基于單片機的智能電力系統故障錄波儀淺析

張 斌 李 軍

1.山東金嶺礦業股份有限公司，山東淄博 255000；

2.山東工業職業學院電氣工程系，山東淄博高新區 256414

基于單片機的智能電力系統故障錄波儀淺析

張 斌1李 軍2

1.山東金嶺礦業股份有限公司，山東淄博 255000；

2.山東工業職業學院電氣工程系，山東淄博高新區 256414

智能電力系統故障錄波儀是一種數據采集記錄裝置，它可以記錄系統非正常和正常狀況下系統電壓、電流、頻率的變化。在電力系統正常運行情況下記錄的數據，對于分析電力系統正常運行下電能的應用情況起著重要的作用；而故障階段記錄的數據，對于分析電力系統故障發生的原因，以及幫助尋找故障發生點，從而迅速處理相關故障事故起著關鍵的作用。

電力系統；故障；錄波儀

電力系統故障錄波裝置是常年投入運行監視運行狀況的一種自動記錄裝置。它的主要功能在于分析故障狀態下該保護裝置動作的正確性與否，其作用除了用于檢測繼電器及安全自動裝置的動作行為外，還用于分析系統動態過程中各電參量的變化規律，校核電力系統計算程序及模型參數的正確性。我們利用錄波數據可以正確評價或驗算繼電保護裝置工作的正確性。

當電力系統發生故障時，電力系統潮流計算、短路電流計算的理論值與實際值的相差很大，繼電保護裝置、自動儀的實際動作情況怎樣，電氣設備受沖擊的程度怎樣，從理論上很難闡述且又不能通過實驗獲得的瞬時信息，對電力系統安全穩定運行具有十分重要的意義，我們借助智能電力系統故障錄波儀就可以獲得這些有用的信息，所以，智能故障錄波儀就好比是電力系統故障時的“黑匣子”，是電力系統十分重要的安全自動儀。《電力系統繼電保護和安全自動儀技術規程》（GB14285-1993)規定：在主力發電廠、220kv及以上變電站都應裝設故障錄波儀。它需要記錄的電網參數如電壓、電流、開關量外，還對有關元件的有功、無功、非周期分量的初始電流及其衰減時間常數、系統頻率變化及各種參數變化的準確時間進行記錄。分析電網故障主要是指分析電力系統動態過程參數量的變化規律。故障錄波儀必須設置故障錄波的專用傳輸接口，以便遠傳調度作進一步數據分析處理。

1 智能電力系統故障錄波儀的作用

故障錄波儀目前在電力系統中廣泛應用，其地位越來越重要，甚至不可替代，作用如下：

1.1 借助故障錄波儀，可以正確分析判斷故障原因，為故障處理提供數據支持。根據故障過程波形圖及其有關數據，可以準確反映故障類型、相別、故障電流和電壓等重要數據、斷路器跳閘、合閘時間及自動重合閘動作情況等，從而可以分析和確定事故原因，研究有效的對策，為及時處理故障提供可靠的依據。

1.2 通過分析記錄的故障波形圖，可以看出繼電保護裝置和自動儀的缺陷以及一次設備的存在的問題，可以及時消除事故隱患；可提供轉換性故障和非全相運行再故障的信息；還可反映電力系統內部過電壓的情況等。

1.3 根據錄取的波形圖和數據，結合短路電流計算結果，可以較準確地判斷故障地點范圍，便于尋找故障點，加速處理事故進程，減輕尋線人員勞動強度。最新微機型故障錄波儀判斷故障準確度誤差在2%以內。

1.4 分析研究震蕩規律，從錄波圖可以清楚反映振蕩發生、失步、同步震蕩、異步震蕩和再同步全過程以及振蕩周期、振蕩頻率、振蕩電流和振蕩電壓特性等，為研究防止振蕩對策、改進繼電保護和自動儀提供依據。

