張 斌 李 軍

1.山東金嶺礦業(yè)股份有限公司，山東淄博 255000；

2.山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院電氣工程系，山東淄博高新區(qū) 256414

基于單片機(jī)的智能電力系統(tǒng)故障錄波儀淺析

張 斌1李 軍2

1.山東金嶺礦業(yè)股份有限公司，山東淄博 255000；

2.山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院電氣工程系，山東淄博高新區(qū) 256414

智能電力系統(tǒng)故障錄波儀是一種數(shù)據(jù)采集記錄裝置，它可以記錄系統(tǒng)非正常和正常狀況下系統(tǒng)電壓、電流、頻率的變化。在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下記錄的數(shù)據(jù)，對于分析電力系統(tǒng)正常運(yùn)行下電能的應(yīng)用情況起著重要的作用；而故障階段記錄的數(shù)據(jù)，對于分析電力系統(tǒng)故障發(fā)生的原因，以及幫助尋找故障發(fā)生點(diǎn)，從而迅速處理相關(guān)故障事故起著關(guān)鍵的作用。

電力系統(tǒng)；故障；錄波儀

電力系統(tǒng)故障錄波裝置是常年投入運(yùn)行監(jiān)視運(yùn)行狀況的一種自動(dòng)記錄裝置。它的主要功能在于分析故障狀態(tài)下該保護(hù)裝置動(dòng)作的正確性與否，其作用除了用于檢測繼電器及安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為外，還用于分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程中各電參量的變化規(guī)律，校核電力系統(tǒng)計(jì)算程序及模型參數(shù)的正確性。我們利用錄波數(shù)據(jù)可以正確評價(jià)或驗(yàn)算繼電保護(hù)裝置工作的正確性。

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電力系統(tǒng)潮流計(jì)算、短路電流計(jì)算的理論值與實(shí)際值的相差很大，繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)儀的實(shí)際動(dòng)作情況怎樣，電氣設(shè)備受沖擊的程度怎樣，從理論上很難闡述且又不能通過實(shí)驗(yàn)獲得的瞬時(shí)信息，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義，我們借助智能電力系統(tǒng)故障錄波儀就可以獲得這些有用的信息，所以，智能故障錄波儀就好比是電力系統(tǒng)故障時(shí)的“黑匣子”，是電力系統(tǒng)十分重要的安全自動(dòng)儀。《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)儀技術(shù)規(guī)程》（GB14285-1993)規(guī)定：在主力發(fā)電廠、220kv及以上變電站都應(yīng)裝設(shè)故障錄波儀。它需要記錄的電網(wǎng)參數(shù)如電壓、電流、開關(guān)量外，還對有關(guān)元件的有功、無功、非周期分量的初始電流及其衰減時(shí)間常數(shù)、系統(tǒng)頻率變化及各種參數(shù)變化的準(zhǔn)確時(shí)間進(jìn)行記錄。分析電網(wǎng)故障主要是指分析電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程參數(shù)量的變化規(guī)律。故障錄波儀必須設(shè)置故障錄波的專用傳輸接口，以便遠(yuǎn)傳調(diào)度作進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析處理。

1 智能電力系統(tǒng)故障錄波儀的作用

故障錄波儀目前在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，其地位越來越重要，甚至不可替代，作用如下：

1.1 借助故障錄波儀，可以正確分析判斷故障原因，為故障處理提供數(shù)據(jù)支持。根據(jù)故障過程波形圖及其有關(guān)數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確反映故障類型、相別、故障電流和電壓等重要數(shù)據(jù)、斷路器跳閘、合閘時(shí)間及自動(dòng)重合閘動(dòng)作情況等，從而可以分析和確定事故原因，研究有效的對策，為及時(shí)處理故障提供可靠的依據(jù)。

1.2 通過分析記錄的故障波形圖，可以看出繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)儀的缺陷以及一次設(shè)備的存在的問題，可以及時(shí)消除事故隱患；可提供轉(zhuǎn)換性故障和非全相運(yùn)行再故障的信息；還可反映電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的情況等。

1.3 根據(jù)錄取的波形圖和數(shù)據(jù)，結(jié)合短路電流計(jì)算結(jié)果，可以較準(zhǔn)確地判斷故障地點(diǎn)范圍，便于尋找故障點(diǎn)，加速處理事故進(jìn)程，減輕尋線人員勞動(dòng)強(qiáng)度。最新微機(jī)型故障錄波儀判斷故障準(zhǔn)確度誤差在2%以內(nèi)。

1.4 分析研究震蕩規(guī)律，從錄波圖可以清楚反映振蕩發(fā)生、失步、同步震蕩、異步震蕩和再同步全過程以及振蕩周期、振蕩頻率、振蕩電流和振蕩電壓特性等，為研究防止振蕩對策、改進(jìn)繼電保護(hù)和自動(dòng)儀提供依據(jù)。

1.5 根據(jù)錄取的波形圖和數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確評價(jià)繼電保護(hù)和自動(dòng)儀工作的正確性，特別是在發(fā)生轉(zhuǎn)換性故障時(shí)更是如此。

