馬 勇，張照輝，陳 光，肖 雷，王小軍，龔引穎

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.北京北創(chuàng)芯通科技有限公司，北京100089)

變電站啟動(dòng)調(diào)試無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

馬 勇1，張照輝1，陳 光1，肖 雷1，王小軍2，龔引穎2

(1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.北京北創(chuàng)芯通科技有限公司，北京100089)

針對(duì)當(dāng)前變電站啟動(dòng)調(diào)試工作存在的工作量大、效率低、安全性低、數(shù)據(jù)處理和分析耗時(shí)較長(zhǎng)等問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有啟動(dòng)調(diào)試錄波系統(tǒng)進(jìn)行改造提升，研制了適用于變電站啟動(dòng)調(diào)試的分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單、高效、安全可靠、智能的特點(diǎn)。該系統(tǒng)在江蘇省電力公司變電站啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了應(yīng)用，結(jié)果顯示該系統(tǒng)測(cè)錄結(jié)果滿(mǎn)足啟動(dòng)調(diào)試技術(shù)要求，相對(duì)于傳統(tǒng)的錄波儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有更好的用戶(hù)體驗(yàn)。該無(wú)線測(cè)試系統(tǒng)的研制成功，豐富了運(yùn)行人員的測(cè)試手段，提升了變電站啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)的效率和安全性。

啟動(dòng)調(diào)試；電磁暫態(tài)測(cè)試；無(wú)線錄波；分布式測(cè)量；同步測(cè)試

為保障新建變電站或新建線路設(shè)施中的電力設(shè)備和線路正常安全運(yùn)行，在新站或新線路啟動(dòng)投運(yùn)前需要進(jìn)行變電站啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)。啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容是對(duì)主變或者線路開(kāi)關(guān)進(jìn)行開(kāi)合閘電磁暫態(tài)測(cè)試[1]，目前，啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)主要采用錄波儀系統(tǒng)進(jìn)行暫態(tài)錄波，測(cè)錄時(shí)錄波儀放置在保護(hù)室或調(diào)試車(chē)，從主變套管末屏或斷路器末屏放線將電壓信號(hào)引入保護(hù)室或調(diào)試車(chē)進(jìn)行測(cè)量[2，3]；將錄波儀串接進(jìn)二次回路實(shí)現(xiàn)電流測(cè)錄，這種實(shí)驗(yàn)方式在操作不當(dāng)時(shí)可造成二次回路開(kāi)路，導(dǎo)致重大事故?？梢?jiàn)傳統(tǒng)方式存在實(shí)驗(yàn)部署周期長(zhǎng)、效率低、工作量大、安全性低等不足，同時(shí)測(cè)錄的數(shù)據(jù)需要后期手工錄入報(bào)表，占用了實(shí)驗(yàn)人員大量時(shí)間，降低了工作效率，難以適應(yīng)目前電網(wǎng)快速發(fā)展的需要。

針對(duì)上述問(wèn)題，從簡(jiǎn)單、高效、安全、智能化的角度出發(fā)，研制了適用于變電站啟動(dòng)調(diào)試的分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)電壓電流電磁暫態(tài)信號(hào)進(jìn)行分布式無(wú)線同步采集和傳輸，省卻了大量放線工作，簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)；同時(shí)由于采用了非侵入式的微型感應(yīng)式電流探頭，測(cè)錄二次回路電流時(shí)，無(wú)須拆接屏柜中的二次線路，避免了二次回路開(kāi)路事故，且更加安全可靠；該系統(tǒng)還具備專(zhuān)業(yè)化的啟動(dòng)調(diào)試測(cè)錄系統(tǒng)軟件，相對(duì)于通用錄波儀軟件，更加簡(jiǎn)潔、智能、高效和人性化。

1 系統(tǒng)的組成和原理

變電站啟動(dòng)調(diào)試分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)由無(wú)線基站、電壓采集節(jié)點(diǎn)、電流采集節(jié)點(diǎn)、啟動(dòng)調(diào)試無(wú)線測(cè)錄系統(tǒng)軟件組成[4]，如圖1所示。

1.1 無(wú)線基站

圖1 分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)組成架構(gòu)

無(wú)線基站提供一個(gè)2.4 G或5.8 G的無(wú)線局域網(wǎng)覆蓋，所有節(jié)點(diǎn)設(shè)備都可以通過(guò)無(wú)線接入該局域網(wǎng)；此外無(wú)線基站還具備射頻時(shí)鐘同步功能模塊，該模塊通過(guò)接收GPS信號(hào)并解析時(shí)間，將時(shí)間信息轉(zhuǎn)換為UV段無(wú)線電信號(hào)廣播到變電站范圍的空間，同步協(xié)議參考IEEE 1588[5]。范圍內(nèi)的室內(nèi)外都可以接收到該時(shí)鐘信號(hào)，從而可對(duì)無(wú)法連上GPS的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行授時(shí)同步。

1.2 電壓采集節(jié)點(diǎn)

