微机型故障录波装置
微机型故障录波装置
第一节 故障录波概述
故障录波装置是当电力系统发生故障时，能迅速直接地记录下与故障有关的运行参数的一种自动记录装置。当电力系统发生故障时，电力系统潮流计算、短路电流计算的理论值与实际值
的差距很大，继电保护、自动装置的实际动作情况如何，电气设备受冲击的程度怎样，这些在理论上很难模拟且又不能通过实验获得的瞬时信息，对电力系统安全稳定运行具有十分重要的意
义，而利用故障录波装置就能获得这些信息，所以，故障录波装置就好像是电力系统故障时的“黑匣子”，是电力系统十分重要的安全自动装置。《电力系统继电保护和安全自动装置技术规
程》（GB14285-1993)规定：在主要发电厂、220kv及以上变电站和220kv重要变电站，应装设故障录波装置。其记录的电网参数除对一般参数如电压、电流、开关量的记录外，还对有关元件的
有功、无功、非周期分量的初值电流及其衰减时间常数、系统频率变化及各种参数变化的准确时间进行记录。分析电网故障主要是指分析系统动态过程参数量的变化规律。故障录波装置必须
设置故障录波的专用传输接口，以便远传调度作进一步数据分析处理。
一、故障录波装置的作用
作用如下：
（1）正确分析事故原因，为及时处理事故提供重要依据。根据所录故障过程波形图和有关数据，可以准确反映故障类型、相别、故障电流和电压等数据、断路器调和闸时间和重合闸动作
情况等，从而可以分析和确定事故原因，研究有效的对策，为及时处理事故提供可靠的依据。
（2）根据录取的波形图和数据，可以准确评价继电保护和自动装置工作的正确性，这也是十分难得的实验数据，特别是在发生转换性故障时更是如此。
（3）根据录取的波形图和数据，结合短路电流计算结果，可以较准确地判断故障地点范围，便于寻找故障点，加速处理事故进程，减轻寻线人员劳动强度。最新微机型故障录波装置判断
故障准确度误差在2%以内。
（4）分析研究震荡规律，从录波图可以清楚反映振荡发生、失步、同步震荡、异步震荡和再同步全过程以及振荡周期、振荡频率、振荡电流和振荡电压特性等，为研究防止振荡对策、改
进继电保护和自动装置提供依据。
（5）分析录波图，可以发现继电保护和自动装置的缺陷及一次设备的缺陷，可及时消除事故隐患；可提供转换性故障和非全相运行再故障的信息；还可反映电力系
统内部过电压的情况等
。
（6）借助录波装置的录波资料提供的波形和数据，不仅可反映用于核对系统参数和短路计算值，而且还可实测系统参数，对理论上计算的系统参数作必要修正。
由此可见，故障录波装置对保证电力系统安全运行有十分重要和显著的作用，同时，还可积累运行经验，提供运行水平。因此，故障录波装置在电力系统中得到了广泛的应用。
二、故障录波的实现方式
故障录波装置的主要部分是录波器，根据录波原理里的不同，可分为光线式录波器和微机型录波器。如较早投入运行并被广泛采用的PGL型故障录波装置就是采用光线式记录原理构成的。
如图9-1所示为PGL-1/2型故障录波装置录波示意图。输入电信号通过振动子的动圈（吊在张丝上的线圈），使其在恒定磁场作用下随电信号的强度和方向偏转，连接在线圈附近的小反光镜使
光源射来的光线反射到胶卷上，光线随着小反光镜的偏转而在胶卷上摆动，当胶卷行走的方向与光线摆动的方向垂直时，就在胶卷上记录了相似于电信号特征的波形图。
光线式录波装置是一种机械录播装置，由于存在启动速度慢、精确度低、录播时间短等问题，实际中已很少使用了。目前广泛使用的是微机型录波装置。
针对微机型故障录波装置，电力现场故障录波可以根据需要采用两种方式实现：（1）配置专用微机故障录波装置并能与就地监控系统通信，传输给远方调度；（2）由微机保护装置兼作
记录及测距计算，在将数字化的波形及测距结果送监控系统，由监控系统存储并打印波形。
目前国内外的微机保护装置都有录波功能，一般一次事故记录8个周期，包括故障前3周，故障后5周。它的只要功能在于分析故障状态下该保护装置动作是否正确，但并不满足电力系统动
态过程记录装置的要求。作为专用的微机故障录波装置主要功能是系统故障动态过程记录，要求记录系统因短路故障、系统振荡和频率电压崩溃等大扰动引起的线路电流、电压、有功、无功
及系统频率等参数的全过程变化。其作用除了用于检测继电器及安全自动装置的动作行为外，还用于分析系统动态过程中各电参量的变化规律、校核电力系统计算程序及模型参数的正确性。
专用的故障录波装置要求记录的时间长，最长可达600秒。由于传输量大，为保证主要通信网络的可靠传输，有的还设置故障录波专用传输网络。
本节所讨
论的微机型故障录波装置是指专用故障录波器。
三、故障录波装置的特点
微机型故障录波装置在原理和结构上与一般数据采集系统没有本质的区别，它同样具有交流量（电压、电流等）变换、A/D转换、数据采集和处理、打印输出等几个环节。虽然在结构上故
