FGL—3000C型發變組故障錄波器應用探討

陳斯斯　徐明虎　于霽

摘要：《國家電網公司十八項反措》5.16條指出：200MW及以上容量發電機必須裝設發變組專用故障錄波器，并且保證裝置的可靠性和穩定性。文章分解了FGL-3000C型錄波裝置的硬件結構，其數據采集單元以高速浮點處理器TMS320C6713為運算核心，以CPLD為控制和邏輯核心；介紹了該裝置的軟件配置，軟件界面操作簡單，可按照需要進行各種故障分析。

關鍵詞：故障錄波器；發變組；錄波裝置；采集單元；高速浮點處理器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）13-0056-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.026

1 概述

目前，國內運行20年左右200MW、300MW機組普遍安裝了較早時期的故障錄波器，其技術仍停留在相對比較落后的水平上，我廠三號機為哈爾濱電機廠生產的三級勵磁發電機，由于發電機是發電廠最復雜的設備，故障或異常時必須真實地反映發電機和變壓器各參量的變化情況，不僅需要記錄發電機的定子電壓、電流，而且還要記錄發電機轉子電壓、電流，即勵磁系統各直流參量的變化情況。原FG-2型發變組故障錄波器已運行15年以上，鑒于當時條件所限，裝置硬件及軟件設計上均有不足，采樣頻率和傳輸速度及工控機的配置都比較低，只可連續完整記錄3次連續故障錄波數據，模擬量、開關量路數較少，很多數據量沒有接入，已很難滿足現代穩定、可靠運行的要求。另外，由于裝置運行時間較長其故障率升高，經常出現死機，裝置插件損壞率高，維護費用及工作量增加，裝置的備件更換工作已非常困難，已影響到設備的正常運行，應對原有設備進行改造更新。

在發電機大修、更換勵磁調節器或故障后重新啟機前，要進行一些必要的電氣試驗，如空載試驗、短路試驗等。傳統的方法試驗要重新接線，接入表計多，讀表人數多，而后還要進行折算、繪制試驗曲線、整理試驗報告等工作，不僅數據誤差大，而且費時費力。原裝置雖然也有上述的個別試驗功能，但是其精度和參數設置等已遠遠落后于最新一代的FGL-3000C型發變組錄波器。該系統的試驗功能，只需一人通過微機操作就能完成全部試驗，縮短了試驗時間，節省了燃料，同時不需重新接線，減少了人工失誤及其附帶問題的發生，提高了工作效率和測量精度，實現了電氣試驗自動化。

2 FGL-3000C錄波器的技術特點

2.1 全嵌入式分布式結構

裝置由兩個機箱組成，每一機箱由數據單元獨立完成96路模擬量、128路開關量的采集。機箱之間通過通訊線連接，模擬量信號和開關量信號從背板傳輸，不通過信號線，抗干擾能力強。數據采集單元以高速浮點處理器TMS320C6713，為運算核心，以CPLD為控制和邏輯核心，結合板上多路同步A/D，完成48路模擬量和64/128路開關同步采集，采樣頻率可達10K/S。管理單元采用高性能、低功耗、無風扇的工控模塊，完成多路數據采集單元的數據采集、處理、存貯等，硬件具有看門狗模塊，可靠性好。

2.2 系統性能先進、可靠性高

系統的數據采集單元采集頻率高、運算功能強、計算精度高，浮點DSP結合CPLD使模擬量和開關量采集頻率達到10K以上，DSP可實時完成全部模擬量通道每周波200點的傅里葉計算，計算精度高。系統采用全插件式結構，結構可靠，管理單元為無風扇低功耗式CPU模塊，使系統的可靠性大為增強。

2.3 豐富的軟件功能

本裝置的軟件功能豐富，除包括傳統錄波器錄波功能外，還包括其他一些實用的軟件功能，具體如下：

2.3.1 發電機變壓器組故障錄波。故障錄波是本裝置最強大的功能之一，它能在故障情況下自動啟動，對所輸入的模擬量及其派生量、開關量進行記錄，并有專用的故障分析軟件進行故障分析，查找故障類型及其起因，并能存盤打印。

2.3.2 發電機電氣試驗。裝置能夠完成發電機啟動過程中如下電氣試驗：發電機空載試驗、短路試驗；主勵磁機空載試驗、負載試驗；發電機零起升壓、±10%階躍及滅磁等勵磁調節器動態試驗；同期試驗；自定義的其他試驗。在發電機進行電氣試驗時，不影響故障錄波功能。此項功能是將試驗數據、報表、參數計算和曲線繪制等工作通過計算機自動完成，大大提高了數據的準確性和工作效率。

