基于故障錄波的大數據研究

摘 要：故障錄波器是一種在電力系統發生故障時，記錄整個故障動態過程各種電氣量變化的自動裝置。現簡要闡述了故障錄波器的總體設計原理，分析了故障錄波數據的應用與存在的問題，對故障錄波器的發展前景進行了展望，為技術人員快速、精準地判斷故障原因并快速排除故障，及時恢復供電提供了幫助。

關鍵詞：故障錄波;大數據;設計原理;發展前景

0 引言

作為一種事故記錄與分析設備，電力故障錄波裝置被廣泛應用于電力系統中。按照功能可將這一裝置分成錄波數據采集與分析部分。前者是指將系統故障發生后的相關系統電氣量變化過程記錄下來;后者是指通過數據分析幫助技術人員分析故障原因，確定相應的故障解決方案，提供相應的工具，進而為現場繼電保護的技術人員正確分析事故原因、研究對策、處理故障等提供有力支持，便于技術人員快速、精準地判斷故障原因并快速排除故障，及時恢復供電。

1 故障錄波器的總體設計原理

電網正常運行情況下，故障錄波器只收集與緩存系統錄波數據。當系統發生故障時，故障錄波器就會對故障發生前后的系統數據進行記錄，根據故障錄波器的存儲容量，一般可以記錄故障發生前后的電壓、電流等值的變化，然后為接下來的系統故障分析和系統改善提供有效依據，以便技術人員更加快速找出故障，并找到相應的解決方案，對系統進行改善。系統通過對故障錄波數據進行分析和處理，能夠讓工作人員了解故障發生的情況和故障發生的原因，并減少甚至避免此類故障的發生，減小故障發生后造成的經濟損失。相關人員對故障錄波數據的分析、處理、統計，對電網設備進行改進，可提升其穩定性。不僅如此，對故障錄波數據的分析還有利于有效預測故障的發生。目前故障錄波器常見的錄波啟動有很多方式，例如遠方控制啟動、開關量變位啟動、模擬量啟動、手動啟動等，其中，模擬量啟動又可分為直流電壓、電流突變量和越限量啟動，主變壓器中性點電流越限啟動，過激磁啟動、頻率突變量和越限量啟動，各相電壓、電流突變量啟動等。

2 故障錄波數據的應用與存在的問題

目前常見的故障錄波器是記錄電網線路的一些基本數據，例如電網的電壓、電流等，當線路發生故障時，把正常運行時的數據與故障發生時的錄波數據進行分析、處理、統計，隨后對故障類型與相別、電流以及電壓數值等情況進行判斷，進而為故障的修復與處理以及日后的維護起到一定作用。本文簡單例舉故障錄波數據在DS6000系統中的應用。

作為一種配網自動化系統，DS6000系統采用了先進的開發技術與理念，對省級、地級配網自動化較為適用。該系統利用功能強大、齊全、成熟的功能組件，建立了穩定的系統架構。

目前，國內使用最普遍、最頻繁的就是在儲存故障錄波數據時，使用ComTrade格式，該格式是IEEE標準電力系統暫態數據交換通用格式。每組包含的相關文件有4個，這些文件是指信息、數據、標題以及配置文件，每個文件都被劃分為具有不同等級的信息。

那么，分析故障錄波數據具體有什么作用呢？首先，對裝置記錄的各類信息進行分析，不但能快速對故障類型以及相別進行判斷，還能較為精準地對故障點進行計算，能夠快速排除故障，及時恢復供電，進而降低經濟損失。其次，信號中的諧波量可通過故障錄波數據進行檢測，進而對諧波的影響、變化規律進行分析;另外，還可用于計算序分量、短路容量。最后，可提供一些故障信息。在系統運行階段，會出現一種情況：一種故障尚未排除又出現其他故障或在非全相運行階段再度出現相似故障。此類情況發生于短期內，要想了解故障的類型轉換、非全相運行階段出現的事故情況等，就應使用故障錄波數據。

從中不難得知，在對電力系統故障進行分析時，故障錄波數據起到了關鍵作用，可通過數據對故障電流、相別與類型等進行精準判斷，在此基礎上思考對策以有效消除故障，以便后續改善電網設計方式，對潛在故障進行有效預測，從而避免類似故障再次發生，對電力系統的穩定運行起著重要作用。

