便攜式故障錄波器帶電安裝裝置

金海晨 鄭晟 陳顯來(lái) 鄭賢舜

【摘 要】配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)故障錄波的波形和數(shù)據(jù)，可以正確分析事故原因，幫助尋找故障點(diǎn)，可以正確評(píng)價(jià)繼保和自動(dòng)裝置的動(dòng)作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。便攜式故障錄波器帶電安裝裝置能夠?qū)崿F(xiàn)便攜式故障錄波器帶電、安全、方便、快捷的安裝和拆除，則可以在有需要時(shí)及時(shí)方便的調(diào)取波形，分析實(shí)際故障情況，查找原因和存在的問(wèn)題，以便更快速、準(zhǔn)確地解決配網(wǎng)的問(wèn)題，提升配網(wǎng)的分析水平和實(shí)際運(yùn)行可靠性。

【關(guān)鍵詞】帶電安裝 故障錄波 電力設(shè)備 嵌入式系統(tǒng)

近年來(lái)，隨著浙江經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工業(yè)用電、城鎮(zhèn)居民及商業(yè)用電量不斷上升。用戶對(duì)電力的需求已不僅僅滿足于有電用，而且要求用高質(zhì)量的電，享受更好的服務(wù)。然而，目前大部分配電網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有配置故障錄波記錄裝置，往往故障時(shí)不能快速查找故障原因，而引發(fā)上一級(jí)保護(hù)動(dòng)作，擴(kuò)大了故障范圍，因此如何不停電加裝便攜故障錄波，通過(guò)故障錄波的波形和數(shù)據(jù)，正確分析事故原因，幫助尋找故障點(diǎn)，正確評(píng)價(jià)繼保和自動(dòng)裝置的動(dòng)作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，了解系統(tǒng)運(yùn)行情況，對(duì)提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有重要意義[1]。

1 裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

便攜式故障錄波器帶電安裝裝置系統(tǒng)由獨(dú)立電源、傳感器插件、開關(guān)量、GPS對(duì)時(shí)、ADSP插件和CPU插件組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-a、原理如圖1-b所示。

圖1 裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理圖

獨(dú)立電源為各個(gè)插件提供額定電源電壓；傳感器插件實(shí)現(xiàn)對(duì)高電壓和大電流的隔離，將電壓和電流變換為錄波器內(nèi)部可以接收的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)帶電采集回路電流信號(hào)；開關(guān)量接收電力系統(tǒng)輸入的開關(guān)量信號(hào)，對(duì)開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行輸入輸出隔離，形成安全開關(guān)信號(hào)；GPS對(duì)時(shí)采用硬件脈沖和IGIR-B碼對(duì)時(shí)方式實(shí)現(xiàn)錄波器與GPS時(shí)鐘同步；ADSP插件接收模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)，接收開關(guān)量提供的安全開關(guān)信號(hào)，接收對(duì)時(shí)信號(hào)，完成信號(hào)采集，啟動(dòng)判據(jù)，GPS對(duì)時(shí)等；CPU插件接收ADSP插件發(fā)送的錄波數(shù)據(jù)，運(yùn)行嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks[2]，完成錄波數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、通信、分析等。

2 裝置功能介紹

便攜式故障錄波器帶電安裝裝置包括獨(dú)立電源、傳感器插件、開關(guān)量、GPS對(duì)時(shí)、ADSP插件和CPU插件；

（1）獨(dú)立電源，用于給各個(gè)插件提供額定電源電壓，使得每個(gè)插件正常工作。

（2）傳感器插件，用于將高電壓或大電流與錄波器設(shè)備隔離，避免錄波器故障影響到一次設(shè)備，將電壓或電流信號(hào)變換為錄波器內(nèi)部AD變換可以接收的5V信號(hào)，帶電采集回路電流信號(hào)。

（3）開關(guān)量，用于接收電力系統(tǒng)輸入的開關(guān)量信號(hào)，對(duì)開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行輸入輸出隔離，形成安全開關(guān)信號(hào)傳輸給ADSP插件。

（4）GPS對(duì)時(shí)，用于接收電力系統(tǒng)輸入的GPS對(duì)時(shí)信號(hào)，采用硬件脈沖和IRIG-B兩種對(duì)時(shí)方式實(shí)現(xiàn)與GPS始終同步，并向ADSP插件（5）提供對(duì)時(shí)信息。

（5）ADSP插件，用于接收傳感器插件發(fā)送的模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)，接收電力系統(tǒng)輸入的開關(guān)量提供的安全開關(guān)信號(hào)，并接收電力系統(tǒng)輸入的GPS對(duì)時(shí)提供的對(duì)時(shí)信號(hào)，完成數(shù)據(jù)采集，啟動(dòng)判據(jù)，GPS對(duì)時(shí)，向CPU插件傳輸錄波數(shù)據(jù)，并接收CPU插件提供的定值信息。信號(hào)采集原理如圖2所示。

