摘要：故障錄波器是分析系統(tǒng)故障的重要依據(jù)，對國外廠商生產(chǎn)的故障錄波器和國內(nèi)常見的故障錄波器的配置、結(jié)構(gòu)、功能進行了論述。在比較和分析了國內(nèi)外產(chǎn)品的長處和不足的基礎(chǔ)上，結(jié)合故障錄波器數(shù)據(jù)采集，啟動判據(jù)、故障測距、分析軟件等關(guān)鍵技術(shù)，提出幾點關(guān)于提高錄波裝置性能的建議。圖2幅。

　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)自記裝置系統(tǒng)分析自動化儀表故障錄波器

　　1引言

　　故障錄波器是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時能自動記錄的一種裝置，它可以記錄因短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量，如有功、無功以及系統(tǒng)頻率的全過程變化現(xiàn)象。主要用于檢測繼電保護與安全自動裝置的動作行為，了解系統(tǒng)暫態(tài)過程中系統(tǒng)中各電參量的變化規(guī)律，校核電力系統(tǒng)計算程序及模型參數(shù)的正確性。多年來，故障錄波已成為分析系統(tǒng)故障的重要依據(jù)。

　　220～500kV電壓等級的系統(tǒng)由于其運行涉及系統(tǒng)的穩(wěn)定及系統(tǒng)電壓和頻率的崩潰等系統(tǒng)級的異常情況，必須安裝專門的故障錄波裝置。1995年電力部頒布了《220～500kV電力系統(tǒng)故障動態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》，明確規(guī)定了系統(tǒng)故障動態(tài)記錄裝置應(yīng)達到的記錄要求。這對國內(nèi)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(xiàn)狀

　　國外的故障錄波器一般采用分散式結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化模塊設(shè)計，可以分散安裝在開關(guān)柜或保護小室內(nèi)，通過以太網(wǎng)可以連到一臺所級計算機或遠傳到調(diào)度中心。例如，西門子公司的故障及數(shù)字錄波系統(tǒng)。

　　SIMEASR是西門子公司推出的智能化錄波器，其結(jié)構(gòu)。

　　2.1SIMEASR錄波器

　　SIMEASR錄波器選用32位微型工控板，內(nèi)插電源板、各種智能數(shù)據(jù)采集板構(gòu)成完全的模塊化設(shè)計。它每塊采集模塊有8路模擬量通道和16路開關(guān)量通道或32路開關(guān)量通道，開關(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A？D轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號處理器以40MHz的時鐘頻率進行測量。數(shù)據(jù)采集模塊通過高速的16MB？S的總線跟中央處理器連接，SIMEASR的CPU是至少帶8M內(nèi)存的32位處理器，它協(xié)調(diào)所有的數(shù)據(jù)采集板完成如下功能：

　　·故障啟動判斷；

　　·故障前、故障變化和故障后的過程記錄；

　　·計算并記錄電氣測量值（電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)）；

　　·計算并記錄正負(fù)序分量、諧波量、直流分量和相位；

　　·記錄頻率變化過程，頻率通道的精度為±1mHz；

　　·對記錄進行管理以方便分析程序?qū)�故障記錄的使用�?/p>

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

　　·一個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的硬盤容量。采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，使大量數(shù)據(jù)減少為原來的2～5％，300M字節(jié)的硬盤具有大約5G字節(jié)的網(wǎng)能力，這就意味著遠方數(shù)據(jù)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(xiàn)代化LAN網(wǎng)不僅提高了存貯能力，還利于存貯器進行分布數(shù)據(jù)歸檔和快速向電力控制中心傳輸數(shù)據(jù)；

　　·使用GPS實現(xiàn)同步，為實現(xiàn)各點錄波數(shù)據(jù)的綜合分析提供了方便。直接以GPS對時信號控制采樣脈沖，將相誤差降低為1us，對于電力頻率為50Hz，相應(yīng)的相角誤差僅為0.018度；

