微機故障錄波裝置

故障錄波裝置對保證電力系統安全運行有十分重要的作用。當電網中發生故障時，利用裝設的故障錄波裝置，可以記錄下該故障全過程中線路上的三相電流、零序電流的波形和有效值，母線上三相電壓、零序電壓的波形和有效值，並形成故障分析報告，給出此種故障的故障類型，可以查看電流和電壓的幅值與相位、本側保護的動作時間以及線路兩側高頻保護收發信機發信和停信的時間、斷路器分合時間等。當線路兩側裝有自動重合閘時，還可以看出線路兩側自動重合閘動作的全過程。

基本介紹

• 中文名：微機故障錄波裝置   
• 外文名：Microcomputer fault recording device
• 組成：前置機和主機
• 作用：檢測電網故障
• 性質：科學

簡介

故障錄波裝置對保證電力系統安全運行有十分重要的作用。當電網中發生故障時，利用裝設的故障錄波裝置，可以記錄下該故障全過程中線路上的三相電流、零序電流的波形和有效值，母線上三相電壓、零序電壓的波形和有效值，並形成故障分析報告，給出此種故障的故障類型，可以查看電流和電壓的幅值與相位、本側保護的動作時間以及線路兩側高頻保護收發信機發信和停信的時間、斷路器分合時間等。當線路兩側裝有自動重合閘時，還可以看出線路兩側自動重合閘動作的全過程。

微機故障錄波裝置的組成

微機故障錄波裝置主要包括前置機和主機兩大部分。一台微機故障錄波裝置由一台主機和多台互為獨立的前置機組成分散式結構。這種結構有兩大優點：一是避免局部故障而引起整套錄波裝置退出工作，便於維護和管理；二是對任一台前置機進行校驗和維修，不會影響整套錄波裝置的運行。

一台前置機由中央處理器和一些外圍電路組成，前置機的主要功能是交流數據採集它對所接人的電流、電壓、開關量進行數據採樣，並同預先設定的定值進行比較，一旦發現越限、有增量或開關變位，立即發信給主機，啟動錄波裝置錄波。

主機主要由三大部分構成：工控機、半導體電子盤和接口系統。工控機存貯空間大可以記錄多次故障。由於利用了工控機，人機對話界面可配以彩色顯示器、標準鍵盤及漢字印表機，以方便地實現整定(運行人員修改時鐘和根據運行需要修改定值以及禁止錄波裝置的啟動量)、維護、分析和列印。分析軟體全部用選單製作，漢字提示，從而使分析列印事故波形及報告十分方便、直觀。計算機的串列口可實現數據的遠傳，它將故障錄波裝置的數據遠傳給所轄調度部門，供分析事故之用。

錄波裝置使用半導體電子盤，將作業系統及套用軟體固化。主機中接口系統主要有以下功能：與前置機通信，向前置機傳送定值、同步脈衝，檢查前置機工作狀態，讀取錄波裝置記錄的數據；對於裝置異常，裝置啟動信號通過繼電器輸出到中央信號屏上，提示值班人員注意。

微機故障錄波裝置的啟動方式

1．故障錄波裝置的啟動方式

微機故障錄波裝置正常情況下只作數據採集，只有當它的啟動元件動作時才進行錄波。除高頻信號外，所有信號均可作為啟動量，任一路輸入信號滿足定值給出的啟動條件，均可啟動錄波。為了保證故障錄波裝置可靠動作，要求故障錄波裝置有良好的靈敏度。

對故障錄波裝置通常採用如下的啟動方式：

(1)突變數啟動判據。突變數啟動的實質是故障分量啟動，可選△U_A、△U_B、△U_C、△U_L、△U₀、△I₀、△I_A、△I_B、△I_C中的部分作為啟動量，並和整定突變數值進行比較。

(2)零序電流啟動判據。在110kV以上的大電流接地系統中，大多數為接地故障，採用主變壓器中性點零序電流3I₀啟動錄波。

(3)正序、負序、零序電壓啟動判據。

(4)母線頻率變化啟動判據。故障時頻率下降且變化率較快。

(5)外部啟動判據。一種是繼電保護的跳閘動作信號啟動，一種是調度來的啟動命令，這兩種啟動均為開關量啟動。

2．錄波數據記錄方式

為了清晰地反應故障發生、發展、切除以及重合閘的全過程，要求所記錄的模擬量的波形應從故障發生前的某個時刻開始，並在故障切除及重合閘動作後才能停止錄波。在電力系統出現長期的電壓、頻率越限或振盪時，也應能記錄下全過程。因此，模擬量的採樣方式隨著故障發生髮展的不同階段而不同。模擬量的採樣時段順序如圖1所示。

