要是进行开关量的采集和告警信号的输出。

电源单元:交流、直流输入控制开关, 交流电源、直流电源自动转换电路板。主要对整个装置的电源管理。

通信单元:一个8端口的网络集线器 (H U B) , 一个路由器 (串—网) , 一个工业用MODEM。主要负责本装置与调度端的远传计算机及保护信息管理系统的通信。

特别要说明的是:数据处理单元、有源转换单元、通信单元内部均有各自的电源模块, 都能独立供电。

1.2、原理

模拟量:包括电流量、电压量, 高频量 (但高频量不作为录波时的启动量) 。电流、电压量经端子输入录波器PTU-12型无源转换器单元。每个PT U-12型无源转换器单元处理1 2路模拟量。PTU-12型无源转换器单元分别装有电流变送器和电压变送器。电流变送器将0A～200A电流变送为±10V电压量信号送到数据处理单元进行采集;同样, 电压变送器将0V～200V电压变送为±10V电压量信号送到数据处理单元进行采集;采集 (变送) 后的模拟量经采样保持和A/D转换, 送数据处理器进行数字信号处理。模拟量前置机采用双DSP芯片设计, 其中一片负责数据采集, 另一片负责分析判断。前置机板上的计算机系统 (DSP) 与后台机之间采用双口RAM方式进行信息通信。

高频量:采用直流量的隔离转换。高频收发信机录波口的直流量输出信号经端子输入ATU128型有源变换器单元中高频插件, 经过隔离放大, 将信号送到模拟量前置机采集。

开关量:由开关端子输入的空接点信号, 进入ATU-128型有源变换器单元中开入插件中, 经过两级光电隔离后, 将信号送到开关量前置机采集。开关量前置机采用DSP芯片设计, 可以采集128路开关量。采用固化程序和运行程序相结合的运行方式, 固化程序负责上载运行程序和自检, 运行程序负责采集并判断是否需要启动录波。DSP与后台机之间也采用双口RAM方式进行通信。

录波器启动录波后, 后台机从录波器前置机RAM中取得录波数据。前置机中用两个RAM芯片储存录波数据, 在后台机与其中一片RAM (设为RAM-A) 传输数据同时, 另外一片R A M (设为R A M-B) 存储录波数据, 数据存满后, 后台机则与RAM-B传输数据, RAM-A改为存储录波数据, 类似循环, 直至录波结束。

1.2.1启动方式

除高频信号外, 所有信号均可作为启动量, 任一路输入信号满足定值给出的启动条件, 均可启动录波。

启动方式有:

a.电压各相和零序电压突变量启动

b.电流各相和零序电流突变量启动

c.线路相电流变化越限启动

d.主变中性点电流过限启动

e.电压过限启动, 其中相电压有欠压和过压两种启动方式。

f.频率越限与变化率启动

g.负序分量启动

h.正序分量启动

i.开关量启动

j.手动启动, 由人工控制启动录波。

k.遥控启动, 由上级部门通过远传下达启动命令。

启动精度

越限启动量, 优于5%

突变启动量, 优于30%

录波数据记录方式

t=0ms系统大扰动开始时刻

1.2.2录波方式

A、第一次启动

符合任一启动条件时, 由S开始按ABCD顺序执行。

B、重复启动

在已经启动记录的过程中, 有开关量或突变量输出时, 若在B时段, 则有T时刻开始沿BCD时段重复执行;否则应由S时刻开始沿ABCD时段重复执行。

C、特殊记录方式

如果出现长期的电流、电压、频率越限或振荡, 持续录波数据量大于设定的缓冲区, 则由S时刻开始沿ABCD时段重复执行。

2. 录波故障分析

装置在线运行时屏幕上部显示时间, 是录波时间的依据。时间可通过3种方法修正:在线修改、远传校时和GPS校时等方法校正。左边为录波时间, 包括年、月、日、时、分及次数。右边在正常工作状态下显示相应信息, 如XX线XX类型故障、故障距离、启动线路、启动方式等。

2.1 故障分析实例1:

主变差动保护动作录波故障录波器波形图, 给出如下内容:录波时间、故障线路、故障相别、故障距离、故障电压电流有效值、启动通道名称、启动类型、跳闸相别、跳闸时间、重合闸时间、再次故障类型等等。

打印该报告会包含故障线路各通道的波形。此图为励磁涌流造成主变差动保护动作的故障录波器波形图:电流波形与励磁涌流特点完全吻合:电流偏向时间轴的一侧, 电流有间断角 (图2) 。

2.2 故障分析实例2:

220kv线路发生A相接地故障故障录波器波形图, 此图为线路瞬时故障, A相跳闸, 重合闸动作, 并同时重合成功 (图3) 。

602动作报告:

00ms纵联、距离零序保护启动

27ms纵联A跳出口

54ms接地距离I段动作出口故障测距7.85KM

892ms综重重合闸出口故障相电流60.717A (二次值)

5653ms纵联、距离零序保护启动

5670ms接地距离I段动作、距离重合加速动作、保护永跳出口

5679ms纵联保护永跳出口故障测距0.02KM

故障相电流82.198A (二次值)

901动作报告:

29ms纵联变化量方向A相

29ms纵联零序方向A相

5661ms工频变化量阻抗ABC相

5690ms纵联变化量方向ABC相

5690ms纵联零序方向ABC相

故障测距5.9KM

故障相电流55.90A (二次值)

故障零序电流54.17A (二次值)

3、装置故障处理

设备正常运行时, 各状态指示灯应正常, 故障告警灯不亮, 设备出现异常时, 将发出故障警告, 维护人员首先按下面板上的取消键, 清除告警继电器信号, 然后参考下述内容处理。

3.1 频繁启动

显示器提示频繁启动故障。表示在5分钟内连续启动15次, 或线路故障持续时间超过其缓冲能力, 出现该故障后, 将停止录波, 并检测前置机的工作状态。若40S内无录波启动信号, 则自动恢复正常状态。该故障一般是线路启动参数整定不当造成的, 可通过故障分析, 判断出哪一通道引起的。然后将该通道参数适当调整后, 重新传给装置即可。若装置一直处于连续录波状态, 以至无法修改定改定值, 可复位主机, 在显示“Startin g msd o s…”时, 按下键盘上的F 5键, 即可退出录波程序, 然后键入如下命令:

进入程序后, 重新设定有关参数后, 再次复位主机, 使装置进入正常工作状态。

频繁启动:

a.液晶显示频繁启动, 并指示某一通道或数个通道启动, 应检查对应通道的启动定值是否恰当, 修正开关是否设置成“N”, 修正系数是否正常, 如以上均无异常则可以判断该前置机插件异常。

b.频繁启动无文件形成或有文件形成并没有提示某一通道或某一前置机, 应检查PCIO板是否存在异常。

3.2 线路故障不能录波

1) .查看定值是否合适, 启动开关是否打开, 或者是由于修改有关参数定值等而没有传送参数造成装置拒动。

2) .查看接线端子实际有无电量输入, 手动录波, 进入波形分析查看有无波形、幅值。如有波形且幅值正常应检查前置机和PCIO板是否异常。如没有波形幅值则应查看前置机是否异常, 隔离变送器是否正常, 以及相关连接部分是否接触不好或损坏等。

3) .通道正常:手动录波后, 进行波形分析, 若波形图上该通道无正常波形, 则是该通道不正常, 原因可能是接线不好, 内部接触不良, 对应变送器损坏, 前置机损坏等。

3.3 电源故障

若整机掉电, 则应检查装置供电电源及交直流空气开关是否完好, 若只是某几路电压丢失, 导致装置电源告警, 则可能是输出该组电压的开关电源损坏, 或该组电压被短路引起电源保护, 出现此现象, 应立即关掉电源, 排除故障后, 方可恢复运行。

1) .交流电源投不上时, 原因可能是:

a.首先检查交直流端子的保险丝, 看是否熔断。

b.再检查电源有没有问题。

c.看一下交直流转换板的二极管和桥堆有没有问题。

d.检查交流变压器是否烧坏, 检查焊线有没有脱落。

2) .直流送不上时, 原因可能是:

a.检查保险丝是否熔断。

b.检查电源是否烧坏。

c.看交直流转换板二极管是否击穿。

3.4 主机故障

若装置出现故障告警, 运行灯不亮, 按下试验键后, 无录波现象, 则可能是主机故障, 应请有经验的维护人员处理或有厂家决定。

1) .装置不运行时:

a, 重新上电, 看主板是否检测内存, 若没有则可能内存坏, 也可能主板坏, 若有嘀嘀响声, 则多数为内存坏。

b, 内存检测通过, 停在WAIT状态, 则主板坏。

c, 前面检测通过, 出现F1提示, 则可能键盘坏或主板键盘口坏。

d, 若出现HDD ERROR则硬盘坏。

2) .盘检测不到时:

a.电源是否正常, 输出+5V、+12V是否标准。

b.看硬盘电源线、数据线是否接触完好, 有无损坏。

c.查看主板COMS设置中有无硬盘类型设置。

d.检查硬盘好坏。

3.5 远传不通时

1) .判断远方MODEM是否摘机 (如不摘机检查电话线路, MODEM是否打开) ;MODEM状态三盏灯 (TR、速率、OH) 是否正常。

2) .主站端是否设置正确, 能正常听到拨号音 (检查本端) 。

3) .等待两端MODEM正常握手后, 数据不能正常传输, 检查后台机与MODEM之间联系, 包括物理连线 (MODEM——后台机线) , 数据方面 (用命令检查:AT回车, 显示O K) 。

4) .88系列远传连接正常, 而数据不能传输, 则可能是IP地址输入不对。

3.6 录波器密码

1) 、录波器在线软件的密码忘记后, 可以通过修改录波器文件来更改密码

YS-8A只要删除C盘根目录下的YS-8A.fig文件, 重起即没有密码了。

Y S-8 8 A只要删除C盘根目录下的YS88.cfg文件, 重起即没有密码了。

2) 、88A离线软件密码忘记, 可以通过修改注册表来更改。由于密码比较重要, 需要时询问公司内技术人员。

3.7 校时方面

注意以下几点, 可以解决校时问题:

1) 、GPS天线头应安装室外, 顺天线头向上应看到360度天空。

2) 、装置初次上电后, LED显示未同步的时间信息, 同步监测灯闪亮, 同步后, 同步指示灯应熄灭, 时、分、秒 (1H、1M、1S) 脉冲分别闪亮, 如装置失去同步, 检查天线和GPS。

3) 、与录波器接口

录波器本身通过硬接点校时 (88A型可以实现软校时)

检查: (1) 用导线直接短接, 应能校时。

(2) 时间误差应在正负20S内。

(3) 只能校对秒时间, 即整分, 录波器秒归0。

(4) 检查与录波器之间连接正负极性是否正确。

(5) 检查G P S分脉冲输出。

3.8 告警信号

告警、录波、失电信号输出, 通过复位键来消除, 若信号输出与消除不正常, 则可能告警板三极管或继电器坏, 如果复归不掉, 则告警板复位键损坏, 再有可能PCIO板坏。

4、结束语

故障录波器作为一个继电保护辅助装置, 它在电力系统的重要性也显而易见。从在徐州电网运行多年的经验表明, 录波成功率高, 准确快捷, 操作简捷, 运行安全可靠, 为电力系统供电稳定高效起到极大的作用。

参考文献

[1]YS-88型微机故障录波测距装置使用说明书.南京银燕电子有限公司.1998年

录波分析 篇4

变电站二次系统对保证电力生产安全和向用户提供高质量的电能起着极为重要的作用，电业安全工作规程规定：为了确保人身和设备安全,变电站的电压和电流二次回路必须有且只能有一点接地。而大型变电站电流和电压二次回路连接设备繁多，延伸范围广，且系统的二次回路大部分在室外，由于人为的接线错误或一些不可避免的绝缘破损和老化等原因，经常出现二次回路中多点接地导致保护的不正确动作，造成大面积停电事故在电力系统屡屡发生。为此，目前新建220 kV及以上变电站普遍安装了在线监测交流二次回路是否存在多点接地的交流二次回路绝缘监测装置，它能有效监测交流二次回路发生多点接地，起到二次电流电压回路绝缘监测之目的，提高了电网的安全与稳定性。但在某500 k V变电站现场实际运行中发现在装置整点检测时会造成500 kV已停电线路的电压互感器二次产生悬浮感应电压和过渡过程的综合作用，导致故障录波器每整点启动，本文就此进行了初步分析，希望能对今后设备改进和电压互感器二次回路设计和故障录波器定值整定方面提供现场参考。

1 故障现象

在500 kV线路屡次停电检修，合上线路接地刀闸、电压互感器二次空开全部断开的情况下,此线路录波器仍频繁启动，后经值班人员统计发现其启动规律基本是每小时接近整点启动一次，录波器启动量为线路零序过压启动。

