金海晨 鄭晟 陳顯來 鄭賢舜

【摘 要】配網(wǎng)網(wǎng)絡通過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，可以正確評價繼保和自動裝置的動作情況，及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷。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，則可以在有需要時及時方便的調(diào)取波形，分析實際故障情況，查找原因和存在的問題，以便更快速、準確地解決配網(wǎng)的問題，提升配網(wǎng)的分析水平和實際運行可靠性。

【關鍵詞】帶電安裝 故障錄波 電力設備 嵌入式系統(tǒng)

近年來，隨著浙江經(jīng)濟的飛速發(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。然而，目前大部分配電網(wǎng)絡沒有配置故障錄波記錄裝置，往往故障時不能快速查找故障原因，而引發(fā)上一級保護動作，擴大了故障范圍，因此如何不停電加裝便攜故障錄波，通過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，正確評價繼保和自動裝置的動作情況，及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷，了解系統(tǒng)運行情況，對提高電力系統(tǒng)安全運行水平有重要意義[1]。

1 裝置系統(tǒng)結構

便攜式故障錄波器帶電安裝裝置系統(tǒng)由獨立電源、傳感器插件、開關量、GPS對時、ADSP插件和CPU插件組成。其系統(tǒng)結構如圖1-a、原理如圖1-b所示。

圖1 裝置系統(tǒng)結構與原理圖

獨立電源為各個插件提供額定電源電壓；傳感器插件實現(xiàn)對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，實現(xiàn)帶電采集回路電流信號；開關量接收電力系統(tǒng)輸入的開關量信號，對開關量信號進行輸入輸出隔離，形成安全開關信號；GPS對時采用硬件脈沖和IGIR-B碼對時方式實現(xiàn)錄波器與GPS時鐘同步；ADSP插件接收模擬電壓信號和模擬電流信號，接收開關量提供的安全開關信號，接收對時信號，完成信號采集，啟動判據(jù)，GPS對時等；CPU插件接收ADSP插件發(fā)送的錄波數(shù)據(jù)，運行嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks[2]，完成錄波數(shù)據(jù)的存儲、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立電源、傳感器插件、開關量、GPS對時、ADSP插件和CPU插件；

（1）獨立電源，用于給各個插件提供額定電源電壓，使得每個插件正常工作。

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

（3）開關量，用于接收電力系統(tǒng)輸入的開關量信號，對開關量信號進行輸入輸出隔離，形成安全開關信號傳輸給ADSP插件。

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

（5）ADSP插件，用于接收傳感器插件發(fā)送的模擬電壓信號和模擬電流信號，接收電力系統(tǒng)輸入的開關量提供的安全開關信號，并接收電力系統(tǒng)輸入的GPS對時提供的對時信號，完成數(shù)據(jù)采集，啟動判據(jù)，GPS對時，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)，運行嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks，完成錄波數(shù)據(jù)的存儲、通信、分析，向ADSP插件發(fā)送定值信息。

3 裝置技術特點

信號采集與啟動計算采用單DSP構架，由1片DSP實現(xiàn)32路模擬量，32路開關量的接入；同時采用新型電路結構和75000門大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷啥雀?，抗干擾能力強，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

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

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

（3）錄波數(shù)據(jù)二存儲：錄波數(shù)據(jù)分別存儲在32位CPU和管理機上，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）支持長時間連續(xù)紀錄，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)保持時間只受通道數(shù)和存儲器容量限制，摒棄了傳統(tǒng)的一周波一個點的有效值慢掃描記錄。

（6）不定長動態(tài)錄波和故障測距，金屬性短路的測距精度優(yōu)于2%。啟動判據(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錄波。

（7）強大的計算和分析能力（電壓、電流的幅值、峰值、有效值、頻率計算，有功、無功功率計算，功角、相角測量，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出量的波形圖，并可動態(tài)觀察其隨時間變化的軌跡，真實地再現(xiàn)故障全過程。

（9）支持多種對時方式，包括接點脈沖對時、IRIG-B碼對時、網(wǎng)絡對時等，并支持對時方式組合及雙向?qū)r?？梢酝耆撾x管理機獨立工作。

（10）錄波數(shù)據(jù)格式自動轉(zhuǎn)換，可轉(zhuǎn)出COMTRADE 1999版或COMTRADE 1991版。先進的抗干擾設計：采用8層PCB、SMD裝配和軟件容錯技術，抗干擾能力達到GB/T14598規(guī)定的嚴酷等級為Ⅳ級標準。

4 結語

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，在有效的檢測配電網(wǎng)的實時情況及變化同時，不會對配電網(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，在故障發(fā)生時及時接入相應的故障線路，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)故障分析與測距是關鍵和技術難點，針對這些難點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)問題。

參考文獻：

[1]陳昊琳，張國慶，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)保護與控制，2010，05：148-152.

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