（6）CPU插件，用于接收ADSP插件發(fā)送的錄波數(shù)據(jù)，運(yùn)行嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks，完成錄波數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、通信、分析，向ADSP插件發(fā)送定值信息。

3 裝置技術(shù)特點(diǎn)

信號(hào)采集與啟動(dòng)計(jì)算采用單DSP構(gòu)架，由1片DSP實(shí)現(xiàn)32路模擬量，32路開關(guān)量的接入；同時(shí)采用新型電路結(jié)構(gòu)和75000門大規(guī)模可編程邏輯器件，集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

（1）32位高速浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），16位A/D，采樣速率10kHz可調(diào)，諧波分辨率≤99次，開關(guān)事件分辨率0.1ms。裝置設(shè)計(jì)的信號(hào)采集速率不低于10000次/秒，每通道采用獨(dú)立ADC，由FPGA控制各通道的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換結(jié)果保存到FPGA內(nèi)部RAM中，在轉(zhuǎn)換完成后啟動(dòng)高速DMA數(shù)據(jù)傳送。

（2）采用高性能實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)VxWorks，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，實(shí)時(shí)性好。

（3）錄波數(shù)據(jù)二存儲(chǔ)：錄波數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在32位CPU和管理機(jī)上，大大地提高了數(shù)據(jù)的安全性。

（4）數(shù)據(jù)記錄采用A-B-C段方式，A、B、C段全部采用采樣值記錄，摒棄了傳統(tǒng)的D、E低采樣率和有效值記錄段，從而全部數(shù)據(jù)可以進(jìn)行相量圖分析和阻抗分析，大大地提高了數(shù)據(jù)的可用性。

（5）支持長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)紀(jì)錄，裝置能以1KHz的采樣值連續(xù)記錄，記錄數(shù)據(jù)以7天為周期刷新，數(shù)據(jù)保持時(shí)間只受通道數(shù)和存儲(chǔ)器容量限制，摒棄了傳統(tǒng)的一周波一個(gè)點(diǎn)的有效值慢掃描記錄。

（6）不定長(zhǎng)動(dòng)態(tài)錄波和故障測(cè)距，金屬性短路的測(cè)距精度優(yōu)于2%。啟動(dòng)判據(jù)種類齊全，在各種短路、接地故障和其它異常工況下靈敏啟動(dòng)錄波。

（7）強(qiáng)大的計(jì)算和分析能力（電壓、電流的幅值、峰值、有效值、頻率計(jì)算，有功、無(wú)功功率計(jì)算，功角、相角測(cè)量，相量、序量和諧波分析）。

（8）公式編輯器可生成各種電量及其導(dǎo)出量的波形圖，并可動(dòng)態(tài)觀察其隨時(shí)間變化的軌跡，真實(shí)地再現(xiàn)故障全過(guò)程。

（9）支持多種對(duì)時(shí)方式，包括接點(diǎn)脈沖對(duì)時(shí)、IRIG-B碼對(duì)時(shí)、網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)等，并支持對(duì)時(shí)方式組合及雙向?qū)r(shí)。可以完全脫離管理機(jī)獨(dú)立工作。

（10）錄波數(shù)據(jù)格式自動(dòng)轉(zhuǎn)換，可轉(zhuǎn)出COMTRADE 1999版或COMTRADE 1991版。先進(jìn)的抗干擾設(shè)計(jì)：采用8層PCB、SMD裝配和軟件容錯(cuò)技術(shù)，抗干擾能力達(dá)到GB/T14598規(guī)定的嚴(yán)酷等級(jí)為Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

便攜式故障錄波帶電安裝裝置適用于目前配網(wǎng)線路上的各類戶外線路，在有效的檢測(cè)配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)情況及變化同時(shí)，不會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的售電質(zhì)量產(chǎn)生影響。另外可以利用便攜式故障錄波帶電安裝裝置在不停電安裝的同時(shí)，在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)接入相應(yīng)的故障線路，以便更快的處理。便攜故障錄波器帶電安裝的接入方式和配網(wǎng)故障分析與測(cè)距是關(guān)鍵和技術(shù)難點(diǎn)，針對(duì)這些難點(diǎn)提供更可靠的解決方案，使其更方便、快捷、安全的解決配網(wǎng)問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳昊琳，張國(guó)慶，郭志忠.故障錄波器發(fā)展歷程及現(xiàn)狀分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，05：148-152.

[2]翁羽翔.基于VxWorks嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].同濟(jì)大學(xué)，2007.