　　·每個SIMEASR設(shè)備都裝設(shè)有一個以太網(wǎng)PCCARD轉(zhuǎn)換器板，通過它可以和DAKON、LAN及模擬或數(shù)字ISDN電話網(wǎng)連接；

　　·SIMEASR采用智能化的順序控制和抑制時間設(shè)定，可以根據(jù)不同的故障靈活的調(diào)整數(shù)據(jù)記錄的時間；另外它還可以對不同的觸發(fā)通道設(shè)置不同的記錄方式，例如對某些會出現(xiàn)短時狀態(tài)變化的開關(guān)量設(shè)定特殊的記錄過程。這種設(shè)計有利于故障分析和存貯單元的充分利用。

　　2.2診斷系統(tǒng)

　　西門子故障錄波系統(tǒng)裝有自動計算程序，當(dāng)數(shù)據(jù)被記錄后，程序自動啟動并產(chǎn)生一個目錄文件，包括所有需要的信息，并對每一條饋線都進行診斷。DAKON故障數(shù)據(jù)管理裝置就實現(xiàn)這一功能，它裝有OSCOPP故障分析軟件包，能實現(xiàn)高精度測距、諧波分析、電能質(zhì)量分析等功能。如果在調(diào)度端裝有OSCOPP程序包，就可實現(xiàn)遠方控制和管理。除了西門子公司的產(chǎn)品外，國外其它一些廠家也有類似的產(chǎn)品。

　　3國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

　　國內(nèi)對故障錄波器的研制和開發(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(shù)據(jù)存儲器的錄波器，現(xiàn)在普遍使用是靠微處理器實現(xiàn)的錄波器。下面介紹目前電力系統(tǒng)內(nèi)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(jié)構(gòu)，后臺機與各前置機相對獨立，每個模擬量前置機可管理8路模擬量，每個開關(guān)量前置機可管理64路開關(guān)量，前置機的數(shù)量可根據(jù)用戶的不同要求而配置，最多可配置8個模擬量前置機和2個開關(guān)量前置機。YS－8A具有如下特點：

　　·模擬量前置機是一個獨立的數(shù)據(jù)采集單元，主要包括8032CPU、數(shù)據(jù)存貯器、隔離放大器、A/D574轉(zhuǎn)換器，多路轉(zhuǎn)換開關(guān)。它主要負(fù)責(zé)將輸入的電流、電壓、高頻等電量經(jīng)過整理變換成數(shù)字信號并存入數(shù)據(jù)存貯器；

　　·開關(guān)量前置機將開關(guān)接點信號經(jīng)過光耦隔離變換成數(shù)字信號，存入數(shù)據(jù)存貯器，然后再傳給后臺機；

　　·后臺機是整個錄波器的核心，它負(fù)責(zé)錄波器的人機對話、數(shù)據(jù)的處理和存貯、和各前置機交換數(shù)據(jù)、與上級部門通信等，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量，越限啟動量精度優(yōu)于5％，突變啟動量精度優(yōu)于30％；

　　·裝置配有兩個集成軟件包，錄波屏上配有一個在線軟件包，以多任務(wù)控制系統(tǒng)為軟件核心，任務(wù)項包括錄波、故障自動分析、打印、參數(shù)修改、通信等，在調(diào)度部門的主機上配有基于平臺的離線軟件包，功能包括故障波形分析、諧波分析、測距、參數(shù)整定、通信監(jiān)控等，所有軟件均漢化，人機見面好、操作簡單；

　　·裝置上設(shè)有GPS接口，可接收GPS對時信息。

　　目前國內(nèi)變電站綜合自動化的發(fā)展，對故障錄波器提出了更高的要求。許多廠家開始使用DSP技術(shù)，用專門的DSP芯片代替模擬量采集前置機，以提高數(shù)據(jù)采集的速度和精度。除已開發(fā)的集中式故障錄波器外，一些單位正在開發(fā)分散式故障錄波器，分散方式中的數(shù)據(jù)傳輸格式和錄波網(wǎng)的選擇都有待進一步探討。

