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国内外故障录波器的现状分析和比较

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故障录波器是分析系统故障的重要依据，对国外厂商生产的故障录波器和国内常见的故障录波器的配置、结构、功能进行了论述。在比较和分析了国内外产品的长处和不足的基础上，结合故障录波器数据采集，启动判据、故障测距、分析软件等关键技术，提出几点关于提高录波装置性能的建议。

1 引言

故障录波器是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、电压及其导出量，如有功、无功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。多年来，故障录波已成为分析系统故障的重要依据。

220-500电压等级的系统由于其运行涉及系统的稳定及系统电压和频率的崩溃等系统级的异常情况，必须安装专门的故障录波装置。1995年电力部颁布了《220～500V力系统故障动态记录技术准则》，明确规定了系统故障动态记录装置应达到的记录要求。这对国内生产的故障录波装置提出了更高的要求。

2 故障录波器发展现状

国外的故障录波器一般采用分散式结构，标准化模块设计，可以分散安装在开关柜或保护小室内，通过以太网可以连到一台所级计算机或远传到调度中心。例如，西门子公司的故障及数字录波系统。SIMEASR录波器选用32位微型工控板，内插电源板、各种智能数据采集板构成完全的模块化设计。它每块采集模块有8路模拟量通道和16路开关量通道或32路开关量通道，开关量输入以2kHz的频率采样，分辨率为1ms，模拟量采样频率为12.8kHz，分辨率为16位。每一路输入都装有放大器、抗混叠滤波器和一个A/D转换器，数字信号处理器以40MHz的时钟频率进行测量。数据采集模块通过高速的16MB/S的总线跟中央处理器连接，SIMEASR的CPU是至少带8M内存的32位处理器，它协调所有的数据采集板完成如下功能：

·故障启动判断；

·故障前、故障变化和故障后的过程记录；

·计算并记录电气测量值（电压、电流、有功、无功、功率因数）；

·计算并记录正负序分量、谐波量、直流分量和相位；

·记录频率变化过程，频率通道的精度为±1mHz；

·对记录进行管理以方便分析程序对故障记录的使用。

SIMEASR在硬件配置和软件设计方面都有自己与众不同的特点。概括起来，主要有以下几个方面：

·一个新的变送器原理允许电流的测量范围为有效值0～400A，这种互感器使得记录200A的同时可有100%的直流偏移分量；

·测量误差小于0.2％，12.8kHz的采样频率，具有50次谐波的分析能力；

·使用PCCARD技术使SIMEASR具有至少300MB的硬盘容量。采用数据压缩技术，使大量数据减少为原来的2～5％，300M字节的硬盘具有大约5G字节的网能力，这就意味着远方数据的传输可以利用300bit/s的已存在网络，等同于使用10Mbit/ｓ现代化LAN网不仅提高了存贮能力，还利于存贮器进行分布数据归档和快速向电力控制中心传输数据；

·使用GPS实现同步，为实现各点录波数据的综合分析提供了方便。直接以ＧＰＳ对时信号控制采样脉冲，将相误差降低为1ｕｓ，对于电力频率为50Hｚ，相应的相角误差仅为0.018度；

·每个SIMEASR设备都装设有一个以太网PCCARD转换器板，通过它可以和DAKON、LAN及模拟或数字ISDN电话网连接；

·SIMEASR采用智能化的顺序控制和抑制时间设定，可以根据不同的故障灵活的调整数据记录的时间；另外它还可以对不同的触发通道设置不同的记录方式，例如对某些会出现短时状态变化的开关量设定特殊的记录过程。这种设计有利于故障分析和存贮单元的充分利用。

西门子故障录波系统装有自动计算程序，当数据被记录后，程序自动启动并产生一个目录文件，包括所有需要的信息，并对每一条馈线都进行诊断。DAKON故障数据管理装置就实现这一功能，它装有OSCOPP故障分析软件包，能实现高精度测距、谐波分析、电能质量分析等功能。如果在调度端装有OSCOPP程序包就可实现远方控制和管理。除了西门子公司的产品外，国外其它一些厂家也有类似的产品。

3 国内发展现状

国内对故障录波器的研制和开发已经有多年的历史，早期的录波器有机电式录波器、光纤式录波器和采用固态数据存储器的录波器，现在普遍使用是靠微处理器实现的录波器。下面介绍目前电力系统内较熟悉的故障录波器。例如，YS-8A型微机故障录波测距装置。

该机是南京银山电子有限公司研制成功的新产品。装置采用以单片机为前置机，工控机为后台机的模块化结构，后台机与各前置机相对独立，每个模拟量前置机可管理8路模拟量，每个开关量前置机可管理64路开关量，前置机的数量可根据用户的不同要求而配置，最多可配置8个模拟量前置机和2个开关量前置机。YS-8A具有如下特点： 

·模拟量前置机是一个独立的数据采集单元，主要包括8032CPU、数据存贮器、隔离放大器、A/D574转换器，多路转换开关。它主要负责将输入的电流、电压、高频等电量经过整理变换成数字信号并存入数据存贮器；

