故障录波数据在继电保护动作分析中的应用

故障录波数据在继电保护动作分析中的应用

徐浩文汪从孝

(国网重庆市电力公司南岸供电分公司重庆南岸401336)

摘要：随着智能电网技术的高速发展，电力系统网络结构更加复杂，提高电力系统的安全稳定运行水平显得尤为重要。本文首先介绍了故障录波及继电保护的基本原理，接着分析了故障录波数据处理技术，最后提出了基于故障录波数据的继电保护动作分析系统，对于输电线路、变电站或发电厂继电保护的动作特性分析具有重要的意义。

关键字：智能电网;电力系统;故障录波;继电保护

1引言

随着智能电网的发展及电网规模的日益扩大，电力系统的安全受到了广泛关注。现代智能电网不仅要求实现自动信息采集、测量、保护和监测等功能，还要求根据电网实际状况自动调节运行方式、智能在线决策、协调互动，因此需要准确进行故障元件诊断、事故后数据分析、保护动作行为评价等功能完善的电网故障信息综合分析系统，这亟需在电力系统关键位置安装故障录波装置。

本文首先介绍了故障录波及继电保护的基本原理，接着分析了故障录波的数据处理技术，最后提出了基于故障录波数据的继电保护动作分析系统的架构，电力系统故障录波装置对于输电线路、变电站或发电厂继电保护的动作特性分析具有重要的意义。

2故障录波及继电保护基本原理

故障录波装置作为变电站的常规二次设备，主要起到监视和记录电力系统运行状况的作用。当系统正常运行时，录波装置不会启动录波功能只是对数据进行采集。在电网发生短路、系统振荡、电压崩溃时，故障录波装置可准确记录故障时刻系统电压、电流波形的变化全过程并形成故障录波文件，因此它被称为电力系统安全稳定运行的“黑匣子”。故障录波文件中包含了丰富的现场信息，这些信息对分析事故产生原因、检验继保装置动作特性和算法、提高电网安全运行水平具有重要意义。

继电保护系统是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其早期发展过程中主要用有触点的继电器来保护电力系统及电力设备，所以称为继电保护。其基本任务是当电力系统发生故障或异常工况时，在可能实现的最短时间和最小区域内，自动将故障设备从系统中切除，或发出信号由值班人员消除异常工况根源，以减轻或避免设备的损坏和对相邻地区供电的影响。

3故障录波数据处理系统

为满足电力系统发生大范围、长过程、发展性故障情况下的数据记录，实现广域范围内的稳态和动态全过程统一分析，故障录波装置采用全嵌入式、多层次、多CPU和模块化设计体系，其数据处理系统平台如图1所示，由数据采集层、数据管理层、数据分析层三个层次组成，每层次由不同的功能模块构成，不同层次根据任务和实现功能不同选用不同的CPU，各层次相对独立，通过装置内部总线进行信息互联。其中数据采集层由多块智能模拟量采集模块、智能开关量采集模块组成，实现数据多路高速采集。完成基波、谐波相量计算、序分量计算、启动判据、数据存储和双口RAM并行输出；数据管理层由ARM管理模块、GPS同步时钟模块组成，实现高速数据缓存、大容量掉电保护数据存储管理、故障数据记录、故障启动综合判断、数据时标记录和故障数据传输；数据分析层采用嵌入式数据管理模块，具有多串口和网口，可方便实现数据的显示、分析、处理、数据远传。

图1故障录波数据处理结构图

4基于故障录波数据的继电保护动作分析系统架构

故障录波的最终目的是为继电保护系统及人员提供发生故障一段时间内的故障数据，利用故障录波数据对继电保护的动作情况进行分析，可以避免因保护误动、拒动或通信信道干扰导致开关信号丢失而产生错误信息使得故障诊断结果不准确，同时还可以修正误动、拒动的保护动作信息，因此利用故障录波数据对继电保护装置的动作行为进行分析评判是十分必要的。基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统的结构及模块之间的关系如图2所示，包括录波数据格式转换及文件管理、故障波形再现及分析、电网故障辅助分析和继电保护动作行为分析四个模块。其中录波数据格式转换及文件管理模块进行故障录波数据格式的转换及故障录波文件的读取和管理；故障波形再现及分析模块负责完成电力故障波形的再现、缩放、打印及其它波形处理，给继电保护工作人员提供灵活方便的故障波形观测和分析功能，电网故障辅助分析模块主要进行电参量计算、序分量分析、矢量分析、谐波分析，实现故障类型判别、故障相别辨识、故障时间分析、故障测距等功能，为电网故障分析提供辅助工具；继电保护动作行为分析模块具有完成变电站保护装置配置，实现线路、变压器、母线等变电站主设备的继电保护装置动作特性分析的功能。

图2基于故障录波数据的继电保护动作特性分析系统结构框图

5结语

继电保护装置是电力系统不可缺少的重要组成部分，保护装置能否正确动作对整个系统的安全稳定运行具有重要意义。本文分析了故障录波及继电保护技术的基本原理、故障录波数据处理技术、故障录波在继电保护动作特性分析中的应用，现有研究表明故障录波器在系统发生故障或出现振荡等异常情况时，自动地记录故障前、后过程中的电压、电流等电气量及继电保护的动作情况，为分析故障原因、检验继电保护动作行为提供了丰富的数据来源。充分利用故障录波数据对继电保护动作特性进行分析，能够弥补目前故障录波分析软件在分析评判继电保护动作行为方面的不足，有利于进一步提高继电保护装置的正确动作率和运行水平，满足智能电网的发展需要。

参考文献:

[1]夏芳，刘沛.变电站微机故障录波装置设计方案[J].继电器，2000,28(3):40-43.

[2]郝琳娜,张新国,焦彦军,等.以太网在变电站微机型故障录波器中的应用[J].中国电力,2002,35(05):45-47.

[3]胡林献,杜万森,李剑新.基于DSP+MCU技术的新型故障录波器[J].电力系统保护与控制,2005,33(09):54-57.