故障录波器应用

1、在分析目前 故障录波 器应用现状与存在问题的基础上,就录波器的发展方向进行了探讨,并提出了扬二公 司二期 故障录波 器的构想和方案关键词:故障录波 器;应用0前言故障录波 装置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 装置对于保证电力系统安全运行及提高电能质量起到了重要的作用。电力 故障 录波 器已成为电力系统记录动态过程必不可少的精密设备,其主要任务是记录系统大扰动如短路故障、系 统振荡、频率崩溃、电压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电力系统对 故障录波 的技术要求及 故障录波 器的

2、实现方式1. 1电力系统对 故障录波 的技术要求电力系统故障动态过程记录的主要任务是,记录系统大扰动如短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压 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。电力系统对 故障录波 的技术要求:1 当系统发生大扰动,包括在远方故障时,能自动地对扰动的全过程按要求进行记录,并当系统动态 过程基本终止后,自动停止记录。2 存储容量应足够大,当系统连续发生大扰动时,应能无遗漏地记录每次系统大扰动发生后的全过程 数据,并按要求输出历次扰动后的系统电参数 (1、 U 、 P 、 Q 、 f 及保护装置和安全自动装置的动作行为。3 所记录的数据可靠安全,

3、满足要求,不失真,其记录频率 (每一工频周波的采样次数 和记录间隔 (连 续或间隔一定时间记录一次 ,以每次大扰动开始时为标准,宜分时段满足要求。其选择原则是:适应分析数据的要求;满是运行部门故障分析和系统分析的需要;尽可能只记录和输出满足实际需要的数据;各安装点记录及输出的数据,应能在时间上同步,以适应集中处理系统全部信息的要求。 1. 2故障 录波 器的实现方式故障录波 器实现故障记录通常有三种不同方法:1 高速故障记录要求记录因短路故障或系统操作引起的、由线路分布参数参与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

4、压和可能出现的铁磁谐振现象。其特点是:采样速度高,一般采样频率不小于 5kHz ;全程记录时间短,例如不大于 1s 。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,如有功功率、无功功率以及系统频率的全过程变化 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。其特点是采样速度允计较低,一般不超过 1.0kHz , 但记录时间长,要直到暂态和频率大于 o.1Hz 的动态过程基本结束时才终止。已在系统中普遍采用的各种 类型的 故障录波 器及事件顺序记录仪均属于此类别。3 长过程动态记录

5、在发电厂,主要用于记录诸如汽流、汽压、汽门位置,有功及无功功率输出,转子转速或频率以及主 机组的励磁电压;在变电所,则用于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。其特点是采样速度低 (数秒一次 ,全过程时间长。2故障录波 器的发展历程、应用现状及存在问题60年代末,我国电力系统开始应用以光电转换为原理、 120胶片为记录载体的 故障录波 器。 80年代中 期以来,随着计算机技术被引入继电保护领域,微机型 故障录波 器有了迅猛发展,成为电网故障信息记录 的主力,在许多重大事故的调查和分析中发挥了重要作用。虽然微机型 故障录波 器在数据记录性能上

6、有了 很大提高,基本解决了光电式 故障录波 器录波环节多、容量小、没有时标、无记忆能力、数据读取误差大 等问题,以具有记忆功能强、存储容量大、能进行故障记时、故障类型判别、故障参数和事件顺序记录、 能实现数据远传和便于进行后台分析等特点而得到很大发展。但从长期的运行实践及目前 故障录波 器实现 故障记录的三种不同方法看,仍存在下列问题:2. 1基本问题1 数据采集装置集中布置,各电气量参数的采集需使用大量二次电缆,不仅造成资源的大量浪费,更 加重了 PT 、 CT 的负担,直接影响了数据记录的准确度。2 录波方式不一致,全网各点录波器时间参照系不同,不便于统一分析和统计查询。3 数据输出方式简

7、单,交换接口层次多,交换速率低,规约不统一,不便于组网、数据远传及综合分 析。4 与其他故障分析设备交换数据不方便。5 缺乏对实时数据、向量的监测手段。2. 2瓶颈问题传统的 故障录波 器采用内存循环记录采样数据。其记录的周期为秒级,根据故障启动元件的启动将故 障数据通过通讯网存储到永久存储介质上。因此笔者认为 故障录波 器记录故障波形有三个瓶颈:1 内存容量常规 故障录波 器的内存容量为 MB 级。当系统发生多次扰动,同时启动元件多次启动时,内存容量的 限制易导致丢失录波数据。2 启动元件启动元件是 故障录波 器的核心元件,如果启动元件在故障时不能启动,则无法捕捉到故障数据, 故障 录波 器