·开关量前置机将开关接点信号经过光耦隔离变换成数字信号，存入数据存贮器，然后再传给后台机；

·后台机是整个录波器的核心，它负责录波器的人机对话、数据的处理和存贮、和各前置机交换数据、与上级部门通信等，后台机是32位386/486工控机；

·高频信号的采样频率是2kHz，模拟信号的采样信号为1kHz，分辨率为12位谐波分辨率7次，开关事件分辨率1ms；

·电流、电压波形采样频率优于2%，故障测距精度优于5%；

·除高频信号外，所有输入信号都可作为启动量，越限启动量精度优于5%，突变启动量精度优于30%；

·装置配有两个集成软件包，录波屏上配有一个在线软件包，以多任务控制系统为软件核心，任务项包括录波、故障自动分析、打印、参数修改、通信等，在调度部门的主机上配有基于平台的离线软件包，功能包括故障波形分析、谐波分析、测距、参数整定、通信监控等，所有软件均汉化，人机见面好、操作简单；

·装置上设有GPS接口，可接收GPS对时信息。

目前国内变电站综合自动化的发展，对故障录波器提出了更高的要求。许多厂家开始使用ＤＳＰ技术，用专门的DSP芯片代替模拟量采集前置机，以提高数据采集的速度和精度。除已开发的集中式故障录波器外，一些单位正在开发分散式故障录波器，分散方式中的数据传输格式和录波网的选择都有待进一步探讨。

４ 国内外故障录波器的比较

同国外相比，国内的故障录波器还存在一定差距，概括起来，主要有如下几点：

·元器件的制造工艺、结构、质量等方面差距明显，据黑龙江省电力调度局的统计，录波器在故障时没有正常运行的主要原因是元器件质量不过关，占总数的70%；

·硬件配置不合理，国内故障录波器一般采用单片机完成数据的采集、计算和判断，而国外普遍采用专门的DSP芯片；

·系统容量小，由于受到系统本身结构的限制，无论是模拟量的输入、开关量的输入、还是故障数据存储容量，冗余度小，不利于增容和升级。而国外录波器的模块式结构使以后的扩展被简单集成到现有的结构中，且采用数据压缩技术，存贮容量大；

·国外的故障录波器一般是多功能的智能化装置，能记录短路故障、低频振荡、暂态故障，还能进行故障定位、谐波分析和电能质量分析，而国内的录波器数据分析能力差，故障测距结果不准；

·远传技术不完善，国内的故障录波器机型各种各样，录波的数据格式、远传实现的格式各不相同，缺少统一的远传技术规范。

但是国内产品也有自己的优势：

·与国外产品相比，国内录波器在价格上有一定优势。

·国外故障录波系统除前置录波器以外，还要配置专门的故障分析软件，建构独立的录波网，投资大，技术要求高，不适合目前仍以集中组屏式结构为主，网络功能不健全的变电站系统；

·国内厂家在现场调试、培训和售后服务方面比国外厂家更具优势。

5 结论和建议

目前的发展形势对国内厂家来说是很严峻的，有些厂家为保持和扩大市场份额，在继续生产国产录波器的同时，已开始代理或组装生产进口录波器，目前500kV工程大多选用进口录波器，这说明了国产录波器不能很好的满足电网运行的需要。要提高录波装置的性能重点是抓它的关键技术，现就录波器的关键技术提出几点建议。

1）提高数据测量的精度，这可以从硬件和软件两个方面着手。在硬件上，可以选用分辨率是16位的A/D转换器和高速高精度DSP芯片，若要降低成本，也可以采用几个低速A/D转换器并联工作的技术。在软件上，减小滤波算法误差关键是消除非周期分量的影响，现在有一种将差分和傅氏变换相结合的算法具有很高的可靠性和准确度；谐波分析的算法比较多，有一般的FFT算法，快速抗混迭的FAFT算法和减少泄露误差的加窗－插值技术，关键是在编程时如何有效快速地实现这些复杂的算法。还有一个需要重视的问题是故障非周期分量引起的CT饱和问题，在不能改变现有一次配置的情况下考虑能否从算法上减小误差。

2）保证装置的准确启动。故障录波器的启动判据很多，一个值整定的不好，就会出现拒动或系统稍有波动就启动的情况，为此在整定时可以参照保护整定的方法，以求达到较高的准确性和可靠性。

3）拥有强大的网络功能和通信能力。从硬件上要求录波装置具有多个RS232及RS485接口，可与当地的监控系统或专用处理器通信，内置Modem，能与远方调度中心通信，同时提高远传通道的质量；从软件上要求采用标准的数据记录格式和统一的远传技术规范，采用数据压缩以提高传输速度。

4）拥有丰富的后台分析能力。进行后台分析的基础是对时时钟精确，为此应采用GPS，它可将时间误差减小到1ms以下。故障测距的精度是影响后台分析能力的关键技术，目前双端测距是一个比较好的方法。

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