2 原因分析

在国家调度中心关于变电所内电压互感器二次回路反事故及抗干扰措施中,已经明确规定电压互感器二次回路只能在控制室内N600一点接地,而且电压互感器的二次回路和三次回路必须分开。发生此现象的500 kV变电站500 kV I母侧线路电压互感器接线,其三次回路(L603-N600)没有引出端子箱,所有保护、故障录波器零序电压都使用自产3U0;其二次回路从端子箱分别独立引入500 kV继电保护室，在线路保护屏二次回路N600接入公用N600小母线,公用N600在主控室的计算机小室网络柜实现一点金属性接地接地。为了有效地防止交流二次回路发生多点接地，对二次回路绝缘进行在线监测，此站在网络柜实现一点金属性接地处安装了交流二次回路绝缘监测装置，原理接线如图1所示。

在原二次回路一点接地处使用互感器向回路中注入一个低压信号，定时巡检，如回路发生多点接地，就可检测到回路中有电流流过。在实际装置中，通过定时向被检测回路注入低压信号，然后测量注入信号的电压和回路中的电流大小，从而获得被测回路的绝缘电阻值。为了保证装置的接入，对原回路的工作不造成任何影响，在装置的接口处用两对继电器的常闭触点与装置并接，相当于正常运行中，装置并未接入原回路，只有在装置巡检期间，继电器J的常闭触点才打开，将该装置短时接入原交流回路中。装置的工作方式可由用户根据实际运行情况通过人机界面软件设定，用户可选择连续两次自动巡检的间隔时间、每次巡检的持续时间、接地电阻报警值、是否记录手动检测报告等工作方式。

500 kV系统正常运行方式下，没有发现交流二次回路绝缘监测装置的接入对电压互感器二次回路的影响，变电站投运以来一直正常运行，只有在500kV线路停电检修时故障录波器才会有规律的启动。在任一500 kV线路停电检修时，为防止二次向一次反充电，运行人员都会将线路电压互感器二次空气开关全部断开，在RSJ820装置进行巡检期间(此站装置设置为整点巡检一次)，将交流二次回路继电器常闭触点瞬时断开，站内整个电压互感器二次回路只能通过SJ820装置内部的信号变压器二次绕组接地，停电线路电压互感器二次回路由于其电缆较长且全部处于半悬浮状态，在500 kV设备区容易产生较高的悬浮感应电压，在装置的继电器常闭触点断开和关闭的过程本身就是整个电压互感器二次回路的过渡过程(等效电路如图2所示)，由此造成的结果是停电线路的录波器会因零序电压达到定值而每整点启动一次，但正常运行的线路电压互感器由于二次绕组有一次侧运行电压的嵌位作用，产生较小的悬浮感应电压，一般不会达到录波器的启动定值(录波器零序启动值3 V)，故正常运行的线路录波器在这种情况下不会启动。

3 结语

交流二次回路绝缘监测装置整点检测时，由于电压互感器二次回路悬浮感应电压和过渡过程的综合作用，会导致500 kV已停电线路的线路故障录波器频繁启动，本文对此进行了初步分析，希望能对今后装置改进和电压互感器二次回路抗干扰设计，以及故障录波器定值整定方面提供现场参考。建议已运行的交流二次回路绝缘监测装置加长自动巡检的间隔时间，以减少干扰进入电压互感器二次回路的频次。220 kV故障录波器在同样条件下没有启动，说明500 kV系统的干扰大,在500 kV变电站新设备设计和选型时应充分考虑500 kV系统的各种干扰因素。

随着综合自动化变电站的逐渐普及，大量新设备和新技术不断应用到现场，运行维护人员只有更好地掌握设备工作原理和计算机网络等综合知识，才能更好地对变电站综合自动化设备运行维护，才能保证电网安全稳定运行。

参考文献

[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规程汇编[M].北京:中国电力出版社,2002.

录波分析 篇5

定子单相接地故障是大型发电机比较常见的故障, 及时地发现定子接地故障是防止发生灾难性的短路故障、避免造成发电机严重损坏的必要措施。因此大型发电机组均装设发电 机定子接地保护, 通常由基波零序电压加3次谐波电压组成的双频式定子接地保护与注入式定子接地保护构成双套不同原理的定子单相接地保护。其中, 基波零序电压加3次谐波电压保护依赖故障前后零序电压变化来判断定子单相接地, 注入式定子接地保护通过注入低频电压实时计算定子绕组对地绝缘电阻来实现, 二者均能实现100%范围定子接地保护, 但是均不能实现定子接地故障定位功能。而保护动作后, 查找故障 点, 特别是当故障点位于 定子绕组 时, 将是一个 耗时耗力 的复杂过程。因此对于大型发电机组, 快速准确地定位故障点对于及时处理故障, 尽快恢复机组运行意义重大。

故障录波装置能提供完整的故障过程波形数据, 为事故分析处理及保护动作评价提供帮助。因此, 我们可以通过分析故障数据波形来判断定子接地保护动作情况, 并利用波形数据尝试进行定子接地故 障定位计 算, 为故障点 的定位查 找提供依据, 方便快速进行故障处理。

1定子接地故障定位分析

发电机A相经过渡电阻接地故障示意图如图1所示。

由上式可见, 发电机出口三相对地电 压大小关 系为:A相经过渡电阻接地时, B相电压与A相电压的大小关系由K值决定, C相电压则不低于B相电压。当K>0时, A相即故障相电压最低, 当K<0时则B相即故障相的下一相电压最低。而发电机的RN、Xc均为已知参数, 因此可以根据定子接地故障时的录波数据, 分析A、B、C相电压大小关系来准确判断故障相。

同时, 令, 将式 (6) 、 (7) 两式相除 还可以得到:

忽略定子绕组 上的压降, EA近似取定 子额定相 电压。当然, 实际情况 中由于中性点接地变压器的变比与发电机机端电压互感器变比的差别, 需要进行相应的折算。

由以上分析可知, 根据录波数据还可以通过计算M值的方法求出接地电阻Rg以及接地位置。

2定子接地故障实例

2.1事件概况

2010年1月2日11:30, 2号发变组 保护定子 接地保护64G1、64G2均动作, 2号机组跳闸。装置报文显示64G1跳闸, 动作值0.1kΩ;64G2跳闸, 动作值0.306UN。

2号发变组保护为双套配置的ABB公司生产的REG216微机型发变组保护系统, 定子一点接地保护64G1采用的是外加12.5Hz交流电源的接地保护, 64G2采用的是 反应基波 零序电压的保护, 取中性点侧的电压, 保护定子的95%。两套不同原理保护均动作, 基本可以判定发电机确实发生了定子接地故障。

