摘要：故障錄波器是分析系統故障的重要依據，對國外廠(chǎng)商生產(chǎn)的故障錄波器和國內常見(jiàn)的故障錄波器的配置、結構、功能進(jìn)行了論述。在比較和分析了國內外產(chǎn)品的長(cháng)處和不足的基礎上，結合故障錄波器數據采集，啟動(dòng)判據、故障測距、分析軟件等關(guān)鍵技術(shù)，提出幾點(diǎn)關(guān)于提高錄波裝置性能的建議。圖2幅。

　　關(guān)鍵詞：電力系統監測系統自記裝置系統分析自動(dòng)化儀表故障錄波器

　　1引言

　　故障錄波器是電力系統發(fā)生故障及振蕩時(shí)能自動(dòng)記錄的一種裝置，它可以記錄因短路故障、系統振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動(dòng)引起的系統電流、電壓及其導出量，如有功、無(wú)功以及系統頻率的全過(guò)程變化現象。主要用于檢測繼電保護與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為，了解系統暫態(tài)過(guò)程中系統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。多年來(lái)，故障錄波已成為分析系統故障的重要依據。

　　220～500kV電壓等級的系統由于其運行涉及系統的穩定及系統電壓和頻率的崩潰等系統級的異常情況，必須安裝專(zhuān)門(mén)的故障錄波裝置。1995年電力部頒布了《220～500kV電力系統故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準則》，明確規定了系統故障動(dòng)態(tài)記錄裝置應達到的記錄要求。這對國內生產(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)展現狀

　　國外的故障錄波器一般采用分散式結構，標準化模塊設計，可以分散安裝在開(kāi)關(guān)柜或保護小室內，通過(guò)以太網(wǎng)可以連到一臺所級計算機或遠傳到調度中心。例如，西門(mén)子公司的故障及數字錄波系統。

　　SIMEASR是西門(mén)子公司推出的智能化錄波器，其結構。

　　2.1SIMEASR錄波器

　　SIMEASR錄波器選用32位微型工控板，內插電源板、各種智能數據采集板構成完全的模塊化設計。它每塊采集模塊有8路模擬量通道和16路開(kāi)關(guān)量通道或32路開(kāi)關(guān)量通道，開(kāi)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(gè)A？D轉換器，數字信號處理器以40MHz的時(shí)鐘頻率進(jìn)行測量。數據采集模塊通過(guò)高速的16MB？S的總線(xiàn)跟中央處理器連接，SIMEASR的CPU是至少帶8M內存的32位處理器，它協(xié)調所有的數據采集板完成如下功能：

　　·故障啟動(dòng)判斷；

　　·故障前、故障變化和故障后的過(guò)程記錄；

　　·計算并記錄電氣測量值（電壓、電流、有功、無(wú)功、功率因數）；

　　·計算并記錄正負序分量、諧波量、直流分量和相位；

　　·記錄頻率變化過(guò)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對故障記錄的使用。

　　SIMEASR在硬件配置和軟件設計方面都有自己與眾不同的特點(diǎn)。概括起來(lái)，主要有以下幾個(gè)方面：

　　·一個(gè)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(shí)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(pán)容量。采用數據壓縮技術(shù)，使大量數據減少為原來(lái)的2～5％，300M字節的硬盤(pán)具有大約5G字節的網(wǎng)能力，這就意味著(zhù)遠方數據的傳輸可以利用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)行分布數據歸檔和快速向電力控制中心傳輸數據；

　　·使用GPS實(shí)現同步，為實(shí)現各點(diǎn)錄波數據的綜合分析提供了方便。直接以GPS對時(shí)信號控制采樣脈沖，將相誤差降低為1us，對于電力頻率為50Hz，相應的相角誤差僅為0.018度；

　　·每個(gè)SIMEASR設備都裝設有一個(gè)以太網(wǎng)PCCARD轉換器板，通過(guò)它可以和DAKON、LAN及模擬或數字ISDN電話(huà)網(wǎng)連接；

