電能質(zhì)量檢測與記錄系統(tǒng)研究概述

孫劍濤

【摘 要】電力工業(yè)是關(guān)系到國計民生的支柱產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中具有非常重要的地位。隨著人們生活水平的不斷提高，電能已成為現(xiàn)代化生產(chǎn)的主要動力，它在國計民生中日益顯示出舉足輕重的作用。因此，保證電力系統(tǒng)安全可靠地運行和電能的質(zhì)量具有很重要的意義。電能質(zhì)量檢測與記錄系統(tǒng)是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時能自動記錄的一種裝置，它可以記錄因短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量，如有功、無功以及系統(tǒng)頻率的全過程變化現(xiàn)象。本文借助高性能嵌入式處理器及高速數(shù)字信號處理器（DSP），以《220～500kV電力系統(tǒng)故障動態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》為基礎(chǔ)對電能質(zhì)量檢測與記錄系統(tǒng)展開研究，以達(dá)到對數(shù)據(jù)檢測精度、記錄存儲能力、系統(tǒng)實時性、系統(tǒng)穩(wěn)定性越來越高的要求。

【關(guān)鍵詞】電力工業(yè)；電能質(zhì)量檢測；記錄裝置

0 引言

電能質(zhì)量檢測與記錄裝置是研究現(xiàn)代電網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是評價繼電保護(hù)動作行為及分析設(shè)備故障性質(zhì)和原因的重要依據(jù)，性能優(yōu)良的故障錄波裝置[1]對于保證電力系統(tǒng)安全運行及提高電能質(zhì)量起到了重要的作用。電能質(zhì)量檢測與記錄裝置已成為電能質(zhì)量檢測與記錄動態(tài)過程必不可少的精密設(shè)備，其主要任務(wù)是記錄系統(tǒng)大擾動如短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等發(fā)生后的有關(guān)系統(tǒng)電參量的變化過程及繼電保護(hù)與安全自動裝置的動作行為。

1 電力系統(tǒng)故障及危害

電能生產(chǎn)的特點是具有連續(xù)性、不能中斷、也不能儲存，因此，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用是在同一時間內(nèi)完成的。生產(chǎn)、輸送、分配、使用電能的發(fā)電廠、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和電力用戶組成的整體就是電力系統(tǒng)[2]。電力系統(tǒng)故障是指系統(tǒng)中某一元件的正常運行狀態(tài)遭到破壞。發(fā)生故障后一般會引起電流的增大，電壓和頻率的降低或升高，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備和用戶的正常工作遭到破壞。最常見也是最危險的故障是各種類型的短路。

故障分瞬時性故障和永久性故障兩種。所謂瞬時性故障是指故障設(shè)備斷開電源后，故障點的絕緣強度能夠自行恢復(fù)。例如，大風(fēng)引起樹枝碰線等，如果重新將此線路合閘，線路將能恢復(fù)運行。永久性故障是指斷開電源之后，故障仍然存在，如絕緣子的擊穿或損壞，線路倒桿，變壓器或電機絕緣損壞引起的匝間短路等等，這類故障在排除之前，是不可能很快恢復(fù)正常運行的。

電力系統(tǒng)故障的危害主要表現(xiàn)在以下各方面：

（1）系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大幅度下降，使用戶的正常工作遭到破壞，嚴(yán)重時，可能引起電壓崩潰，造成大面積停電。

（2）短路電流產(chǎn)生的電弧，燒壞故障設(shè)備。

（3）短路電流可達(dá)到額定值的幾倍至幾十倍。很大的短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動力，使故障支路的電氣設(shè)備遭到破壞或損傷，從而縮短使用壽命。

（4）破壞電力系統(tǒng)各發(fā)電廠之間并列運行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，甚至造成整個電力系統(tǒng)的瓦解。

2 電力系統(tǒng)對故障錄波的技術(shù)要求

《220～500kV電力系統(tǒng)故障動態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》中規(guī)定電力系統(tǒng)對故障錄波的技術(shù)要求[3]：

（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大擾動，包括在遠(yuǎn)方故障時，能自動地對擾動的全過程按要求進(jìn)行記錄，并當(dāng)系統(tǒng)動態(tài)過程基本終止后，自動停止記錄。