圖1模擬量的採樣時段順序

系統大擾動開始時刻t=0s，各時段的記錄時間、採樣速率均可人工設定，按圖1所示順序執行。採樣方式和記錄時間如表1所示，記錄方式如表2所示。

表1採樣方式和記錄時間

A時段	B時段	C時段	D時段
系統大擾動開始前的狀態數據，輸出高速原始記錄波形，記錄時間不少於0.04s	系統大擾動開始後的狀態數據，輸出高速原始記錄波形，記錄時間大於0.06s	系統動態過程數據，輸出低速記錄波形，記錄時間大於2s	系統長過程的動態數據，輸出低速記錄波形， 可以記錄長時間低電壓、低頻率或振盪的情況。

表2記錄方式

第一次啟動	符合任一啟動條件時，由S時刻開始按ABCD順序執行
重複啟動	在已經啟動的過程中有開關量或突變數輸出時，若在B時段，則由T時刻開始沿BCD時段重複執行；否則應由S時刻開始沿ABCD重複執行
自動終止條件	所有啟動量全部復歸
特殊記錄方式	如果出現長期低電壓、頻率越限或振盪，D時段時間可持續到故障終止

微機故障錄波裝置實例

YS-88AM型微機故障錄波測距裝置是目前國內套用較為廣泛的錄波裝置，其原理框圖如圖2所示。該裝置採用了高速數位訊號處理器，實現了高速度高精度的數據採集及處理，數據採集精確度可達到16bit，採樣速度最高達到每秒10000點，具有獨特的智慧型變速功能，解決了高速記錄與有限緩衝區之間的矛盾。實時的硬碟緩衝區技術及數據自動更新技術，使得完全依靠系統記憶體，在採集速度達到每秒10000點時，可以連續記錄這樣的故障：故障開始--故障切除--故障恢復(重合)。採用分時多任務系統的實時信號處理技術，使用一塊工控主機板同時完成了數據記錄存儲、錄波分析、測距、通信、巡檢、顯示等功能，具有計算機通信組網技術和管理系統，具備全面的啟動判據，記錄電氣量齊全，可以兼有實時監測功能。使用WATCH—DOG技術和巡檢功能，使得錄波裝置工作穩定可靠。該裝置適用於220kV及以上的變電站和發電廠等場合。

圖2 YS-88A型故障錄波測距裝置原理框圖

圖3是某變電站某一線路發生單相接地短路故障時的錄波圖，錄波圖的清單上可以包含錄波的檔案名稱稱、錄波時間、故障前後各相電流、零序電流或各項電壓、零序電壓有效值。

圖3 故障錄波實例圖

檔案名稱稱：D：\DATA\0373D481.100

錄波時間：2003-07-03 13:48:02 780ms

故障前後有效值：

	A	B	C	0
-40ms	1.64A	1.61A	1.64A	0.13A
-20ms	1.64A	1.62A	1.65A	0.14A
0ms	2.51A	12.27A	1.94A	8.92A
20ms	3.24A	8.49A	2.20A	14.00A
40ms	3.89A	21.22A	2.84A	15.35A
60ms	3.14A	10.49A	1.75A	6.58A
80ms	1.74A	0.01A	1.71A	1.14A
100ms	1.72A	0.01A	1.67A	1.11A
140ms	1.69A	0.01A	1.65A	1.10A

從錄波圖可見，在故障發生時刻，B相電流增大，且出現了零序電流，A、C相電流有些變化，但相對於B相電流變化較小，因此斷定B相發生了接地短路。在70ms時，B相電流為零，可見該相斷路器跳開。到1272ms，B相電流恢復，A、B、C三相電流對稱，零序電流基本為零，說明重合閘成功。

從錄波圖可以看到故障發生前、中和故障後電流的變化情況，從而可以分析短路的性質、類型、斷路器和重合閘的工作情況。另外，利用故障錄波裝置的軟體還可以給出故障分析報告。