1.5 根據錄取的波形圖和數據，可以準確評價繼電保護和自動儀工作的正確性，特別是在發生轉換性故障時更是如此。

1.6 借助故障錄波儀提供的波形和數據，不僅可反映用于核對系統參數和短路電流計算值，而且還可實測系統參數，對理論上計算的系統參數進行必要的修正。

所以說智能故障錄波儀對保證電力系統安全運行有十分重要和顯著的作用，同時，還可積累運行經驗，提高系統運行水平。故，故障錄波儀是電力系統中必不可少的裝置，通過它的廣泛使用，可以保證系統的正常平穩運行，并為不斷改進系統提供了依據。

2 智能故障錄波的實現方式

智能故障錄波儀的主要部分是錄波器，根據錄波原理的不同，可分為光電式錄波器、采用計算機技術的便攜式故障錄波器和基于單片機的電力系統智能故障錄波儀。目前廣泛使用的是基于單片機的智能錄波儀。其特點是系統運行穩定可靠，運算速度快、計算精確、設備移動方便、組網靈活等特點，具有良好的發展前景。

針對智能故障錄波儀，電力現場故障錄波可以根據需要采用兩種方式實現：

2.1 配置專用智能故障錄波儀并能與就地監控系統通信，傳輸給遠方調度；

圖1 錄波圖

2.2 由智能保護儀兼作記錄及測距計算，在將數字化的波形及測距結果送監控系統，由監控系統存儲并打印波形。

3 智能故障錄波圖能夠提供的信息

（1）記錄故障電流和故障電壓以及頻率等量的變化過程

（2）記錄保護動作時間和故障切除時間

（3）顯示出現故障的電氣設備和故障類型

（4）顯示自動重合閘重合時間以及是否重合成功

（5）顯示直流是否正常，是否接地、短路

（6）詳細的繼電保護動作情況

（7）完成附屬功能

4 分析錄波圖的基本方法

（1）分析判斷系統發生了何種類型的故障，故障存在的時間。

（2）以故障相電壓或電流的過零點為相位基準，確定故障態各相電流電壓的相位關系（注意選取相位基準時應躲開故障開始及故障結束部分，因為這兩個區間存在非周期分量較大，電壓電流夾角由負荷角轉換為線路阻抗角跳躍較大等情況，分析容易出錯）。

（3）以某一相電壓或電流的過零點為相位基準，查看故障前電流電壓相位關系是否正確，是否為正相序？負荷角是多少度？

（4）繪制向量圖，進行分析。

5 結語

電力系統故障分析一直是國內外熱門的研究課題，具有重要的理論價值和很強的應用性。故障分析的目的是確定故障原因，找出故障元件，以便有關部門能夠對故障快速處理盡快恢復供電。電力系統中的各種設備隨著科學技術的發展而在不斷地發展，電力系統設備的性能也得到了極大提高。為了能夠對電力系統發生的各種故障能夠做到迅速全面的檢測并做出對應的解決措施，需要融合各種診斷方法，進行不斷地深入地探討研究，并結合實際對其檢測數據進行處理分析。相信通過將計算機專家系統和模糊控制相結合應用在故障診斷系統將是未來發展趨勢。

[1]劉萬順.電力系統故障分析[M].北京：中國電力出版社，1998，11：10-19

[2]李陽春，鄭金輝等.電力系統故障綜合信息處理系統[J].繼電器，2001，29(5)：5l-54

[3]電力系統繼電保護和安全自動儀技術規程.（GB14285-1993)

[4]電力系統故障錄波儀國家標準

Analysis of microcontroller-based intelligent power system fault analyzer

intelligent power system fault analyzer is a data acquisition recording device，it can change system voltage，current, frequency of abnormal and normal condition of the recording system. Data recorded in the case of the normal operation of power systems for the analysis of the application of electrical energy in the normal operation of the power system plays an important role；fault stage record data for failure analysis of power systems，as well as help to find fault occurred the related fault accident，which rapidly processing plays a key role.

power system；fault wave；recording instrument

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.07.055