單個(gè)電壓采集節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，在主變啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)中，僅需一個(gè)節(jié)點(diǎn)即可完成高壓側(cè)和低壓側(cè)錄波任務(wù)；在數(shù)據(jù)傳輸方面采用了大功率無(wú)線模塊和定向平板天線，可適應(yīng)變電站內(nèi)有鋼架設(shè)施遮擋無(wú)線信號(hào)的環(huán)境；采用全封閉金屬屏蔽外殼，保護(hù)內(nèi)部電路不受外界強(qiáng)電磁干擾影響；采用可方便更換的外置鋰電池供電，可連續(xù)工作15 h以上；節(jié)點(diǎn)內(nèi)部具有獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)無(wú)線管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電量、溫度、設(shè)備工作狀態(tài)，并通過(guò)433 M無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)街骺囟松衔粰C(jī)軟件顯示，上位機(jī)軟件可遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備電源進(jìn)行開(kāi)關(guān)。如圖2所示。

節(jié)點(diǎn)采樣率為200 kS/s，由FPGA實(shí)現(xiàn)6路同步數(shù)據(jù)高速采集，同時(shí)接受GPS或射頻時(shí)鐘同步模塊的時(shí)鐘信號(hào)，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀打包并在幀頭打上精確的時(shí)間戳，然后傳給ARM進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和上傳。具備防浪涌、沖擊、干擾的保護(hù)電路，采用電壓互感器和光隔進(jìn)行了兩級(jí)隔離，從而最大程度保護(hù)設(shè)備安全。如圖3所示。

圖2 電壓采集節(jié)點(diǎn)

圖3 電壓采集原理

ARM中運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)和采集錄波程序，主要承擔(dān)臨時(shí)存儲(chǔ)、觸發(fā)條件判斷、觸發(fā)后重要數(shù)據(jù)本地備份、數(shù)據(jù)上傳等任務(wù)。

1.3 電流采集節(jié)點(diǎn)

電流采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本與電壓采集節(jié)點(diǎn)一樣，不同之處在于電流采集節(jié)點(diǎn)采用外置的開(kāi)合式電流探頭采集信號(hào)，這種探頭小巧輕便，在測(cè)量變電站二次電路中的電流時(shí)，無(wú)須將設(shè)備串接到電路中，只需要打開(kāi)探頭并夾在待測(cè)線纜上即可，探頭體積小重量輕，與被測(cè)線路沒(méi)有任何電連接，對(duì)被測(cè)線路不會(huì)造成影響，操作簡(jiǎn)單，安全性極高。如圖4所示。

圖4 電流探頭

1.4 無(wú)線測(cè)錄系統(tǒng)軟件

無(wú)線測(cè)錄系統(tǒng)軟件根據(jù)啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)，可以方便地進(jìn)行工程創(chuàng)建、錄波、波形回放、波形縮放查看細(xì)節(jié)、分析、自動(dòng)計(jì)算、報(bào)表生成等操作。軟件界面簡(jiǎn)潔友好，操作簡(jiǎn)便，便于新手快速掌握軟件使用，可節(jié)省大量培訓(xùn)時(shí)間。此外，無(wú)線測(cè)錄系統(tǒng)軟件還支持當(dāng)前常用的HBM、橫河錄波儀波形格式轉(zhuǎn)換，可將其波形文件格式轉(zhuǎn)換成本軟件支持的格式進(jìn)行顯示處理。如圖5所示。

圖5 軟件界面

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

變電站啟動(dòng)調(diào)試分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)從2014年到2016年，參與了10余次500 kV變電站、2次特高壓變電站的啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)，與已成熟應(yīng)用多年的錄波儀系統(tǒng)共同工作。

2015年江蘇南京特高壓變電站啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)電流測(cè)錄現(xiàn)場(chǎng)如圖6所示。節(jié)點(diǎn)后方線纜為傳統(tǒng)錄波儀系統(tǒng)采集電流信號(hào)用到的線纜，無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)電流節(jié)點(diǎn)只有2根各帶3個(gè)感應(yīng)式電流探頭的線纜，可以測(cè)錄2組共6個(gè)通道電流信號(hào)，電流探頭直接鉗在被測(cè)線路上，無(wú)需拆解屏柜中的線路。節(jié)點(diǎn)放置在被測(cè)線路屏柜下方，采用電池供電，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳輸，無(wú)需放線，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)比較簡(jiǎn)潔。

圖6 電流實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

江蘇泰州特高壓變電站啟動(dòng)調(diào)試電壓測(cè)錄現(xiàn)場(chǎng)如圖7所示。電壓節(jié)點(diǎn)采用三根雙屏蔽短線纜連接到斷路器末屏，采集的電壓信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)送到上位機(jī)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中省卻了大量的放線工作，提高了工作效率，避免了傳統(tǒng)錄波儀系統(tǒng)經(jīng)過(guò)路面的線纜遭受碾壓斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。上位機(jī)只需要1臺(tái)具備無(wú)線功能的電腦即可完成數(shù)據(jù)測(cè)錄工作。