就目前而言，故障錄波器在一般常規的變電站中可以良好運行，但問題在于，常規變電站和智能變電站所做出的通信規定存在一定差異，其數據表現形式也各不相同，在智能變電站中，常規故障錄波器無法將故障錄波作用發揮出來，在智能變電站中該裝置主要存在以下問題：第一，常規故障錄波器采用接線方式接入裝置，而在智能變電站中是一種模擬采樣值，屬于弱電信號，當采集量新增或采樣對象有所改變時，采集線路也應發生相應變化或增加。由此可見，常規故障錄波器難以用于智能變電站中。第二，因傳輸回路長度、形式存在一定差異，智能變電站中的網絡傳輸方式會產生傳輸時間延長等問題，加上數據處理的延長時間會因所使用的智能設備而異，數據差異將進一步增大，采集的數據難以同步，這就需要同步處理采樣數據。鑒于采用硬接線方式采集數據的常規錄波器可以通過電纜傳輸信息，因此其傳輸所產生的時間延誤無需考慮，可直接分析并使用數據，無需進行同步處理。之所以這種裝置無法用于智能變電站中，是因為它并無處理數據對時間進行同步的做法。第三，IEC 61850標準協議的使用使得網絡通信中的設備可進行互相操作，而對于大都采用DNP或IEC 60870-5-103通信規約的常規變電站而言，各廠家的規約存在一定變數，因此只有使用規約轉換器才能實現不同設備之間的信息互換，難以實現互相操作，所以常規故障錄波器在智能變電站中受到限制，無法使用。

3 故障錄波器發展前景

隨著大數據技術的發展，大數據蘊含著巨大的應用價值。通過對錄波數據的研究，可以改進現有的故障錄波器，國內的電力系統也隨著新一代智能電力系統的全方位建設而發展為全球規模最大的電力系統，在將來，我國將建立規模最大的“云計算”平臺，進而在時空等多個維度上為能源資源的調用與分配起到一定鋪墊作用。因此，傳統的故障錄波器已經不能適應當前需求，難以與當前需求保持同步，顯得較為滯后。通過對錄波數據的研究，從而改進現有故障錄波器，對實現電網故障智能診斷有著重要意義。

4 結語

長期以來電網故障診斷在事故后快速分析、盡快恢復供電等方面發揮著重要作用。由于電網操作增多、電網規模擴大，電網故障在所難免。因此，對故障錄波數據進行分析、處理，能夠為現場繼電保護的技術人員正確分析事故原因、研究對策、處理故障等提供有力支持，便于技術人員快速、精準地判斷故障原因并快速排除故障，及時恢復供電。在當前智能電網大數據環境下，故障錄波器作為實現智能電網自愈功能的高級應用，其對于電網故障診斷的重要性愈發突出。

[參考文獻]

[1] 王帥.智能變電站故障錄波器的設計[D].北京：華北電力大學，2015.

[2] 翟鐵久，董杰，董志平，等.分布式牽引供電故障錄波系統的設計[J].電力系統保護與控制，2012，40（9）：123-127.

[3] 駱健，丁網林，王漢林，等.一種新型故障錄波系統的實現[J].電網技術，2003，27（3）：78-82.

[4] 項燦芳，艾淑云，張曉莉，等.電力系統故障錄波裝置性能評價體系的建立[J].電網技術，2009，33（4）：94-98.

[5] 李德軍，申泉.故障錄波數據在DS6000系統中的應用[J].華電技術，2018（8）：44-46.

[6] 熊小伏，陳星田，翁世杰.支撐大數據分析的發電廠變電站全息錄波方法[J].電力系統保護與控制，2015（22）：17-20.

[7] 韓蓉.故障報告傳真文件的采樣值提取[D].北京：華北電力大學，2009.

[8] 王守鵬，趙冬梅.電網故障診斷的研究綜述與前景展望[J].電力系統自動化，2017，41（19）：164-175.

收稿日期：2019-12-18

作者簡介：楊潔民（1971—），男，貴州興義人，高級工程師，研究方向：高壓直流輸電控制保護。