　　·SIMEASR采用智能化的順序控制和抑制時(shí)間設定，可以根據不同的故障靈活的調整數據記錄的時(shí)間；另外它還可以對不同的觸發(fā)通道設置不同的記錄方式，例如對某些會(huì )出現短時(shí)狀態(tài)變化的開(kāi)關(guān)量設定特殊的記錄過(guò)程。這種設計有利于故障分析和存貯單元的充分利用。

　　2.2診斷系統

　　西門(mén)子故障錄波系統裝有自動(dòng)計算程序，當數據被記錄后，程序自動(dòng)啟動(dòng)并產(chǎn)生一個(gè)目錄文件，包括所有需要的信息，并對每一條饋線(xiàn)都進(jìn)行診斷。DAKON故障數據管理裝置就實(shí)現這一功能，它裝有OSCOPP故障分析軟件包，能實(shí)現高精度測距、諧波分析、電能質(zhì)量分析等功能。如果在調度端裝有OSCOPP程序包，就可實(shí)現遠方控制和管理。除了西門(mén)子公司的產(chǎn)品外，國外其它一些廠(chǎng)家也有類(lèi)似的產(chǎn)品。

　　3國內發(fā)展現狀

　　國內對故障錄波器的研制和開(kāi)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)數據存儲器的錄波器，現在普遍使用是靠微處理器實(shí)現的錄波器。下面介紹目前電力系統內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(jiàn)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構，后臺機與各前置機相對獨立，每個(gè)模擬量前置機可管理8路模擬量，每個(gè)開(kāi)關(guān)量前置機可管理64路開(kāi)關(guān)量，前置機的數量可根據用戶(hù)的不同要求而配置，最多可配置8個(gè)模擬量前置機和2個(gè)開(kāi)關(guān)量前置機。YS－8A具有如下特點(diǎn)：

　　·模擬量前置機是一個(gè)獨立的數據采集單元，主要包括8032CPU、數據存貯器、隔離放大器、A/D574轉換器，多路轉換開(kāi)關(guān)。它主要負責將輸入的電流、電壓、高頻等電量經(jīng)過(guò)整理變換成數字信號并存入數據存貯器；

　　·開(kāi)關(guān)量前置機將開(kāi)關(guān)接點(diǎn)信號經(jīng)過(guò)光耦隔離變換成數字信號，存入數據存貯器，然后再傳給后臺機；

　　·后臺機是整個(gè)錄波器的核心，它負責錄波器的人機對話(huà)、數據的處理和存貯、和各前置機交換數據、與上級部門(mén)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(kāi)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(dòng)量，越限啟動(dòng)量精度優(yōu)于5％，突變啟動(dòng)量精度優(yōu)于30％；

　　·裝置配有兩個(gè)集成軟件包，錄波屏上配有一個(gè)在線(xiàn)軟件包，以多任務(wù)控制系統為軟件核心，任務(wù)項包括錄波、故障自動(dòng)分析、打印、參數修改、通信等，在調度部門(mén)的主機上配有基于平臺的離線(xiàn)軟件包，功能包括故障波形分析、諧波分析、測距、參數整定、通信監控等，所有軟件均漢化，人機見(jiàn)面好、操作簡(jiǎn)單；

　　·裝置上設有GPS接口，可接收GPS對時(shí)信息。

　　目前國內變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展，對故障錄波器提出了更高的要求。許多廠(chǎng)家開(kāi)始使用DSP技術(shù)，用專(zhuān)門(mén)的DSP芯片代替模擬量采集前置機，以提高數據采集的速度和精度。除已開(kāi)發(fā)的集中式故障錄波器外，一些單位正在開(kāi)發(fā)分散式故障錄波器，分散方式中的數據傳輸格式和錄波網(wǎng)的選擇都有待進(jìn)一步探討。

