基于故障录波的大数据研究

摘 要：故障录波器是一种在电力系统发生故障时，记录整个故障动态过程各种电气量变化的自动装置。现简要阐述了故障录波器的总体设计原理，分析了故障录波数据的应用与存在的问题，对故障录波器的发展前景进行了展望，为技术人员快速、精准地判断故障原因并快速排除故障，及时恢复供电提供了帮助。

关键词：故障录波;大数据;设计原理;发展前景

0 引言

作为一种事故记录与分析设备，电力故障录波装置被广泛应用于电力系统中。按照功能可将这一装置分成录波数据采集与分析部分。前者是指将系统故障发生后的相关系统电气量变化过程记录下来;后者是指通过数据分析帮助技术人员分析故障原因，确定相应的故障解决方案，提供相应的工具，进而为现场继电保护的技术人员正确分析事故原因、研究对策、处理故障等提供有力支持，便于技术人员快速、精准地判断故障原因并快速排除故障，及时恢复供电。

1 故障录波器的总体设计原理

电网正常运行情况下，故障录波器只收集与缓存系统录波数据。当系统发生故障时，故障录波器就会对故障发生前后的系统数据进行记录，根据故障录波器的存储容量，一般可以记录故障发生前后的电压、电流等值的变化，然后为接下来的系统故障分析和系统改善提供有效依据，以便技术人员更加快速找出故障，并找到相应的解决方案，对系统进行改善。系统通过对故障录波数据进行分析和处理，能够让工作人员了解故障发生的情况和故障发生的原因，并减少甚至避免此类故障的发生，减小故障发生后造成的经济损失。相关人员对故障录波数据的分析、处理、统计，对电网设备进行改进，可提升其稳定性。不仅如此，对故障录波数据的分析还有利于有效预测故障的发生。目前故障录波器常见的录波启动有很多方式，例如远方控制启动、开关量变位启动、模拟量启动、手动启动等，其中，模拟量启动又可分为直流电压、电流突变量和越限量启动，主变压器中性点电流越限启动，过激磁启动、频率突变量和越限量启动，各相电压、电流突变量启动等。

2 故障录波数据的应用与存在的问题

目前常见的故障录波器是记录电网线路的一些基本数据，例如电网的电压、电流等，当线路发生故障时，把正常运行时的数据与故障发生时的录波数据进行分析、处理、统计，随后对故障类型与相别、电流以及电压数值等情况进行判断，进而为故障的修复与处理以及日后的维护起到一定作用。本文简单例举故障录波数据在DS6000系统中的应用。

作为一种配网自动化系统，DS6000系统采用了先进的开发技術与理念，对省级、地级配网自动化较为适用。该系统利用功能强大、齐全、成熟的功能组件，建立了稳定的系统架构。

目前，国内使用最普遍、最频繁的就是在储存故障录波数据时，使用ComTrade格式，该格式是IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式。每组包含的相关文件有4个，这些文件是指信息、数据、标题以及配置文件，每个文件都被划分为具有不同等级的信息。

那么，分析故障录波数据具体有什么作用呢？首先，对装置记录的各类信息进行分析，不但能快速对故障类型以及相别进行判断，还能较为精准地对故障点进行计算，能够快速排除故障，及时恢复供电，进而降低经济损失。其次，信号中的谐波量可通过故障录波数据进行检测，进而对谐波的影响、变化规律进行分析;另外，还可用于计算序分量、短路容量。最后，可提供一些故障信息。在系统运行阶段，会出现一种情况：一种故障尚未排除又出现其他故障或在非全相运行阶段再度出现相似故障。此类情况发生于短期内，要想了解故障的类型转换、非全相运行阶段出现的事故情况等，就应使用故障录波数据。

从中不难得知，在对电力系统故障进行分析时，故障录波数据起到了关键作用，可通过数据对故障电流、相别与类型等进行精准判断，在此基础上思考对策以有效消除故障，以便后续改善电网设计方式，对潜在故障进行有效预测，从而避免类似故障再次发生，对电力系统的稳定运行起着重要作用。

就目前而言，故障录波器在一般常规的变电站中可以良好运行，但问题在于，常规变电站和智能变电站所做出的通信规定存在一定差异，其数据表现形式也各不相同，在智能变电站中，常规故障录波器无法将故障录波作用发挥出来，在智能变电站中该装置主要存在以下问题：第一，常规故障录波器采用接线方式接入装置，而在智能变电站中是一种模拟采样值，属于弱电信号，当采集量新增或采样对象有所改变时，采集线路也应发生相应变化或增加。由此可见，常规故障录波器难以用于智能变电站中。第二，因传输回路长度、形式存在一定差异，智能变电站中的网络传输方式会产生传输时间延长等问题，加上数据处理的延长时间会因所使用的智能设备而异，数据差异将进一步增大，采集的数据难以同步，这就需要同步处理采样数据。鉴于采用硬接线方式采集数据的常规录波器可以通过电缆传输信息，因此其传输所产生的时间延误无需考虑，可直接分析并使用数据，无需进行同步处理。之所以这种装置无法用于智能变电站中，是因为它并无处理数据对时间进行同步的做法。第三，IEC 61850标准协议的使用使得网络通信中的设备可进行互相操作，而对于大都采用DNP或IEC 60870-5-103通信规约的常规变电站而言，各厂家的规约存在一定变数，因此只有使用规约转换器才能实现不同设备之间的信息互换，难以实现互相操作，所以常规故障录波器在智能变电站中受到限制，无法使用。

3 故障录波器发展前景

随着大数据技术的发展，大数据蕴含着巨大的应用价值。通过对录波数据的研究，可以改进现有的故障录波器，国内的电力系统也随着新一代智能电力系统的全方位建设而发展为全球规模最大的电力系统，在将来，我国将建立规模最大的“云计算”平台，进而在时空等多个维度上为能源资源的调用与分配起到一定铺垫作用。因此，传统的故障录波器已经不能适应当前需求，难以与当前需求保持同步，显得较为滞后。通过对录波数据的研究，从而改进现有故障录波器，对实现电网故障智能诊断有着重要意义。

4 结语

长期以来电网故障诊断在事故后快速分析、尽快恢复供电等方面发挥着重要作用。由于电网操作增多、电网规模扩大，电网故障在所难免。因此，对故障录波数据进行分析、处理，能够为现场继电保护的技术人员正确分析事故原因、研究对策、处理故障等提供有力支持，便于技术人员快速、精准地判断故障原因并快速排除故障，及时恢复供电。在当前智能电网大数据环境下，故障录波器作为实现智能电网自愈功能的高级应用，其对于电网故障诊断的重要性愈发突出。

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收稿日期：2019-12-18

作者简介：杨洁民（1971—），男，贵州兴义人，高级工程师，研究方向：高压直流输电控制保护。