2.2故障录波波形分析

根据现场取回的录波数据, 故障过程中 发电机定 子电压、中性点零序电压波形以及保护动作过程如图2所示。

由图2可以看出, 在0时刻发生了定子接地故障, B相电压降低, A、C相电压升高, 在故障540ms后第二套定子接地保护64G2动作跳闸, 保护动作 出口后约73 msGCB跳开, 机组跳闸, 而在故障发生后9512ms第一套定子接地保护64G1动作跳闸。

故障发生至发电机跳闸、灭磁过程为0~540ms, 在此过程中发电机定子电压和中性点零序电压波形如图3所示。

由图3可以看出:B相电压降低为41.6V, A相电压升高为67.2V, C相电压升高为67.5V, A、C相电压均升高且基本相等, 中性点零序电压约为22V。

2.3故障定位计算

二滩发电机参数如下:发电机出口额定电压18kV, 发电机出口PT变比n=18/0.1, 定子绕组 每相对地 电容Cg=1.687μF, 接地变压器变比nN=14.4/0.12, 中性点接地变负载电阻RN=0.0912Ω, 因此有发电机三相对地容抗:

中性点接地变负载电阻折算到一次侧:

即当发电机单相接地电阻Rg不超过6.338kΩ时K≥0, 此时发电机出口电压最低的即为故障相。而根据故障录波波 形可以看出B相电压为41.6V, A、C相电压基本相等, M值趋于无穷大, 因此接地电阻基本 为0, 可判断为 金属性接 地短路, B相为接地故障相。此时, 由式 (10) 可以看出, 接地位置可 由中性点零序电压直接计算得出。

由图3可以看出, 中性点零序电压二次值为22V。同时, 现场接入保护装 置与故障 录波的中 性点零序 电压还经 过了120/100的分压电阻进行分压。机端电压与中性点零序电压相关系数为:

故将中性点零序电压折算到机端电压侧:

故接地位置为:

定子绕组每分支匝数为27, 因此自中性点起故障位置所在导体匝数为:

考虑到过渡电阻影响及计算误差, 定位故障位置应为B相每个分支自中性点第7~9槽导体处。

根据故障后实际检查结果, 故障点位于第462槽下端部齿压板转弯处, 正是B相第六分支自中性点起第8槽导体, 与定位分析结果吻合。因此上述基于故障录波数据的定子接 地故障定位分析是合理有效的。

3结论

(1) 对照定子接地保护动作跳闸定值设置, 根据定子接地保护动作时的故障录波数据分析, 可以迅速判断定子接地保护动作是否正确动作, 并能通过以上计算验证接地电阻值大小。

(2) 通过对故障录波数据分析计算, 可以对接地故障相作出准确判断, 对接地位置作出近似的定量判断, 对定子接 地故障点的实际查找提供帮助。

(3) 对于定子单相金属性接地 (接地电阻值较小时) , 接地位置可由中性点零序电压与发电机相电压的相对大小快速近似确定。

摘要：对中性点经接地变压器接地的大型水轮发电机单相接地故障电气量的变化规律进行了理论分析, 并结合接地故障录波波形进行了分析计算, 验证了利用录波数据进行发电机单相接地故障相别判断及定位计算的正确性和有效性。

关键词：故障录波,定子接地故障,定位

参考文献

[1]毕大强, 王祥珩, 李德佳, 等.发电机定子绕组单相接地故障的定位方法[J].电力系统自动化, 2004, 28 (22)

[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].第2版.北京:中国电力出版社, 2001

录波分析 篇6

目前电力系统中的故障录波器在应用中还存在着很多不足之处[3,4]。故障录波器的生产厂家多,型号多样,有时候即便用的是同一个生产厂家的产品,也由于其生产年份和型号不同,导致了录波数据格式和通信协议不统一的状况,这给事故后的故障分析和故障过程模拟再现带来了极大不便;各录波器传输方式和协议的不同,给利用网络方式实现故障录波器统一管理造成不便。另外,数据结构、软件接口的不统一,使得故障录波器厂家每出一种新的产品,就需要提供一套新的后台分析软件,这在造成重复工作的同时,也大大减弱了对故障录波器进行联合管理的实用性和有效性。

针对上述现象,在对当前大量故障录波装置进行广泛深入研究的基础上,针对目前管理软件上的不足,开发了故障录波数据统一管理分析平台,将数据文件转换为标准COMTRADE数据格式,在客户端实现对全网故障录波器远程录波、实时监测、文件传输、故障分析、谐波分析等功能。

1 平台架构

1.1 平台的模式结构

目前国内多数录波数据管理系统采用单机版的模式,这在一定程度上给管理带来不便。本文设计的故障录波统一管理分析平台采用客户端/服务器(C/S)的结构模式,在客户端能够实现更方便的管理。平台的C/S模式结构如图1所示。

平台C/S模式结构主要由客户端主机、通信服务器、数据库服务器和录波器终端构成。通信服务器实现与录波装置的通信,信息和数据存储在数据库服务器中,和服务器连接的其他主机为客户端。客户端主机通过与通信服务器和数据库服务器通信来实现对全网故障录波装置和文件的各种管理分析功能。

1.2 平台的整体架构

统一管理分析平台按照C/S模式,其具体的模块化结构如图2所示。

由图2中可以看出,通信服务器主要包括通信模块、文件解析模块和文件转换模块;数据库服务器则负责数据接收、解析及后续处理;客户端主机根据需要来与服务器间通信,实现波形再现、故障分析、谐波分析、报表打印等功能。

2 功能组件

管理分析平台采用模块化设计,由多个模块之间协调合作来满足所有的功能需求,具有良好的扩展性和可移植性,并且大大降低了程序内部的耦合性。平台各功能组件的基本功能如下。

2.1 客户端管理系统

采用MFC编写的软件用户界面主要由录波器窗口、结果显示窗口和状态显示窗口组成。管理人员首先在主界面的目录树中选择一台故障录波器,然后可以进行状态查询、参数设置、录波文件检索等。检索的结果可以直接在结果显示窗口中以列表的形式显示出来,并且用不同的图标来表示文件是在本地硬盘或是在远处主机上。在检索结果中选择文件,可以进一步执行波形再现功能,进行故障分析、谐波分析、功率与频率分析等。分析结果会在弹出的新界面上显示。不同线路的波形以红、黄、蓝3种颜色交替显示,既美观又容易识别。状态显示窗口用来实时显示各个故障录波器的工作状态、管理人员操作日志等,并可以形成文件保存到硬盘上。平台中的各种故障分析模块都可以用来供客户端管理系统随时调用。

