电力系统故障录波综述

四川工业学院学报Journal of Sichuan Univers i ty of S cience a nd Techno l o gy

文章编号:1000 5722(2003)04 0004 02

收到日期:2002 09 16作者简介:王铁军(1976 ),男,重庆南川县人,西华大学电子信息与电气工程系2000级研究生,主要研究方向:电力系统故障检测与诊断。

电力系统故障录波综述

王铁军,董秀成

(西华大学电子信息与电气工程系,四川成都 610039)

摘 要: 本文作者介绍了故障录波装置的原理,从国内外故障录波屏的现状和发展出发,分析了目前故障录波存在的问题,并探讨了新型的发变组故障录波装置。

关键词: 故障录波;电子系统;发电机变压器组 中图分类号:T M 41

文献标识码:A

1 故障录波装置的原理

电力系统故障录波装置是常年投入运行监视运行状况的一种自动记录装置。我们利用录波数据可以正确评价或验算继电保护装置工作的正确性,特别是发生转换性故障时和非全相运行再故障,更需要用录波数据来正确评价继电保护和重合闸装置的工作;利用录波资料提供的零序短路电流值,较准确地计算出故障地点,这样就缩小了巡线范围,有利于迅速找到故障点消除故障,同时可以大大减轻工人巡线的劳动强度。另外,经过对录波数据分析可以发现系统装置的缺陷,及时进行消除并改进装置的接线。同时电力系统由于故障和误操作常常引起内部过电压,录波装置可拍录其波形曲线,在分析研究之后为确定限制内部过电压的措施提供依据。由此可见故障录波装置可以准确地反映故障类型、相别、故障电流、电压的数值以及断路器的跳合闸时间和重合是否成功等情况,可以正确分析和确定事故的原因,研究有效的防止措施,从而减少以至避免再发生类似事故,对保证电力系统安全运行的作用极其重要。

2 国内外故障录波器的发展及现状

到80年代初故障录波技术只是停留在以光电转换为原理、胶片为记录载体,还不能真正在电力系统故障时可靠的记录下数据。在1982年,比利时电力系统发生重大故障,因为没有可靠的故障记录分析依据,造成严重损失。1984年,法国电力系统变压器发生爆炸导致法国50%以上地区处于黑暗之中,同样因为缺少可靠的故障记录分析设备,一年后仍未找出事故原因。自80年代中期以来,随着计算机技术被引入继电保护领域,国内外的故障录波技术便上了新的台阶,在数据记录性能上有了很大提高,基本解决了光电式故障录

波器录波环节多、容量小、没有时标、无记忆能力、数据读取误差大等问题,以具有记忆功能强、存储容量大、能进行故障记时、故障类型判别、故障参数和事件顺序记录、能实现数据远传和便于进行后台分析等特点,故障录波器得到迅猛的发展。1980年,我国第一台超高压电网故障录波装置诞生;1984年,我国第一台微机继电保护装置问世,历经10余年,微机型故障录波器已经完全取代了光电式录波器,成为电网故障信息记录的主力,在许多重大事故的调查和分析中发挥了重要作用。同期国外出现了以瑞士LEM 、美国Intelli gent instruments Inc 等为代表开发故障录波屏的国外公司。进入90年代,在1995年英国C S D 公司购买了中国研制开发的微机故障录波测距软件则开创了我国电力系统向国外出口软件技术的先例,使中国电力科研成果真正走向了世界。

在硬件环节上,自20世纪70年代末80年代初世界上第一片单片可编程DSP 芯片诞生以来,由于具备高速处理,一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法;程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据;快速的中断处理和硬件I/O 支持、多级流水线以及可以并行执行多个操作等优点,DSP 逐步渗透到包括电力系统在内的各个领域。

目前虽然微机型故障录波器取得了长足的进步,但从近几年的运行实践看,现有国产微机型故障录波器在性能上仅仅完成了从模拟式录波向数字式录波的转换,还远未发挥出计算机的巨大潜力。和国外同类产品相比,在抗干扰性、稳定可靠性、技术先进性、使用灵活方便以及数据远传等方面还存在一定的差距。

就国内录波器而言,有以下一些问题:

(1)录波方式不一致,全网各点录波器时间参照系不同,不便于统一分析和统计查询。(2)数据的安全

性仍难尽如人意。由于直流消失、连续故障、误操作等因素,仍可能造成录波失败。(3)电网信息与保护及安自装置自身工作信息,运行信息与故障信息,线路信息与机组信息等分类不清,定位不准。(4)数据输出方式简单,交换接口层次多,速率低,规约不统一,不便于组网、数据远传及综合分析。(5)与其他故障分析设备交换数据不方便。(6)在设计上,未充分考虑故障录波的特点和需求。

为规范录波器的生产,原电力部于1994年颁布了 220~500kV 电力系统故障动态记录技术准则 。但因录波器质量良莠不齐,运行中仍出现许多问题。近几年,国产故障录波器虽在不断改进提高,但仍受到了进口产品的强力冲击。似乎除价格外,其他方面已不占优势。国内有些厂家,为保持和扩大市场份额,在继续生产和销售国产录波器的同时,已开始代理,甚至组装生产进口录波器;目前500kV 工程几乎无一例外地选用了进口产品。这在一定程度上也说明了现有国产录波器不能很好地满足电网运行需求这一现实。

3 发电机变压器组故障录波装置介绍

随着科技的发展,特别是电力市场的兴起,电力系统对故障录波装置的要求也越来越高,要求录波的采样速度、记录长度、记录数据的完整性、安全性都要有很大地提高。而且为了提高系统的分析水平和对电力系统机组更好管理,不仅传输线路需要录波装置,发电机组也应该配备高性能的录波装置。目前线路的录波技术已相对成熟,应用极为广泛,而发变组的录波正处在应用的初期,还有很多实际问题需要在实践中逐步完善和加以解决。

机组录波装置的主要功能如下:

(1)装置应具有稳态记录功能。即对电压、电流、有功功率、无功功率、频率等电气量自装置投入运行后即进行非故障启动的连续记录。

(2)装置应具有发电机组或电网故障时的暂态数据记录功能。

(3)当机组或电网连续多次发生大扰动时,装置应能完整地记录每次大扰动的全过程数据。

(4)所记录的数据应真实、可靠、不失真、能准确反应谐波、非周期分量等。

(5)所记录的数据应有足够的安全性。

(6)装置应有在外部直流电源短路时中断后继续进行数据记录的能力。

(7)装置应具有利用数据网实现远方调用当前和历史数据的功能。

另外,还应具有自动检测、自复位功能以及独立的内部时钟等功能。

发电机变压器组系统的运行工况和异常工况种类繁多,因此启动判据种类也很多,这是它与线路录波最大的区别。比较特别的是反映内部故障的判据。一般机组保护的主保护都是差动保护,但是它不能反映绕组开路故障,对绕组匝间短路的判断灵敏度也不高;而负序功率突变量判据不仅能反映定子绕组断线故障,而且负序功率突变量反映了负序电流和负序电压两个方面的同时变化,对内部相间、匝间短路故障的判断有较高的灵敏度,同时该判据与故障前的对称或不对称运行工况无关。

传统的故障录波装置正逐步由专门用于故障录波向集故障数据记录与分析、运行状态检测以及发变组实验数据记录与分析等功能于一体的发变组监录与分析系统的方向发展。其软件的主要功能主要是故障记录数据分析、相量分析、序量分析、谐波分析、频率分析、开关量变位时序分析、差流分析、功率及功角分析、测量阻抗分析、过激磁分析、数据格式转换以及打印等。

4 结束语

本文作者通过分析国内外故障录波屏的现状和发展可以看出,国产录波器虽然取得了长足的发展,但是和国外领先水平比较起来,还存在一定的差距;DSP 已逐步取代单片机将成为故障录波技术的主导;故障录波的发展方向将从线路录波向机组录波转变。综上所述,随着录波技术的不断发展和成熟,电力系统故障录波装置将真正演变成为电力系统的 黑匣子 。

参

考文献

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究[J ] 现代电力,2000,17(1)

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Summary of Power System Fault Record

WANG Tie jun,DONG Xiu cheng

(Dept Of Electronic Information and Electrical Engineeri ng of Xihua Universi ty,Chengdu 610039Sichuan China)

Abstract:This paper introduces the fundamentals of fault record dev ices,based on the development and current

state of fault record at home and abroad,analyses the existing problems and discussts the new type Generator Trans former fault record devices

Key words:fault record;g enerator transformer

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第22卷第4期 王铁军等:电力系统故障录波综述