2.3.3 運行監測功能。對所有模擬量及其派生量、開關量進行在線監視，同時可與其他網絡系統或局域網聯接，實現數據共享。

3 FGL-3000C裝置技術指標

3.1 精度指標

模擬量采樣頻率：10kHz；開關量事件分辨率：0.1ms；A/D轉換器精度：16bit；有效值精度：0.2級；諧波分辨率：50次以上；測距精度：金屬性短路優于2%。

3.2 啟動方式

開關量啟動（變位、斷開、閉合）；模擬量突變啟動；模擬量越上限啟動；模擬量越下限啟動；派生量突變啟動；派生量越上限啟動；派生量越下限啟動；電流變差啟動；手動啟動；遠程啟動。

3.3 錄波數據記錄方式

3.3.1 模擬量采樣方式。故障啟動后，裝置按圖1的方式對故障數據分段記錄：

A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，采樣頻率10kHz、5kHz，記錄時間≥0.2s。B時段：系統大擾動后的狀態數據，輸出高速原始記錄波形，采樣頻率10kHz、5kHz，記錄時間≥0.2s。C時段：系統動態過程數據，輸出低速原始記錄波形，采樣頻率1kHz，記錄時間≥2s。D時段：系統動態過程數據，每0.1s輸出一個工頻有效值，記錄時間≥20s。E時段：系統長過程的動態數據，每1s輸出一個工頻有效值，記錄時間≥600s。

3.3.2 錄制方式。錄制方式可分為非振蕩故障錄制和特殊記錄方式。非振蕩故障錄制即一次啟動且僅有一次故障，符合啟動錄波條件規定的任一條件時自動啟動，自S時刻開始按A→B→C→D時段順序錄波或者重復啟動，在已經起動記錄的過程中，進行至C時段后，如又遇電壓突變量啟動或斷路器啟動，則在該啟動時刻開始重新從S時刻開始按A→B→C→D時段順序重復錄波，亦或者自動終止記錄條件，同時符合如下條件時，則自動停止記錄：記錄時間>4s或所有啟動量全部復歸。特殊記錄方式即如果出現系統振蕩，則由S時刻開始沿A→B→C→D→E順序錄波，直至所有啟動量振蕩停止或E段錄波時間滿20min。

4 FGL-3000C裝置的原理

4.1 系統原理

模擬量通過模擬量單元輸入，經過背板進入DSP數據采集單元，開關量通過開關量單元輸入，經過背板進入DSP數據采集單元。DSP數據采集單元以10K/s的采集頻率對模擬量和開關量進行采集，并保存到緩沖區。數據采集單元可達2個，數據采集單元間有脈沖信號線連接，以保證兩塊DSP的所有通道采集同步。數據采集單元通過高速通訊總線傳送數據到管理單元。管理單元負責實時接收數據采集單元傳送波形及計算數據，實時顯示監測結果、波形，實時記錄穩態數據，根據故障判據識別故障并錄制暫態故障波形。管理單元同時負責人機界面（鍵盤、鼠標、液晶等）、打印輸出等。

4.2 開關量通道原理

5 系統軟件的一般設置與使用

5.1 通訊配置

通訊配置用于配置設備（錄波器）的通訊方式（指主機與采集裝置間的通訊），對于本錄波器，通訊配置設置以下項：

5.1.1 通訊名稱：為通訊取名稱，名稱任意，這里取“采集單元”即可。

5.1.2 通訊類型：通訊類型選自定義項，其他屬性不用設置。

5.2 運行配置

5.2.1 通道板個數：采集單元數，即機箱數，為2個。

5.2.2 采集頻率：設置DSP采集單元的模擬量和開關量采集頻率，為10K。

5.2.3 顯示方式：設置顯示方式為一次值或二次值。

5.2.4 頻率自適應：設置裝置是否隨系統頻率變化，而改變采樣時間間隔，為“否”。

5.3 數據分析

故障曲線的分析，選擇欲分析的曲線量，可選擇多個曲線量同時分析。由于該軟件的操作簡單靈活，和家庭電腦的操作類似，工具欄內有快捷方式，錄波啟動后事件直接在桌面顯示，雙擊鼠標即可打開故障數據，即可按照需要進行各種故障分析。

6 結語

遼寧華電鐵嶺發電有限公司三號機組安裝了FGL-3000C型故障錄波器，共接入發電機機端和中性點定子電流、主變高壓側電流和電壓、一個半斷路器接線的兩個開關電流、高廠變高壓側和兩個分支電流和電壓、主勵磁機電流、發電機機端兩組電壓、轉子直流電流和直流電壓等模擬量，開關位置和發變組保護動作接點等72路所需監視的開關量，所接入的量是原來的兩倍。FGL-3000C型錄波器從2012年10月機組大修安裝以來，在起機試驗中，成功地錄取了發電機短路試驗及空載試驗的波形，同時監測的模擬量和開關量都真實地反映了機組的運行狀態，為機組和系統安全穩定運行起到了積極作用。

參考文獻

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（責任編輯：蔣建華）