2.2 通信和文件转换模块

考虑到目前实际应用中的故障录波器所支持的通信方式有串口、拨号和网络通信3种,而本系统旨在实现在客户终端对各个录波器进行统一的管理分析,那么,就需要平台的通信模块能够满足各种型号故障录波器的需要,对每种通信方式都制定一套数据传输的通信规约。在实际应用时,平台根据录波器通信方式的选择来灵活调用,建立连接并根据命令类型进行文件传输、远程校时、远程录波、实时监测等功能。

为了能够对各种型号录波器的录波数据文件进行统一的分析,使得录波器管理工作更加便利快捷,平台采用IEEE于1999年修订的标准COMTRADE数据格式。平台通过通信模块接收到文件之后,立即根据该故障录波器的型号选择相应的文件解析模块进行文件解析,然后再按照COMTRADE数据格式的要求实现数据文件的格式转换。

2.3 数据管理模块

平台管理如此多的故障录波器会涉及大量的数据,如何对这些数据进行合理的管理,也是直接关系到整个平台的有效性和工作效率。数据管理模块主要实现对各个故障录波器运行信息、参数文件和录波文件的存储、读取、添加、删除等功能。

为了保证在进行数据分析时所参考的录波器的参数文件是相符合的,每次在进行数据文件传输时,都要传送一次最新的参数文件。数据管理模块将转换后的数据文件按照地区、变电站、录波器的三级文件夹顺序有序存放,为每台录波器建立一个以该录波器名称命名的文件夹,然后再根据其不同批次的录波文件建立新的文件夹,里面除了存放转换后的数据文件,还有一起接收到的该录波器的参数文件。另外,每个录波器的其他相关信息(比如其IP地址,是否上传,连接状态,工作日志等)对整个平台的管理工作来说是相当重要的,且实时性要求较高。为管理好这部分信息,又建立了Access数据库来进行管理,包括操作日志和录波器的工作状态,根据录波器运行状况实时更新。

3 关键技术

为了建立统一管理分析平台,对全网故障录波器进行有效管理,该平台采用的关键技术主要有统一数据结构的建立、数据的统一管理和统一分析等。

3.1 统一数据结构的建立

考虑到该平台所管理的故障录波器数目多,而每个故障录波器中涉及的数据量都非常大,因此,构建一个较好的数据结构模式是关系到整个系统开发质量的关键。

统观整个平台的功能,其中涉及大量数据处理的操作主要分为2类:(1)故障录波器参数文件的解析和参数设置;(2)对录波数据文件的操作,包括故障分析、波形再现、谐波分析等。每种型号录波器参数不同,可根据型号分别制定一套数据结构。由于录波数据文件已经是转换为标准COMTRADE格式后的数据文件,所以各个型号故障录波器的数据文件可以用统一的分析模块来分析。这样,再制定一套统一的数据结构,用来与统一分析模块相对应。图3为平台的数据结构图。

每台故障录波器都对应有2套数据结构,一套是该型号录波器特有的数据结构(简称小结构),另一套是统一数据结构(即包含所有型号录波器特征的数据结构,简称大结构)。录波器参数文件解析后直接与其小结构相对应,同时,小结构还与录波器参数设置对话框对应。而大结构对应于平台中统一的波形再现、波形分析、故障分析等模块。大小结构之间可以实现互相赋值。这样整个平台的数据分2个层面,只要做好中间的传值工作,就能够更方便地实现平台的开发。

3.2 数据的统一管理

将各种型号录波器的数据文件格式统一起来,才能够更好地利用统一分析模块,实现数据的统一管理[5,6,7]。

平台采用的COMTRADE标准数据格式[8]中共有4类文件:头文件、配置文件、数据文件和信息文件。考虑到实际应用的需要,本平台省略了头文件和信息文件,将同一批次的录波数据文件转换为配置文件(.CFG)和数据文件(.DAT),且根据不同的批次和录波时间定义新的文件名称,存放在该录波器的同一批次文件夹内。

在数据转换中,需要根据数据文件内容定义新的数据结构,便于信息的转换(适用于所有型号录波器)。在配置文件中,为模拟量和数据量采集通道信息分别定义一个结构体:模拟量采集通道结构体str_AnaInfo中包含有模拟量通道序号、通道名称、相别、单位、放大倍数、偏移量、最大最小值等信息;开关量采集通道结构体str_DigInfo中包含有开关量通道序号、通道名称、相别、对应的电网设备名称等信息。另外再为数据文件定义一个数组,用来表示采样点序号、时间和采样数据。这样,录波文件经解析后直接实现统一格式的转换。

3.2 数据的统一分析

数据的统一分析是平台中比较重要的一部分,能直观地反映出整个平台功能实现的效果如何。由于此前已经对数据文件进行了标准格式的转换,就可以用统一的数据接口函数实现。

平台中用到了电力系统中的多种算法,又利用了MFC中所封装的大量绘图类的函数,来设计一个友好的图形用户界面(GUI)。

各分析功能的结果有独立的界面显示,可以很直观地看到故障发生时各通道的波形。各波形以多种颜色来区分表示,还可以进行有选择的放大、缩小等操作。

通过数据分析可以实现波形再现、故障分析、谐波矢量分析、功率与频率分析、阻抗圆图分析、阻抗轨迹、报表生成和打印等功能。

4 结束语

随着电力系统自动化水平日益提高,对调度端的管理水平也是一个很大的挑战。本文研究的数据统一管理分析平台可和多种型号故障录波器进行通信,较好地实现对多台录波器在线监测、录波文件传输、维护管理、录波文件、参数文件格式转换,以及录波文件的分析、打印等功能。平台采用模块化设计,不仅利于开发的实现,更使得日后的升级和维护都变得极为便利。

在数字化变电站迅速发展的今天,采用模块化设计和开放的程序接口,为以后向IEC 61850标准的衔接做了很好的铺垫。

本文设计的统一管理分析平台包含了国内某公司生产的各种型号故障录波器的通信规约、参数文件格式和录波数据文件格式。如果要向平台中添加新型号的故障录波器,只需要在该平台中添加与新录波器参数文件、数据文件相配套的文件解析和COMTRADE格式转换函数即可。目前,该平台已经在江浙一带的部分电力调度中心使用,并且运行状况良好。

参考文献

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[4]陈长德,张保会,魏春轩.故障录波数据集中分析与专家系统[J].中国电力,1999,32(9):40-43.