障录波装置与普通的数据采集系统差别不大，但也有它的特点和问题，归纳起来有以下几点：
（1）内存容量。为了使采集到的数据能连成曲线，每0.02s（每周期）最少采集20点。如果采集5s,则有5*50*20=5000点，若有20通道则要求有100kB以上的内存容量。若采用12位的A/D转
换板，则内存容量要增加一倍。由此可见，故障录波对内存容量的要求是相当高的，因此一般均需要对微机的内存进行扩充，。一般16路模拟量起码要扩充到128kB字节。如果模拟量增加到32
路，则需要扩充到256kB或512kB字节。
（2）数据压缩。解决数据量大的问题光靠扩充内存容量是不够的，还必须采用数据压缩技术，对于变化比较慢的过程用重复系数或其他数据压缩技术来避免重复储存，以节省内存空间，
使有限的内存空间能记录较长故障时间的波形。
（3）采样速度。故障录波对采样速度要求也是比较高的。为了保证每0.02s(每周期)采集到足够的点数，A/D转换板必须保证一定的转换速度。
对采样速度的要求，可以用下式计算
1
T=一一
50NS
式中 N----通道数
S----每0.02s（每周期）采样点数。
例如，若N=20，S=20，则
1
T=-----------=50*10 -6（s）=50(μs)
50*20*20
即若有20个通道，每0.02s（每周期）采20点，则A/D板转换时间不能大于500μs。
如果通道数进一步增加，则需采用速度更高的A/D板才能满足要求。
（4）启动录波方式。故障录波装置一般具有多种启动录波方式，以便根据装设地点的具体情况加以选择，一般有以下几种方法：
1）零序电流Io及零序电压Uo越线。
2）过电流及低电压，
3）开关量变位。
4）外部启动元件触发。
5）负序电压越线等。
（5）追忆功能。为了分析故障前后电网的运作情况，故障录波要求具有追忆功能。一般要求保留故障前0.04s(2周)的测
量值并记录故障后4-5s内德测量值。
为此，微机在正常时应采用先入先出的方式不断更新数据。在发生故障时将故障前几十毫秒（若干周期）的数据冻结起来，并与故障后的数据相衔接，以便得到故障前后全过程的波形。
（6）开关量采集。各种录波器带有开关量采集功能。开关量采集可用中断或查询方式，通道为32-64路。
（7）故障测距。在故障录波的基础上扩充故障测距功能，可以进一步提高装置的性能，这是一项很有意义的工作。
引进的故障录波装置（如BBC的INDATIC型产品）一般都具有测距功能，
国产的一些比较高档的故障录波装置也有此功能。
（8）打印输出。故障录波一般要求打印出波形，也可以打印出数据，应该根据键盘命令选择打印的区段和方式（波形、数据）。
四、 微机型故障录波装置的优点
（1）功能完整，自成体系。录波器具有16路模拟量输入、16路开关量输入，还可以由2-3台录波器组屏构成32路或48路的故障录波屏。因此具有扩展灵活、工作相对独立的特点。当一台录
波器发生异常时，不会影响其他录波器的工作，提高了可靠性。
录波器还具有自检、互检功能，能随时检测到装置异常情况，并发信号输出检测结果。
（2）软件启动录波。每一模拟量通道均可启动录波。采用键盘设定录波启动方式及启动限值，每一启动方式均有三种选择：突变量启动、低限启动和过限启动，还可设定系统的振荡启动
值。由于采用了软件启动方式，具有人机对话功能，因此便于在工作现场整定限值，也简化了硬件配置。
（3）录波时间长，录波完整、不间断。具有三个循环存放的录波数据储存空间，每个储存空间可以储存一次未经压缩的录波数据，每次录波时间为4.2s，其中有故障前的100ms。不间断录
波时间最长为112.6s（3次）。每次录波后数据自动存盘，快速清空数据储存空间，以便连续录波。存盘后自动绘图输出。
采用不见的方式采集数据及故障判断。在存盘及绘图过程中，系统再次发生故障，仍可进行录波，且不影响当前的存盘及绘图。
（4）具有完善软磁盘系统及智能化打印绘图功能，具有两个软盘驱动器，当第一个驱动器磁盘满盘时，自动转向第二个驱动器的磁盘，软磁盘系统具有完善的格式化、删盘、拷贝功能。
打印输出时能够对录波数据进行分析，自动确定绘图比例，自动选择电气量有变化的部分。打印输出的信息报告内容包括故障时刻、故障元件、故障地点、故障类型、自动重合闸动作情
况、开关量动作顺序等。
（5）故障录波数据后期处理。对故障录波后的数据，可
再PC机上用专用的软件进行离线处理。可对录波数据全过程模拟量的每一部分及开关量进行放大、缩小、定格、重新排列、打印输
出等，还可利用FAX卡远传录波数据到调度中心进行分析处理。
（6）掉电保护功能。掉电时，实时时钟及录波数据等信息不丢失。
（7）人机对话功能。定值、时钟和各种操作指令均可通过面板上按键和显示器进行直接的观察和操作。·