8、失去实用性。如启动元件配置的灵敏度过高,导致录波器启动频繁,在通讯网采用慢速通道时,容 易引起 故障录波 数据丢失。3 通讯网速度从内存到永久存储介质的速度。 这个指标对启动元件频繁启动时, 是否丢失录波数据起决定性作用。从本地到 故障录波 管理机的数据传输速度。这个指标对快速分析故障,提高分析故障的速度异常重 要。2. 3关键问题1 启动的同时性随着机组容量的不断增大,系统和厂用电的配置也越来越复杂,进入 故障录波 装置的量也越来越多, 而每个录波单元的容量是一定的,因此目前普遍采用了多套录波单元的做法。但多套录波单元启动的同时 性问题一直未能很好的解决:要么多套录波单元不能同时启动; 要么

9、采用级联、 扩展的方法实现多套启动, 但在启动时间上存在明显差异,给故障的分析带来了极大的不便。2 录波的真实性传统录波装置通常以全波傅立叶算法计算每周波 (20ms的电压、电流的幅值/相位,其采样与电力系 统频率 (50Hz同步,但无自适应频率变化采样功能。而电力系统出现短路故障时,往往含有丰富的高次谐 波分量,装置此时若仍以 50Hz 的倍频同步采样的话,必将造成波形的严重失真。而其中如何确定合适的启动判据,如何同时启动一套系统的多个单元更是常规 故障录波 器技术上的关 键和难点,其已经成为影响 故障录波 实现的顽疾。关于 故障录波 器发展方向的探讨3. 1关于 录波器 的功能定义随着超高

10、压电网网架结构的不断扩大,电网稳定问题日益突出。因此笔者认为传统 录波器 仅仅扮演的 记录故障情况下电参量的角色,已不能适应当前电力系统的发展。新型 录波器 应该是信息共享,多种功能 的集成体,它未来的主要功能应包括:1 继电保护及安自装置动作行为的分析电网故障的分析;机组故障的分析。2 运行参数的实时记录;3 接人系统的电能量统计;4 同步向量测量及稳定欲决策。在这种背景下,把该种装置叫做 故障录波 器也不再合时宜,笔者称它为电气参量动态记录单元,其动 态记录主要是指:-电流、电压的记录;-事件记录;-电能量统计;-功角测量记录。3.2录波启动方式因电力系统故障情况非常复杂,使得通过有限的设

11、定启动定值来启动录波装置的做法,并不能保证每 次故障发生时的录波及时性和完整性,常常发生录波失败的情况;且随着机组容量的不断增大,系统和厂 用电配置的越来越复杂,进入 故障录波 装置的量也越来越多,一套录波系统普遍采用了多套录波单元的做 法非常普遍,但多套录波单元启动的同时性问题一直是个悬而未决的难题。因此新型 录波器 不存在启动条 件,而实行无条件循环记录,以与 GPS 同步的高采样率连续记录一段时间的数据,在时间段内的任何时刻 的参数,可以最小的时间分辨率重演。3.3录波数据的真实性录波器 的使命决定了它必须保证所采集数据的真实性。这一点对故障再现和仿真研究,乃至进一步利 用故障数据资源十

12、分重要。因此对录波数据安全性的要求不能只依赖于管理,而应首先在技术上采取有效 措施。随着记录数据量的不断增多,新一代 故障录波 器应采取如下措施来保证录入数据的真实性:1 采用 16位以上 A /D 以 5kHz 以上的速率进行高速高精度采样;采用 MCU 技术来提高处理数据的 能力;实现智能采样,对系统振荡、重合及直流量等,根据实际情况自动调整采样速率。2 扩充存储容量,保证长过程或连续故障时高密度录波数据,使其保持完整性。3 采用高速总线,实现数据的实时、快速、安全转存。4 尽可能减少采样单元中的滤波环节。3.4采样同时性 (GPS问题 GPS 的出现,为统一全网时钟,实现各点录波数据的综