　　4國內(nèi)外故障錄波器的比較

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

　　·元器件的制造工藝、結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等方面差距明顯，據(jù)黑龍江省電力調(diào)度局的統(tǒng)計，錄波器在故障時沒有正常運行的主要原因是元器件質(zhì)量不過關(guān)，占總數(shù)的70％；

　　·硬件配置不合理，國內(nèi)故障錄波器一般采用單片機完成數(shù)據(jù)的采集、計算和判斷，而國外普遍采用專門的DSP芯片；

　　·系統(tǒng)容量小，由于受到系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)的限制，無論是模擬量的輸入、開關(guān)量的輸入、還是故障數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)使以后的擴展被簡單集成到現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，且采用數(shù)據(jù)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，還能進行故障定位、諧波分析和電能質(zhì)量分析，而國內(nèi)的錄波器數(shù)據(jù)分析能力差，故障測距結(jié)果不準(zhǔn)；

　　·遠傳技術(shù)不完善，國內(nèi)的故障錄波器機型各種各樣，錄波的數(shù)據(jù)格式、遠傳實現(xiàn)的格式各不相同，缺少統(tǒng)一的遠傳技術(shù)規(guī)范。

　　國內(nèi)產(chǎn)品自己的優(yōu)勢：

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

　　·國外故障錄波系統(tǒng)除前置錄波器以外，還要配置專門的故障分析軟件，建構(gòu)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(jié)構(gòu)為主，網(wǎng)絡(luò)功能不健全的變電站系統(tǒng)；

　　·國內(nèi)廠家在現(xiàn)場調(diào)試、培訓(xùn)和售后服務(wù)方面比國外廠家更具優(yōu)勢。

　　5結(jié)論和建議

　　目前的發(fā)展形勢對國內(nèi)廠家來說是很嚴(yán)峻的，有些廠家為保持和擴大市場份額，在繼續(xù)生產(chǎn)國產(chǎn)錄波器的同時，已開始代理或組裝生產(chǎn)進口錄波器，目前500kV工程大多選用進口錄波器，這說明了國產(chǎn)錄波器不能很好的滿足電網(wǎng)運行的需要。要提高錄波裝置的性能重點是抓它的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)就錄波器的關(guān)鍵技術(shù)提出幾點建議。

　　1）提高數(shù)據(jù)測量的精度，這可以從硬件和軟件兩個方面著手。在硬件上，可以選用分辨率是16位的A？D轉(zhuǎn)換器和高速高精度DSP芯片，若要降低成本，也可以采用幾個低速A/D轉(zhuǎn)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(xiàn)在有一種將差分和傅氏變換相結(jié)合的算法具有很高的可靠性和準(zhǔn)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)鍵是在編程時如何有效快速地實現(xiàn)這些復(fù)雜的算法。還有一個需要重視的問題是故障非周期分量引起的CT飽和問題，在不能改變現(xiàn)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(zhǔn)確啟動。故障錄波器的啟動判據(jù)很多，一個值整定的不好，就會出現(xiàn)拒動或系統(tǒng)稍有波動就啟動的情況，為此在整定時可以參照保護整定的方法，以求達到較高的準(zhǔn)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RS232及RS485接口，可與當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)控系統(tǒng)或?qū)Ｓ锰幚砥魍ㄐ�，�?nèi)置Modem，能與遠方調(diào)度中心通信，同時提高遠傳通道的質(zhì)量；從軟件上要求采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄格式和統(tǒng)一的遠傳技術(shù)規(guī)范，采用數(shù)據(jù)壓縮以提高傳輸速度。

　　4）擁有豐富的后臺分析能力。進行后臺分析的基礎(chǔ)是對時時鐘精確，為此應(yīng)采用GPS，它可將時間誤差減小到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比較好的方法。