　　4國內外故障錄波器的比較

　　同國外相比，國內的故障錄波器還存在一定差距，概括起來(lái)，主要有如下幾點(diǎn)：

　　·元器件的制造工藝、結構、質(zhì)量等方面差距明顯，據黑龍江省電力調度局的統計，錄波器在故障時(shí)沒(méi)有正常運行的主要原因是元器件質(zhì)量不過(guò)關(guān)，占總數的70％；

　　·硬件配置不合理，國內故障錄波器一般采用單片機完成數據的采集、計算和判斷，而國外普遍采用專(zhuān)門(mén)的DSP芯片；

　　·系統容量小，由于受到系統本身結構的限制，無(wú)論是模擬量的輸入、開(kāi)關(guān)量的輸入、還是故障數據存儲容量，冗余度小，不利于增容和升級。而國外錄波器的模塊式結構使以后的擴展被簡(jiǎn)單集成到現有的結構中，且采用數據壓縮技術(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，而國內的錄波器數據分析能力差，故障測距結果不準；

　　·遠傳技術(shù)不完善，國內的故障錄波器機型各種各樣，錄波的數據格式、遠傳實(shí)現的格式各不相同，缺少統一的遠傳技術(shù)規范。

　　國內產(chǎn)品自己的優(yōu)勢：

　　·與國外產(chǎn)品相比，國內錄波器在價(jià)格上有一定優(yōu)勢。

　　·國外故障錄波系統除前置錄波器以外，還要配置專(zhuān)門(mén)的故障分析軟件，建構獨立的錄波網(wǎng)，投資大，技術(shù)要求高，不適合目前仍以集中組屏式結構為主，網(wǎng)絡(luò )功能不健全的變電站系統；

　　·國內廠(chǎng)家在現場(chǎng)調試、培訓和售后服務(wù)方面比國外廠(chǎng)家更具優(yōu)勢。

　　5結論和建議

　　目前的發(fā)展形勢對國內廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)是很?chē)谰�的，有些廠(chǎng)家為保持和擴大市場(chǎng)份額，在繼續生產(chǎn)國產(chǎn)錄波器的同時(shí)，已開(kāi)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(shuō)明了國產(chǎn)錄波器不能很好的滿(mǎn)足電網(wǎng)運行的需要。要提高錄波裝置的性能重點(diǎn)是抓它的關(guān)鍵技術(shù)，現就錄波器的關(guān)鍵技術(shù)提出幾點(diǎn)建議。

　　1）提高數據測量的精度，這可以從硬件和軟件兩個(gè)方面著(zhù)手。在硬件上，可以選用分辨率是16位的A？D轉換器和高速高精度DSP芯片，若要降低成本，也可以采用幾個(gè)低速A/D轉換器并聯(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，現在有一種將差分和傅氏變換相結合的算法具有很高的可靠性和準確度；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(shí)如何有效快速地實(shí)現這些復雜的算法。還有一個(gè)需要重視的問(wèn)題是故障非周期分量引起的CT飽和問(wèn)題，在不能改變現有一次配置的情況下考慮能否從算法上減小誤差。

　　2）保證裝置的準確啟動(dòng)。故障錄波器的啟動(dòng)判據很多，一個(gè)值整定的不好，就會(huì )出現拒動(dòng)或系統稍有波動(dòng)就啟動(dòng)的情況，為此在整定時(shí)可以參照保護整定的方法，以求達到較高的準確性和可靠性。

　　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(gè)RS232及RS485接口，可與當地的監控系統或專(zhuān)用處理器通信，內置Modem，能與遠方調度中心通信，同時(shí)提高遠傳通道的質(zhì)量；從軟件上要求采用標準的數據記錄格式和統一的遠傳技術(shù)規范，采用數據壓縮以提高傳輸速度。

　　4）擁有豐富的后臺分析能力。進(jìn)行后臺分析的基礎是對時(shí)時(shí)鐘精確，為此應采用GPS，它可將時(shí)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(gè)比較好的方法。