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[6]杜新伟,李媛,刘涤尘.电力故障录波数据综合处理系统[J].电力系统自动化,2006,30(12):75-78.

[7]张杰,涂东明,张克元.基于COMTRADE标准的故障录波的分析与再现[J].继电器,2000,28(11):20-22.

录波分析 篇7

大型火力发电厂为了节省下网电量,充分利用机组的发电负荷,通常采用将启备变接在电厂升压站母线上。在新建电厂中往往遇到电网经由线路、母线、启备变倒送电后,调度要求带负荷检查线路保护、母线保护、电能计量等极性是否正确的情况[1,2,3,4,5,6,7]。因新建电厂不能及时提供足够的负荷以满足常规仪器测试的需要,而无法确定保护极性的正确性,使保护不能完全投入,从而影响电网的安全稳定运行。

本文以新建国电电力酒泉热电厂调试工程为例,提出了一种应用启动负荷录波波形分析保护极性的新方法,有效解决了小负荷条件下常规仪器无法测试保护极性的难题。

1 电厂主接线

国电电力酒泉热电厂为2×330 MW新建工程,330 kV升压站设计主接线为2个完整串和1个非完整串,2个完整串接线采用3/2接线方式,线路侧为330 kV双回线送出至750 kV酒泉变电站,电源侧为1、2号发电机变压器组。启备变高压侧采用非完整串特殊接线方式,通过2把刀闸可以分别跨接在330 kVⅠ母线或Ⅱ母线上,低压侧接至1、2号机组厂用6 kV备用电源分支开关,采用单母线接线方式。

330 kV升压站首次受电方式:330 kV茅泉Ⅱ线路送电正常,合3312开关对Ⅱ母线充电,检查Ⅱ母线PT,并与线路PT核相,合3310、3311开关对Ⅰ母线充电,检查Ⅰ母线PT,并与Ⅱ母线PT核相;合3312隔刀及3300开关对启备变充电。启备变送电正常后,分别合6104A、6104B、6204A、6204B开关对厂用6 kV 1A、1B、2A、2B段母线充电,检查PT相序并核相。图1为330 kV升压站的受电示意图。

2 方法原理

本文提出的方法主要是利用录波波形的时间关系推导电气量之间的角度关系,判断保护极性正确性。式(1)、式(2)将电压、电流(峰值)录波标定的时间差换算为相位角,式(3)将电压、电流最大值换算为有效值,从而确定电压与电流的相量关系。

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1个周波为360°,则时间与角度的关系为

交流电压、电流有效值与最大值关系:

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式中:Um、Im分别为交流电压、电流最大值。

图2中,电流滞后电压3.069 ms,故滞后相位角θ=18×3.069=55.242°,电压、电流有效值分别为undefined、undefined。

3 保护极性测试分析

在750 kV酒泉变电站和电厂侧同时启动2台风机进行录波试验。试验结果表明,启动负荷波形清晰,完全可以确定保护极性相位关系是否正确。

3.1 电厂启动负荷

330 kV茅泉Ⅱ线路、升压站Ⅰ、Ⅱ母线、启备变及厂用6 kV母线受电正常后,调度要求电厂提供负荷检查线路保护、母线保护、电能计量等极性是否正确,但由于电厂处在基建阶段可供利用的厂用负荷小于相位测试仪要求的基本负荷,从而无法判断保护极性是否正确。通过统计,电厂具备启动的锅炉风机负荷如表1所示。

经分析,若每次分别启动2台引风机、送风机、一次风机,按4～7倍额定启动电流估算,约有50 A电流在7～20 s启动时间内使330 kV线路电流发生变化。用灵敏的电量分析仪记录启动过程中的电压、电流波形,便可以从录波波形中分析保护极性是否正确,从而解决在小负荷条件下保护极性测试的难题。

3.2 试验录波与数据分析

以下以线路保护极性检查为例进行说明(采用WFLC-VI型便携式电量分析仪记录启动过程中的电压、电流波形)。图3为空载电流录波波形。从图3可看出,电压波形正常,电流波形畸变,无法确定相位关系。

图4为酒泉变电站侧线路保护最大启动负荷录波波形,从图4可得出如表2、表3所示的电压、电流及相位测试数据,表4、表5为表2、表3相应的换算结果。其中φ1为峰值电压、电流波形相差时间。

图5为电厂升压站侧线路保护录波波形,从图5 可得出如表6、表7所示的电压、电流及相位测试数据,表8、表9为表6、表7相应的换算结果。

3.3 保护极性检查

从表5和表9可看出,线路保护电流是从750 kV酒泉变电站指向电厂,线路两端电流相位相反,故线路保护极性正确。线路保护相量关系如图6 所示,电压、电流为A、B、C三相平均值,以750 kV酒泉变电站电压为基准,酒泉变电站电压则与电流为UA、UB、UC、IA、IB、IC,电厂升压站电压电流为Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic。从图6可看出,线路两侧电压和电流相位关系具有对称性,同时满足差动保护要求。

4 结语

以电厂启动负荷录波波形检查保护极性的方法可以在小负荷条件下进行测试,从而解决了在小负荷条件下保护极性测试的难题。该技术不仅可应用于线路保护、母线保护、测量、计量回路极性的检查,同样可以检查启备变差动保护等极性的正确性,在调试现场有较好的应用价值。

参考文献

[1]陈吴,张建国.变电站新投运间隔母线保护极性校验方法[J].贵州电力技术,2009(2):62-63.

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[6]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社,2002.