1.6 借助故障錄波儀提供的波形和數(shù)據(jù)，不僅可反映用于核對系統(tǒng)參數(shù)和短路電流計(jì)算值，而且還可實(shí)測系統(tǒng)參數(shù)，對理論上計(jì)算的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行必要的修正。

所以說智能故障錄波儀對保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行有十分重要和顯著的作用，同時(shí)，還可積累運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提高系統(tǒng)運(yùn)行水平。故，故障錄波儀是電力系統(tǒng)中必不可少的裝置，通過它的廣泛使用，可以保證系統(tǒng)的正常平穩(wěn)運(yùn)行，并為不斷改進(jìn)系統(tǒng)提供了依據(jù)。

2 智能故障錄波的實(shí)現(xiàn)方式

智能故障錄波儀的主要部分是錄波器，根據(jù)錄波原理的不同，可分為光電式錄波器、采用計(jì)算機(jī)技術(shù)的便攜式故障錄波器和基于單片機(jī)的電力系統(tǒng)智能故障錄波儀。目前廣泛使用的是基于單片機(jī)的智能錄波儀。其特點(diǎn)是系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，運(yùn)算速度快、計(jì)算精確、設(shè)備移動(dòng)方便、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。

針對智能故障錄波儀，電力現(xiàn)場故障錄波可以根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn)：

2.1 配置專用智能故障錄波儀并能與就地監(jiān)控系統(tǒng)通信，傳輸給遠(yuǎn)方調(diào)度；

圖1 錄波圖

2.2 由智能保護(hù)儀兼作記錄及測距計(jì)算，在將數(shù)字化的波形及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)并打印波形。

3 智能故障錄波圖能夠提供的信息

（1）記錄故障電流和故障電壓以及頻率等量的變化過程

（2）記錄保護(hù)動(dòng)作時(shí)間和故障切除時(shí)間

（3）顯示出現(xiàn)故障的電氣設(shè)備和故障類型

（4）顯示自動(dòng)重合閘重合時(shí)間以及是否重合成功

（5）顯示直流是否正常，是否接地、短路

（6）詳細(xì)的繼電保護(hù)動(dòng)作情況

（7）完成附屬功能

4 分析錄波圖的基本方法

（1）分析判斷系統(tǒng)發(fā)生了何種類型的故障，故障存在的時(shí)間。

（2）以故障相電壓或電流的過零點(diǎn)為相位基準(zhǔn)，確定故障態(tài)各相電流電壓的相位關(guān)系（注意選取相位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)躲開故障開始及故障結(jié)束部分，因?yàn)檫@兩個(gè)區(qū)間存在非周期分量較大，電壓電流夾角由負(fù)荷角轉(zhuǎn)換為線路阻抗角跳躍較大等情況，分析容易出錯(cuò)）。

（3）以某一相電壓或電流的過零點(diǎn)為相位基準(zhǔn)，查看故障前電流電壓相位關(guān)系是否正確，是否為正相序？負(fù)荷角是多少度？

（4）繪制向量圖，進(jìn)行分析。

5 結(jié)語

電力系統(tǒng)故障分析一直是國內(nèi)外熱門的研究課題，具有重要的理論價(jià)值和很強(qiáng)的應(yīng)用性。故障分析的目的是確定故障原因，找出故障元件，以便有關(guān)部門能夠?qū)收峡焖偬幚肀M快恢復(fù)供電。電力系統(tǒng)中的各種設(shè)備隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而在不斷地發(fā)展，電力系統(tǒng)設(shè)備的性能也得到了極大提高。為了能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)發(fā)生的各種故障能夠做到迅速全面的檢測并做出對應(yīng)的解決措施，需要融合各種診斷方法，進(jìn)行不斷地深入地探討研究，并結(jié)合實(shí)際對其檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。相信通過將計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)和模糊控制相結(jié)合應(yīng)用在故障診斷系統(tǒng)將是未來發(fā)展趨勢。

[1]劉萬順.電力系統(tǒng)故障分析[M].北京：中國電力出版社，1998，11：10-19

[2]李陽春，鄭金輝等.電力系統(tǒng)故障綜合信息處理系統(tǒng)[J].繼電器，2001，29(5)：5l-54

[3]電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)儀技術(shù)規(guī)程.（GB14285-1993)

[4]電力系統(tǒng)故障錄波儀國家標(biāo)準(zhǔn)

Analysis of microcontroller-based intelligent power system fault analyzer

intelligent power system fault analyzer is a data acquisition recording device，it can change system voltage，current, frequency of abnormal and normal condition of the recording system. Data recorded in the case of the normal operation of power systems for the analysis of the application of electrical energy in the normal operation of the power system plays an important role；fault stage record data for failure analysis of power systems，as well as help to find fault occurred the related fault accident，which rapidly processing plays a key role.

power system；fault wave；recording instrument

10.3969/j.issn.1001-8972.2013.07.055