（2）存儲容量應(yīng)足夠大，當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)發(fā)生大擾動時，應(yīng)能無遺漏地記錄每次系統(tǒng)大擾動發(fā)生后的全過程數(shù)據(jù)，并按要求輸出歷次擾動后的系統(tǒng)電參數(shù)（I、U、P、Q、f）及保護(hù)裝置和安全自動裝置的動作行為。

（3）所記錄的數(shù)據(jù)可靠安全、滿足要求、不失真。其記錄頻率（采樣頻率）和記錄間隔（連續(xù)或間隔一定時間記錄一次），以每次大擾動開始時為標(biāo)準(zhǔn)，宜分時段滿足要求。其選擇原則是：

（a）適應(yīng)分析數(shù)據(jù)的要求。

（b）滿足運行部門故障分析和系統(tǒng)分析的需要。

（c）盡可能只記錄和輸出滿足實際需要的數(shù)據(jù)。

（d）各安裝點記錄及輸出的數(shù)據(jù)，應(yīng)能在時間上同步，以適應(yīng)集中處理系統(tǒng)全部信息的要求。

3 電能質(zhì)量檢測與記錄裝置的基本要求

電力系統(tǒng)的動態(tài)記錄分三種不同的功能。

3.1 高速故障記錄

要求記錄因短路故障[4]或系統(tǒng)操作引起的、由線路分布參數(shù)與作用在線路上出現(xiàn)的電流及電壓暫態(tài)過程，主要用于檢測新型高速繼電保護(hù)及安全自動保護(hù)裝置的動作行為，也可用以記錄系統(tǒng)操作過電壓和可能出現(xiàn)的鐵磁諧振現(xiàn)象。其特點是：采樣速度高，一般采樣頻率不小于5Hz；全程記錄時間短，一般不大于1s。

3.2 故障動態(tài)過程記錄

記錄因大擾動引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量，如有功功率、無功功率[11]以及系統(tǒng)頻率的全過程變化現(xiàn)象。主要用于檢測繼電保護(hù)與安全自動裝置的動作行為，了解系統(tǒng)暫態(tài)過程中系統(tǒng)中各電參量的變化規(guī)律，校核電力系統(tǒng)計算程序及模型參數(shù)的正確性。其特點是采樣速率允許較低。一般不超過1.0kHz，但記錄時間長，要直到暫態(tài)和頻率大于0.1Hz的動態(tài)過程基本結(jié)束時才終止。已在系統(tǒng)中普遍采用的各種類型的故障錄波器及事件順序記錄儀均屬于此一類。

3.3 長過程動態(tài)記錄

在發(fā)電廠，主要用于記錄諸如汽流、汽壓、汽門位置，有功及無功功率輸出，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或頻率以及主機組的勵磁電壓；在變電所，則用于記錄主要線路的有功潮流、母線電壓及頻率、變壓器電壓分接頭位置以及自動裝置的動作行為等。其特點是采樣速率低（數(shù)秒一次），全過程長。

4 總結(jié)

本文對電能質(zhì)量檢測與記錄系統(tǒng)展開研究，從電力系統(tǒng)故障及危害、電力系統(tǒng)對故障錄波的技術(shù)要求、國內(nèi)外電能質(zhì)量檢測與記錄裝置的比較、電能質(zhì)量檢測與記錄裝置的基本要求、電力系統(tǒng)動態(tài)過程記錄的要求幾方面加以闡述，進(jìn)而達(dá)到進(jìn)一步提高電能質(zhì)量檢測與記錄系統(tǒng)性能的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張志剛，王憲杰.多通道高速數(shù)據(jù)采集故障錄波裝置[J].電測與儀表，2002，39（3）：17-21.

[2]任雁銘.變電站計算機通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2000.

[3]劉輝，張桂枝，樂秀播.基于DSP的雙處理器微機保護(hù)[J].河海大學(xué)學(xué)報，2001， 29（3）：60-64.

[4]李鈺.新型發(fā)電機變壓器組故障錄波裝置的研究[D].保定：華北電力大學(xué)， 2006.

[5]Hdialgo R M， Femandez J G， et al. A simple adjustable window algorithm to improve FFT measurements[J]， IEEE Trans. On IM， 2002， 51（1）： 31-36.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]