录波分析 篇8

电力网络发生故障时,故障录波装置会动态记录系统电流、电压及其导出量等,以检测继电保护与安全自动装置的动作行为,分析系统暂(动)态过程中各电气量的变化规律,校核电力系统计算程序及模型参数的正确性。

由于故障暂态信号是一种非平稳信号,覆盖的频谱较宽,因此要求录波装置的采样率较高,通常为k Hz级,从而得到了海量的故障录波数据,使得故障信号的存储和实时传输面临困难[1]。录波数据压缩技术可以解决这一问题。

小波变换是目前数据压缩的最常用方法。文献[2-5]分别利用多小波、双正交小波、小波包及自适应小波变换压缩故障录波文件;文献[6]提出了小波最优分解层数的确定公式;文献[7]讨论和比较了小波变换的不同预处理方法对数据压缩的影响。此外,LZW编码、图像处理等技术也被应用于电力记录数据的压缩[8,9]。

本文立足于整体录波文件,根据故障录波数据的特点,提出了分通道分时段压缩方案,即针对某一通道某一时段的录波数据,以快速傅里叶变换(FFT)重构误差为依据,判定使用FFT压缩或者小波压缩。通过MATLAB仿真和华中电网实际故障录波数据,验证了本方案的可行性及优越性。

1 故障录波数据特点

根据IEEE的COMTRADE标准,一个完整的录波文件通常由3个文件构成,即头文件、配置文件和数据文件。其中数据文件包含实际录波数据,该文件按采样时间点顺序进行记录。采样时间点数取决于记录时间的长短,每一采样时间点采集的数据个数取决于录波装置。每个数据采样记录格式如图1所示,其中n为采样编号(4字节);timestamp为采样时标(4字节);A1、…、Ak为模拟通道采样数据,每个通道数据大小为2字节;D1、…、Dm为状态通道采样数据,以每16通道2字节(16位)为单位,即16个状态通道为一组连续显示。

按照我国DL/T553—94《220~500 k V电力系统故障动态记录技术准则》[10]要求,模拟量信号需按故障发展的顺序分A、B、C、D、E 5个时段进行采样,其中,A时段为系统大扰动开始(t=0)之前的状态数据,输出原始记录波形及分析值;B时段为系统在大扰动初期的状态数据;C时段为系统在大扰动中期的状态数据;D时段为系统动态过程数据;E时段为系统长过程的动态数据,直到故障或振荡结束。

故障录波是从系统某处故障前一段特定时间开始的,而其他线路是正常运行的,因此大多数模拟通道数据不受故障影响或影响较小,在整个记录时段内,近似呈稳态周期性变化,信号以基波分量为主,可能还包含高次谐波;大多数开关量(状态通道数据)在录波过程中不会发生变化,因而包含大量的冗余信息。

2 数据压缩方案

根据录波数据的上述特点,对于模拟通道数据,用FFT算法和小波变换分别对正常数据和故障数据进行压缩;对于状态通道数据,若其在录波时段发生变化,则记录其变化起始点和结束点的时标以及各变化段的状态值,否则只需记录原始状态值。

2.1 FFT压缩方法

对模拟通道数据进行FFT计算,在某个给定的错误容限下,把小于相应阈值的FFT系数置零,减少需要传输的系数,从而实现压缩。对于离散的周期信号,FFT压缩效果非常好。

2.2 小波变换压缩方法

小波变换压缩的基本目标是使信号在时间-频率域的分解系数所占的存储空间尽可能小,同时还要保证压缩后的系数能精确地反映原始信号所携带的信息。在实现的过程中,信号可以用近似系数加部分的细节系数来表示,以达到用更少的空间来存储小波系数并尽量保证重建质量的目的。压缩过程可以分为如下3个步骤:

a.对原信号进行小波分解,得到分解系数;

b.对小波域中的系数进行处理,去除信号中的冗余(可以指定压缩的一些参数来获得需要的压缩比、误差等性能指标);

c.利用处理后的系数,重建压缩后的信号。

2.3 录波数据压缩方案

以输电线路故障录波为例,其录波数据的压缩流程示意图如图2所示。录波通道数据为某一线路的电气量,包含5段不同采样率的采样数据,从A段开始逐一进行FFT压缩,以重构信号与原信号的误差作为压缩成功与否的判断准则:若重构误差大于阈值,则进行小波变换压缩,然后读取下一段的数据;否则直接进入下一段数据的读取。如果本通道数据已经压缩完毕,则重新开始下一通道数据的压缩流程。

对于正常通道数据采用FFT压缩。对于故障通道数据,由于A时段处在故障发生前,此时系统是正常运行的,采用FFT压缩;而B、C、D、E时段包含了故障暂态信息,具有显著局部特性,FFT已不适用,考虑采用具有时域局部化特性的小波变换压缩。

3 压缩方案实现中的关键技术

3.1 DFT频率校正及压缩方法

录波数据采样频率一般是工频的整数倍,当电网处于额定工频时,对于稳态周期信号,FFT算法具有良好的性能,压缩比高,误差小;但当电网基频偏离额定频率时,频谱泄漏效应会导致FFT压缩算法压缩比大幅降低,同时压缩误差明显增大。现采用DFT校正技术来解决这一问题,可在有较大频率偏移时保证稳态信号压缩的高精度、高压缩率。

3.1.1 DFT校正方法[11]

以采样周期Ts对模拟量信号u(t)等间隔采样,得离散序列{u(n)},再用长度为N的窗序列{w(n)}对{u(n)}加权截断,得到序列uw(n)=u(n)w(n)(n=0,1,2,…,N-1)。设信号u(t)为一个单频率为f1的不含谐波的信号,且离散窗序列w(n)的频谱W(f)具有线性相位,则在f=f1附近近似有:

其中,W0(f)为一实函数。Uw(f)的相位谱为:

以f0=1/(NTs)为采样频率对Uw(f)进行抽样,可得序列{uw(n)}的DFT Uw(k)及其相位Φ(k),设f1=(k0+α)f0(-0.5≤α≤0.5),即信号频率f1接近k0f0,若能求得α,即可求得u(t)的频率、幅值和相位为:

其中, 、Φ(k0)可由uw(n)的N点DFT求得。

α用相位差校正法求取。将u(t)在时域平移m Ts(m为整数,且1≤m≤N)得u1(t),对u1(t)重复上述推导可得Φ1(k0),同理,Φ1(k0)亦可由u1w(n)的N点DFT求得。由于ΔΦ=Φ1(k0)-Φ(k0)=2πf1m Ts,于是有:

3.1.2 频率校正后压缩方法

对录波通道数据进行上述算法处理求得α后,采用式(3)计算得到基波及各次谐波的频率、幅值和相位,设置相关阈值滤除能量成分不高的谐波,并以正弦波形式重构近似周期信号,再进行FFT压缩。后续仿真结果表明,对频率偏移的信号进行频率校正后的FFT压缩,其压缩比大幅提升,误差减小。

3.2 小波分解结构及最佳分解层次

在MATLAB中,根据给定的小波变换函数,求解原始信号的多尺度分解,分解层数为Nd,函数返回分解向量C和长度向量L。图3是Nd=3的多尺度分解结构图[9],信号x经过3层分解后在C序列中存储4个系数,分别是近似系数cA3(表征信号本身特征的低频系数)和细节系数cD3、cD2、cD1(表征信号细微差别的高频系数),序列L中存储各个系数的长度。

