基于COMTRADE錄波文件的單端離線測距方法

王力+趙德基+劉裕樺

摘要：目前對COMTRADE文件的分析主要是繪制圖形展示和進行諧波分析等。本文提出了使用計算機程序對COMTRADE文件中的數據進行提取分析，結合輸電線路測距原理及算法，計算出故障距離的新思路。

關鍵詞：COMTRADE文件；離線；單端測距

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0078-04

COMTRADE文件是IEEE在1991年提出的“電力系統瞬態數據交換的通用格式”標準，以解決微機測試裝置、數字故障錄波裝置、數字保護之間數據交換問題，并在1999年進行了完善和修訂。

輸電線路故障測距是在線路發生故障時對故障數據進行分析，得到故障發生點至保護安裝處的距離，從而能及時找到故障發生點，達到修復故障線路、保證輸電的穩定性的目的，對電力系統的穩定經濟運行有重要的意義。

目前對COMTRADE文件的分析主要包括圖形繪制和諧波分析，本文使用計算機程序對COMTRADE文件中的數據進行提取分析，結合輸電線路測距算法，計算出故障距離，不失為一種新的COMTRADE文件數據處理的新思路。

1 COMTRADE文件

COMTRADE文件由“標題文件（.HDR）”、“配置文件（.CFG）”、“數據文件（.DAT）”、“信息文件（.INF）”組成。其中“配置文件”和“數據文件”是必須的，“標題文件”和“信息文件”是可選的。

1.1 COMTRADE文件組成

由于1999版本的COMTRADE文件能兼容1991版本的文件，兩者區別也僅在于配置文件中的變比和P/S標志說明，因此以下僅對1999版本的文件結構做介紹。COMTRADE包含標題文件、信息文件、配置文件和數據文件。