圖7 電壓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖

在實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備和后期收尾工作中，分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)由于架構(gòu)簡(jiǎn)單、線纜少，具有明顯的效率優(yōu)勢(shì)；在后期的數(shù)據(jù)結(jié)果處理中，以其智能化、專(zhuān)業(yè)化的自動(dòng)計(jì)算功能，為實(shí)驗(yàn)人員節(jié)省了大量時(shí)間。通過(guò)將錄波儀的測(cè)量波形轉(zhuǎn)換本無(wú)線測(cè)控軟件支持的波形格式并對(duì)比2種工具的測(cè)試結(jié)果，分布式無(wú)線測(cè)錄系統(tǒng)在測(cè)量精度、波形準(zhǔn)確度方面與錄波儀系統(tǒng)基本一致如圖8所示，左側(cè)為錄波儀波形，右側(cè)為分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該系統(tǒng)符合啟動(dòng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)技術(shù)要求。

圖8 實(shí)驗(yàn)波形對(duì)比圖

3 結(jié)束語(yǔ)

變電器啟動(dòng)調(diào)試分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）采用分布式無(wú)線技術(shù)，測(cè)錄電壓暫態(tài)信號(hào)時(shí)，免去大量放線工作；

（2）電流測(cè)量時(shí)，采用感應(yīng)式電流探頭，更安全、方便；

（3）制化軟件系統(tǒng)，簡(jiǎn)單易操作，可自動(dòng)計(jì)算過(guò)電壓系數(shù)、最大涌流等結(jié)果并生成報(bào)表，節(jié)省大量后期數(shù)據(jù)讀取拷貝和人工計(jì)算時(shí)間。

利用該系統(tǒng)對(duì)比傳統(tǒng)的錄波儀系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示兩者結(jié)果基本一致，能夠準(zhǔn)確反映電磁暫態(tài)變化規(guī)律，而分布式無(wú)線同步測(cè)錄系統(tǒng)在安裝部署、操作體驗(yàn)、安全性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

[1]DL/T 1041—2007電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)導(dǎo)則[S].

[2]李遠(yuǎn)卓，王 征.20～500 V電網(wǎng)輸變電工程啟動(dòng)調(diào)試方法解析[J].華北電力技術(shù)，2014(7)：14-19，30.

[3]王 虎，王詩(shī)明，王 華，等.500 kV變電站啟動(dòng)調(diào)試分析[J].江西電力，2008，32(4)：4-7.

[4]胡成博，張 能，馬 勇，等.狀態(tài)監(jiān)測(cè)裝置智能校驗(yàn)系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].江蘇電機(jī)工程，2016，35(1)：70-75.

[5]汪祺航，黃 偉，吳在軍，等.基于IEEE 1588標(biāo)準(zhǔn)的變電站同步網(wǎng)絡(luò)的研究[J].江蘇電機(jī)工程，2010，29(1)：51-54.

Development and Application of Wireless Synchronized Measurement and Recording System for Start Debugging of Substation

MA Yong1,ZHANG Zhaohui1,CHEN Guang1,XIAO Lei1,WANG Xiaojun2,GONG Yingyin2
(1.State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute,Nanjing 211103,China; 2.Beijing Creative Chip Expect Technology Co.Ltd.,Beijing 100089,China)

Considering the heavy workload,inefficiency,low safety,time-consuming in data analyzing and processing in transformer substation start debugging,a distributed wireless synchronized measurement and recording system for the start debugging of transformer is developed.The system is simple,efficient,safe,reliable and intelligent.The developed system has been applied to the transformer substation start debugging in Jiangsu electric power company,and the results satisfy the technique requirements.Compared to traditional wave recorder system,the wireless synchronized measurement and recording system has a better user-experience.The application of this system increases start debugging experiment and enhances the efficiency and safety of start debugging.

start debugging;electromagnetic transient measurement;wireless wave record;distributed measurement; synchronous testing

TM732

A

1009-0665（2016）06-0026-03

馬 勇（1986），男，湖北?？等?，工程師，從事輸變電工程啟動(dòng)調(diào)試，過(guò)電壓檢測(cè)分析，避雷器、電容器設(shè)備專(zhuān)業(yè)管理工作；

張照輝（1988），男，安徽亳州人，碩士研究生，從事輸變電工程啟動(dòng)調(diào)試，過(guò)電壓檢測(cè)分析等工作；

陳 光（1986），男，山東曲阜人，工程師，從事輸變電工程啟動(dòng)調(diào)試、過(guò)電壓檢測(cè)分析及配網(wǎng)專(zhuān)業(yè)管理等工作；

王小軍（1985），男，貴州遵義人，工程師，從事電力智能測(cè)試系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)工作；

龔引潁（1981），男，湖北蘄春人，工程師，從事電力系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和管理工作。

2016-08-10；

2016-09-22