为了保证重构信号与原始信号的近似度,应使最底层近似系数包含工频成分,因此本文以式(6)确定最大分解层数[1]:

其中,int表示取整;fs为采样频率,电力系统工频为50 Hz。

3.3 小波作用阈值的确定

输电线路故障时,暂态信息主要隐藏在信号的畸变点上,通过设置阈值来舍弃幅度较小的无关小波系数。其基本原理是,设置某一尺度j下的阈值[5]为:

其中,M为原始信号的数据长度;dj(n)为小波分解后的细节系数;λ为比例系数,且0≤λ≤1,λ=0.1表示阈值设置为小波细节系数最大值的10%。

信号经过J级压缩处理后,重构信号的小波细节系数为:

所以只需存储和传输信号较少的数据,即小波分解得到的低频系数和高频系数,这样就实现了对原始数据的压缩。当需要原始数据时,可以根据小波的重构公式计算存储的数据恢复信号。

4 仿真及压缩实例

4.1 FFT和小波压缩的选择判断

本文采用华中电网某220 k V变电站110 k V线路真实故障B时段录波数据作为仿真验证样本,采样频率为2 k Hz。图4、图5分别是FFT压缩和小波压缩的效果图。其中FFT压缩阈值设置为fft(u)最大值的0.3%,小波压缩采用coif5小波基,分解层数为4,比例系数λ=0.001。

从图4和图5可以看出,FFT在压缩故障信号时,重构信号对故障信息反映不够精细,且有较明显的边界效应,误差很大。而小波压缩能精确重构故障信号,确保故障信息不丢失,且误差相对很小。以此为判据,在对信号进行FFT压缩后,如果误差很大,则改用小波压缩。

4.2 频率偏移对FFT压缩的影响

压缩包含基波及3、5次谐波成分的周期信号u,采样频率为2 k Hz。阈值分别为fft(u)最大值的0.3%、0.5%、0.7%。图6为FFT压缩后不同阈值下剩余数据百分比与频率的关系曲线,剩余数据百分比=(1-零系数个数/系数总数)×100%。

图中3条曲线表明阈值越小,压缩后的剩余数据越多;另外,频率偏移越大,剩余数据百分比也越大,在工频50 Hz处,可以获得剩余数据百分比最小值1.5%。

图7是不同阈值下的最大误差百分比与频率的关系曲线,其中最大误差百分比为重构信号与原信号之间误差最大值和原信号最大值的百分比。从图中可以看出,在信号频率偏移工频50 Hz时,最大误差百分比明显增大,最大可达29%左右,只有在工频处,误差才会降到零。阈值设置得越小,保留的细节部分越多,误差也会更小,这也是图中0.3%曲线误差小于0.5%和0.7%曲线误差的原因。

从图6、图7可以看出:频率偏移50 Hz时,剩余数据百分比较大,误差也较大,重构数据不能精确地反映原信号特征,压缩性能不能达到最优,因此需要对信号进行频率校正再进行压缩;剩余数据百分比和最大误差百分比是一对成反比关系的性能指标,要获得较小的剩余数据百分比,阈值设置需要较大,而这时的误差也会相应地增加,因此,在实际中应根据指标要求设置阈值。

4.3 频率校正FFT压缩

在MATLAB中,以包含基波及3、5、7、11次谐波(电力信号一般很少含偶次谐波)的余弦周期信号为原信号,采样频率2 k Hz,采用圆周对称的bartlett窗,其频谱数学表达式为:

故障录波分析属于离线分析,为了提高压缩性能,减小误差,本文窗长度取400,谐波测量最高次数为10次。

图8是信号频率等于49.9 Hz,采用FFT测量压缩算法的重构信号及误差图。通过原信号和重构信号的比较能够发现,重构信号能精确恢复原始信号所携带的信息,误差非常小,零系数成分(即压缩后零系数个数/系数总数的百分比)达到97%。

图9中原信号数据采样频率为2 k Hz,数据长度为400,谐波测量最高次数为20次,误差控制在±0.5%内,零系数成分为98.5%。

4.4 录波数据整体的压缩性能

对电网实际故障录波数据分通道分时段压缩,零系数成分及压缩时间(取多次测试后最大值)结果分别如表1、表2所示。表1中通道1、2、3、4分别为该线路的A、B、C三相电流和3倍零序电流。

线路1发生了C相单相接地故障,即通道3、4的B、C、D时段是故障时段,在FFT压缩判断后改用小波变换进行压缩,由于数据携带故障信息丰富,且小波分解层数为4层,故零系数成分较少,压缩时间较长。

线路1的通道1、2全部时段和分别处于故障前和切除故障后的通道3、4的A、E时段以及线路2所有通道的各时段都是正常运行数据,采用FFT频率校正压缩,零系数成分比较高,一个正常通道所有时段的压缩时间总计19.97 ms。

综上所述,如果本地存储压缩后的数据,采用本文算法可整体上节约80%以上的存储空间,极大地降低了存储成本。在实时传输方面,以一个通道数据为例,压缩前数据大小约为10 244×2字节,FFT压缩后由于只需记录非零值采样点采样编号及其FFT变换系数值,其大小为618字节。如果通过以太网发送(以太网数据帧最大长度1500字节),只需一次即可发送完毕,减少了网络流量,降低了CPU资源占用量。

5 结论

本文立足于整体录波数据,提出了一种分通道分时段数据压缩方案,即采用FFT算法分段压缩数据,若数据重构后误差较大,则改用小波变换压缩。当频率偏移较大时,常规FFT算法的压缩误差较大,剩余数据百分比较高,这时可采用基于DFT校正算法的改进FFT压缩方法。通过理想数据和实际故障录波数据的仿真测算,验证了算法较高的压缩性能,以及重构信号良好的信息保留特性。该方案在电力系统故障录波数据压缩中的应用是可行的。

摘要：针对电力系统大量故障录波数据的传输问题,以故障录波数据在整体录波文件占据较小比例为依据,提出一种立足于录波数据整体的分通道分时段数据压缩新方案。对于周期信号的压缩,快速傅里叶变换(FFT)算法具有压缩比高的特点,因此先对分段数据进行FFT计算,若误差较大则改用小波变换压缩。在电力系统频率偏移额定值的情况下,采用加窗傅里叶变换校正算法,保证压缩率和压缩精度。仿真研究和实际录波文件的压缩应用表明,算法能获得较高的压缩性能和较小的误差,验证了该方案的可行性和有效性。