1.2 標題文件

標題文件中數據的目的是打印或者是供使用者閱讀的。其中內容沒有固定的格式，可以隨意的包含任何信息。標題文件采用ASCII編碼，使用“.HDR”后綴。是可選文件。

1.3 信息文件

信息文件是文件創建者給其他人提供的除有用信息之外的附加信息。內容沒有固定格式。信息文件采用ASCII編碼，使用“.INF”后綴，是可選文件。

1.4 配置文件

配置文件以ASCII格式編碼，功能是為相應的DAT數據文件數據結構進行說明。配置文件中有固定的記錄格式，在2.1節中有講解。是必須文件。

1.5 數據文件

數據文件可以是ASCII編碼或者Binary編碼，數據存儲格式需要嚴格按照配置文件中規定的格式填寫。在2.1節中有具體說明。是必須文件。

2 COMTRADE文件結構

現僅對“配置文件”和“數據文件”文件結構進行說明。

2.1 配置文件

配置文件以”行”為單位進行數據交換，每一行的末尾以結尾，每行的數據以英文逗號分割，若對應的數據沒有逗號也需要保留，且逗號間不能有空格。

配置文件統一格式如下所示：

station_name，rec_dev_id，rev_year

TT，##A，##D

An，ch_id，ph，ccbm，uu，a，b，skew，min，max，primary，secondary，PS

Dn，ch_id，ph，ccbm，y

Lf

nrates

samp，endsamp

dd/mm/yyyy，hh：mm：ss.ssssss

dd/mm/yyyy，hh：mm：ss.ssssss

ft

2.2 數據文件

COMTRADE數據文件有兩種編碼形式分別為“ASCII”和“Binary”，一般來說兩種編碼格式可以相互轉換。

數據文件中包含采樣點數、采樣時間、模擬量通道值、數字量通道值。

2.2.1 ASCII編碼

ASCII編碼的數據文件以“逗號間隔格式”存儲數據，每個完整數據之后用分隔。數據存儲格式如下：

n， timestamp， A1， A2，…，Ak， D1， D2，…，Dm

含義如下：

n采樣數。必須，整型，最小值1，最大值9999999999；

timestamp采樣時間。整型，最小長度1，最大長度10。單位毫秒。

A1， A2，…，Ak 模擬通道數據，用逗號隔開。非必須，整型，最小值-99999，最大值99998。

D1， D2，…Dm 開關量通道數據，用逗號隔開。非必須，整型，長度為1字符，值為0或者1。

2.2.2 Binary編碼

Binary編碼的數據存儲與ASCII編碼相同的字段，有采樣數、采樣時間、模擬量通道數據、開關量通道數據。但是數據之間沒有用逗號分隔，在每個完整數據之后也沒有。

Binary數據文件采用LSB/MSB記錄數據，也即是低字節放前面，高字節放后面。

數據存儲格式如下：

n timestamp A1 A2…Ak S1 S2…Sm

含義如下：

n采樣點數。長度4個字節，最小值是00000000，最大值是FFFFFFFF；

timestamp采樣時間。長度4個字節，最小值是00000000，最大值是FFFFFFFF；

A1 A2...Ak模擬通道數值。長度2字節，最小值8001（-32767），最大值7FFF（32767），缺少的數據用8000填充，正數以原碼表示，負數以補碼表示；

S1 S2...Sm開關通道數值。長度2字節，每兩個字節可以描繪16個通道的開關狀態。狀態保存時，低位在前，高位在后。例如六個通道的開關量狀態為（0、0、0、0、1、1），將被儲存為110000，用0補充高位成16位，則變為0000 0000 0011 0000，即00 30，然后采用LSB/MSB的DOS標準格式儲存為30 00。

注：每個采樣所占用的字節數為。其中4代表用于記錄采樣點數和采樣時間的字節數，是模擬量通道數量，表示開關量通道數除以16之后上取整。

3 單端測距算法

3.1 單端測距原理

因為要分析的COMTRADE文件是單側變電站提供的，因此本文采用的測距算法是單端量法。單相系統故障原理如圖1所示。

假設端為測量端，則測量阻抗可表示為：

3.2 故障啟動算法

故障啟動主要是用來判斷故障發生的時刻，使得啟動程序開始運行。本文采用的是型如的算法，這種算法受頻率變化較小[6]。

3.3 故障選相算法

在故障選相中主要有突變量電流選相和對稱分量選相兩種方法。突變量電流選相在故障初始階段有較高的靈敏性，對稱分量選相在非故障初始階段也能保證較好的選相準確性[5]。為了計算方便，本文采用的是相電流差突變量選相算法。其流程如圖2所示。

4 離線測距流程

離線測距流程思路主要是通過程序讀取CFG文件配置，再讀取DAT文件數據至計算機內存中，然后使用測距算法取得需要的數據進行測距計算。

其流程如圖3所示。

5 離線測距結果與現場結果對比分析

通過分析兩個電站主一主二保護提供的4份COMTRADE文件，使用“單電源法”和“雙電源法”計算測距結果，對比結果如表1至表4。

通過以上表格數據可以發現，測距差最小的是0.899%，誤差較大的是9.785%。誤差較大的原因是因為算法使用的是COMTRADE文件中的數據，此數據受記錄儀器影響較大，會引入儀器誤差。但是若COMTRADE文件數據受影響較小，測距結果也相對準確。在實際中，在有些廠站保護不提供測距結果的時候也能提供較為準確的故障距離。

6 結語

本文通過分析電力系統數據交換COMTRADE文件格式，對其中數據進行讀取，使用單端測距原理對記錄的數據進行測距分析，提出了根據COMTRADE文件進行離線測距的新思路。根據離線分析的結果可以在現場保護裝置沒有給出測距結果的情況下給工程人員巡線檢查參考。

本文使用單端測距算法計算出故障距離，通過本文的思路還可以使用其他的算法來對錄波數據進行分析，得出多個測距結果，再使用計算機的數據處理能力對測距結果進行分析，得出更為準確的測距結果。

參考文獻

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