13、合分析提供了方便。可是不同的对时方式对全 网时钟的统一影响很大。为实现真正意义上的全网时标统一和采样的同时性, 应直接以 GPS 对时信号控制采样脉冲 (如利用 GPS 中误差小于 lUs 的 lpps 脉冲,经高稳定度晶振分频后产生采样脉冲 ,以解决现有 GPS 对时方法使网内务 录波器 之间将误差控制在 lms 以下,并向微秒级的国际先进水平靠拢。 3.5数据记录格式及输出方式影响当前 故障录波 器组网功能提高的最大障碍在于不同型号 录波器 的数据记录格式和通信规约不统 一。为充分发挥网络效益,新型 录波器 应做到:1 采用标准数据记录格式,对 CCITT 、 COMTRADE 、专用规约

14、等提供转换软件,能与其他故障分析设 备交换数据。2 具有多个 RS232及 RS485接口,可同时向变电站监控系统和本站保护信息管理系统传送数据;内置 nlodem ,能直接与远方工程师站沟通。3.6录波器 的网络功能随着录波数据量的不断扩大, 目前一个录波文件的容量约在 2M 左右, 使得以前通过 modem 拨号方式 传送故障记录文件的方法,变得越来越不实用。因此网络功能应是新型 录波器 区别于现有 录波器 的重要方 面。为提高网络利用率,网络应能实现故障信息远传与日常运行监测的双重作用。该网络应注意以下几点:1 应充分利用、 融合在现有资源 (保护及安全自动装置信息集中处理系统 , 并与

15、就地监控和 SCADA 系 统存在接口。2 通信规约应适应已颁布的行业标准,通信方式应进一步向可靠的现场总线方案过渡。3 信息网络应成为 MIS 系统的一个有机组成部分,减少重复建设。 创造条件与 MIS 系统间建立计算机 专线网络,采用先进的 ATM 等技术,确保 录波器 信息在网络上的优先传送。4 规范信息网络统一数据库,提高数据共享程度,减少数据库的人工维护量。4我厂二期工程 故障录波 器方案设计4.1总体构想根据以上对 录波器 发展方向的探讨,我将二期 故障录波 器定名为电气参数动态记录单元,它是线路 故 障录波 器、机组 故障录波 器、同步向量测量及稳定欲决策系统 (稳定切机 的统一

16、体。按照笔者的设计:在 二期电气中,将不再存在目前一期设备中使用的:线路 故障录波 器、机组 故障录波 器、同步向量测量及稳 定欲决策系统和稳定切机系统,而只有一套电气参数动态记录单元装置。装置的总体特点如下:1 分布式配置, IO 资源没有限制。可以就地灵活配置,减少二次电缆。2GPS 同步采样，安装在不同地点的动态记录单元采用高精度同步的采样脉冲。 3不存在启动条件，无条件用 GPS 同步的高采样率循环记录 14 天的数据，14 天内的任何时刻的参数， 可以最小的时间分辨率重演。 4高速通讯网，采用主流硬件系统 100M 以太网作为通讯通道，相应速度无与伦比。 5实时数据、向量图显示。 6

17、稳定欲决策功能。 依托先进的继电保护平台，动态过程记录装置由分布式高精度抗干扰 GPS 授时单元、模拟量、开关量 测量采集单元、数据集中处理单元和高分辨率数字式记录重演单元组成，因此系统涉及到电网的稳定及 故障的分析，数据的重要程度高，遂采用数据冗余记录系统。基本结构，如图 1。 42 设备配置 全站共用一个 GPS 授时单元，为采集单元提供统一的时间基准。授时单元设置在升压站继电器室，误 差精度在 lus。在同一授时的前提下，根据全站的模拟量与开关量的配置，提供采集单元，在升压站继电器 室设置一套采集单元，用于线路参数的采集和测量；在机组电子室设置一套采集单元，用于#3、#4 机组参 数的采集，这些采集单元用 PPS 进行同步采样，采样频率 5kHz；在控制室设置鉴相信号采集单元一套，每 个采样点带时标传送到数据记录单元和数据集中处理单元。数据记录单元和数据集中处理单元设置在电子 室内，采用冗余配置，与录波工作站采用独立的网络，双 10M100M 自适应