便携式故障录波器带电安装装置

金海晨 郑晟 陈显来 郑贤舜

【摘 要】配网网络通过故障录波的波形和数据，可以正确分析事故原因，帮助寻找故障点，可以正确评价继保和自动装置的动作情况，及时发现设备缺陷。便携式故障录波器带电安装装置能够实现便携式故障录波器带电、安全、方便、快捷的安装和拆除，则可以在有需要时及时方便的调取波形，分析实际故障情况，查找原因和存在的问题，以便更快速、准确地解决配网的问题，提升配网的分析水平和实际运行可靠性。

【关键词】带电安装 故障录波 电力设备 嵌入式系统

近年来，随着浙江经济的飞速发展，工业用电、城镇居民及商业用电量不断上升。用户对电力的需求已不仅仅满足于有电用，而且要求用高质量的电，享受更好的服务。然而，目前大部分配电网络没有配置故障录波记录装置，往往故障时不能快速查找故障原因，而引发上一级保护动作，扩大了故障范围，因此如何不停电加装便携故障录波，通过故障录波的波形和数据，正确分析事故原因，帮助寻找故障点，正确评价继保和自动装置的动作情况，及时发现设备缺陷，了解系统运行情况，对提高电力系统安全运行水平有重要意义[1]。

1 装置系统结构

便携式故障录波器带电安装装置系统由独立电源、传感器插件、开关量、GPS对时、ADSP插件和CPU插件组成。其系统结构如图1-a、原理如图1-b所示。

图1 装置系统结构与原理图

独立电源为各个插件提供额定电源电压；传感器插件实现对高电压和大电流的隔离，将电压和电流变换为录波器内部可以接收的信号，实现带电采集回路电流信号；开关量接收电力系统输入的开关量信号，对开关量信号进行输入输出隔离，形成安全开关信号；GPS对时采用硬件脉冲和IGIR-B码对时方式实现录波器与GPS时钟同步；ADSP插件接收模拟电压信号和模拟电流信号，接收开关量提供的安全开关信号，接收对时信号，完成信号采集，启动判据，GPS对时等；CPU插件接收ADSP插件发送的录波数据，运行嵌入式实时操作系统VxWorks[2]，完成录波数据的存储、通信、分析等。

2 装置功能介绍

便携式故障录波器带电安装装置包括独立电源、传感器插件、开关量、GPS对时、ADSP插件和CPU插件；

（1）独立电源，用于给各个插件提供额定电源电压，使得每个插件正常工作。

（2）传感器插件，用于将高电压或大电流与录波器设备隔离，避免录波器故障影响到一次设备，将电压或电流信号变换为录波器内部AD变换可以接收的5V信号，带电采集回路电流信号。

（3）开关量，用于接收电力系统输入的开关量信号，对开关量信号进行输入输出隔离，形成安全开关信号传输给ADSP插件。

（4）GPS对时，用于接收电力系统输入的GPS对时信号，采用硬件脉冲和IRIG-B两种对时方式实现与GPS始终同步，并向ADSP插件（5）提供对时信息。

（5）ADSP插件，用于接收传感器插件发送的模拟电压信号和模拟电流信号，接收电力系统输入的开关量提供的安全开关信号，并接收电力系统输入的GPS对时提供的对时信号，完成数据采集，启动判据，GPS对时，向CPU插件传输录波数据，并接收CPU插件提供的定值信息。信号采集原理如图2所示。

（6）CPU插件，用于接收ADSP插件发送的录波数据，运行嵌入式实时操作系统VxWorks，完成录波数据的存储、通信、分析，向ADSP插件发送定值信息。

3 装置技术特点

信号采集与启动计算采用单DSP构架，由1片DSP实现32路模拟量，32路开关量的接入；同时采用新型电路结构和75000门大规模可编程逻辑器件，集成度高，抗干扰能力强，系统运行稳定。

（1）32位高速浮点数字信号处理器（DSP），16位A/D，采样速率10kHz可调，谐波分辨率≤99次，开关事件分辨率0.1ms。装置设计的信号采集速率不低于10000次/秒，每通道采用独立ADC，由FPGA控制各通道的转换，将转换结果保存到FPGA内部RAM中，在转换完成后启动高速DMA数据传送。

（2）采用高性能实时嵌入式操作系统VxWorks，系统稳定、可靠，实时性好。

（3）录波数据二存储：录波数据分别存储在32位CPU和管理机上，大大地提高了数据的安全性。

（4）数据记录采用A-B-C段方式，A、B、C段全部采用采样值记录，摒弃了传统的D、E低采样率和有效值记录段，从而全部数据可以进行相量图分析和阻抗分析，大大地提高了数据的可用性。

（5）支持长时间连续纪录，装置能以1KHz的采样值连续记录，记录数据以7天为周期刷新，数据保持时间只受通道数和存储器容量限制，摒弃了传统的一周波一个点的有效值慢扫描记录。

（6）不定长动态录波和故障测距，金属性短路的测距精度优于2%。启动判据种类齐全，在各种短路、接地故障和其它异常工况下灵敏启动录波。

（7）强大的计算和分析能力（电压、电流的幅值、峰值、有效值、频率计算，有功、无功功率计算，功角、相角测量，相量、序量和谐波分析）。

（8）公式编辑器可生成各种电量及其导出量的波形图，并可动态观察其随时间变化的轨迹，真实地再现故障全过程。

（9）支持多种对时方式，包括接点脉冲对时、IRIG-B码对时、网络对时等，并支持对时方式组合及双向对时。可以完全脱离管理机独立工作。

（10）录波数据格式自动转换，可转出COMTRADE 1999版或COMTRADE 1991版。先进的抗干扰设计：采用8层PCB、SMD装配和软件容错技术，抗干扰能力达到GB/T14598规定的严酷等级为Ⅳ级标准。

4 结语

便携式故障录波带电安装装置适用于目前配网线路上的各类户外线路，在有效的检测配电网的实时情况及变化同时，不会对配电网的售电质量产生影响。另外可以利用便携式故障录波带电安装装置在不停电安装的同时，在故障发生时及时接入相应的故障线路，以便更快的处理。便携故障录波器带电安装的接入方式和配网故障分析与测距是关键和技术难点，针对这些难点提供更可靠的解决方案，使其更方便、快捷、安全的解决配网问题。

参考文献：

[1]陈昊琳，张国庆，郭志忠.故障录波器发展历程及现状分析[J].电力系统保护与控制，2010，05：148-152.

[2]翁羽翔.基于VxWorks嵌入式系统的应用研究[D].同济大学，2007.