故障录波及测距装置关键技术说明指导书国电南自

国电南自Q/SDNZ.J.51.02-原则备案号：1213--KDRL600微机型电力系统故障录波及测距装置技术阐明书国电南京自动化股份有限公司DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置技术阐明书编写：审核：批准：V6.0.00国电南京自动化股份有限公司12月安全声明为保证安全、对的、高效地使用装置，请务必阅读如下重要信息：装置安装调试应由专业人员进行；装置上电使用前请仔细阅读阐明书，应遵循国家和电力行业有关规程，并参照阐明书对装置进行操作、调节和测试，如有随机材料，有关某些以资料为准；装置上电前，应明确连线与对的示图相一致；装置应当可靠接地；装置施加额定操作电压应当与铭牌上标记一致；禁止无防护办法触摸电子器件，禁止带电插拔模件；接触装置端子，要防止电触击；如要拆装装置，必要保证断开所有地外部端子连接，或者切除所有输入勉励量，否则，触及装置内部带电某些，将也许导致人身伤害；对装置进行测试时，应使用可靠测试仪；请勿随意修改各配备文献，为了保证录波软件对的性和完整性，在MMI模块内均备份了该工程数据配备文献和安装程序，配备文献如有修改，请立即更新，便于在发生问题时可以及时恢复；由于本装置MMI模块是windows平台，为了保证装置可以安全运营，请勿在MMI模块内安装其他任何应用软件；详细使用维护阐明请参见“使用阐明书”。版本声明本阐明书合用于DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置V6.产品阐明书版本修改登记表序号阐明书版本号修改摘要产品版本号修改日期1V6.0.00按6.0软硬件重新编写V6.0.00/122345*本阐明书也许会被修改，请注意核对实际产品与阐明书版本与否相符*由于产品升级，也许会存在与本阐明书不一致状况，恕不另行告知DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置总结了国电南自几十年来二次保护理论与实践丰富经验以专业化继电保护可靠性、稳定性设计理念为规定以新型嵌入式设计为基本着手于高速度、高精度、大容量、多存储、网络化录波采样、存储及传播技术国电南自专业打造DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置目次TOC1. 概述 12. 重要特点 22.1 “装置化”设计，电磁兼容性能优，组屏简洁、运营维护以便 22.2 完全基于专业继电保护产品设计理念嵌入式装置化故障录波器 22.3 面向对象、针对故障录波功能规定高性能嵌入式硬件平台 22.4 基于专业继电保护产品设计理念录波主CPU独立记录与存储 32.5 面向对象镜像分布多存储 32.6 完全独立双以太网设计 32.7 冗余双电源设计 42.8 和谐人机界面，完善分析功能， 42.9 数字化接口，以便实现数字化变电站 43. 重要技术指标 53.1 额定参数： 53.2 功率消耗 53.3 过载能力 53.4 录波通道容量 53.5 模仿量线性工作范畴 53.6 采样频率 53.7 采样精度 63.8 开关量辨别率 63.9 谐波分析率 63.10 测距精度 63.11 录波启动方式 63.12 录波记录 73.13 录波存储及输出方式 93.14 GPS对时 93.15 联网及通讯远传 93.16 绝缘性能 93.17 抗电磁干扰性能 103.18 机械性能 103.19 正常工作大气条件 104. 原理阐明 114.1 硬件构造及功能 114.2 定值清单 144.3 组网构造级数据远传 155. 产品构成 165.1 录波装置 165.2 组屏（柜） 176. 产品维护 176.1 常用故障解决 176.2 录波解决 177. 订货须知 188. 附录 19概述随着国民经济发展，各种高压、超高压系统以及数字化变电站日益增多，对电网稳定运营规定越来越高，对继电保护设备可靠性规定也越来越高。作为“电力系统黑匣子”故障录波器，起到了记录保护与安全自动装置动作顺序，再现系统故障和异常运营时各参量变化过程，评价继电保护动作行为，分析故障和异常运营作用，其自身稳定可靠关系到电网稳定运营与故障分析。DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置是新一代广泛应用于常规变电站及数字化变电站输电线路故障录波装置。它是在充分总结了国电南自几十年来在二次设备研发、设计、制造和实践丰富经验，引进了国外先进技术动态，以新型嵌入式设计为基本，以专业继电保护设备一体化、高可靠性、高稳定性设计理念为指引，着手于高速度、高精度、大容量、网络化采样及录波存储技术。DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置采用新型嵌入式一体化机箱构造，彻底抛弃了“交直流变换器箱＋前置机＋后台机”模式，真正做到了“录波器装置化”，图形化界面简介和谐、维护以便，可靠性更高一筹。它全面完毕故障和异常工况时模仿量数据记录，保护与安全自动装置动作顺序记录，再现故障和异常运营时各参量变化过程，并辅助完毕故障录波数据综合分析，作为评价继电保护动作行为、分析故障和异常运营重要根据。重要特点DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置是全新一代广泛应用于110KV～500KV系统以及数字化变电站线路及变压器故障录波装置。它全面贯彻国标，同国内外同类产品相比，具备鲜明特色。“装置化”设计，电磁兼容性能优，组屏简洁、运营维护以便新型嵌入式一体化机箱构造，将交直流通道变换、录波采集与启动、波形数据记录与多存储、数据分析、网络通讯、人机界面完全集成于装置，彻底抛弃了交直流变换器箱＋前置机＋后台机模式，真正做到了“录波器装置化”。录波器装置化设计，抗干扰能力明显提高，所有实验成果表白迅速瞬变、静放电等各项电磁兼容指标均优于录波国标原则，达到保护装置电磁兼容原则。录波器装置化设计，组屏简洁、维护以便，可靠性更高一筹。完全基于专业继电保护产品设计理念嵌入式装置化故障录波器DRL600微机型电力系统故障录波装置总结了国电南自几十年来继电保护产品设计、生产、制造经验，以专业继电保护产品设计理念，彻底摒弃老式故障录波以“工控机、或一体化工作站、或工控主板及其板卡拼装”为核心通用工控硬件系统，专门针对故障录波装置规定而开发了专有硬件系统。软件上采用了VxWorks嵌入式操作系统，实时性好、效率高、性能强、系统资源占用小，解决了高速记录与缓存有限之间矛盾，做到了真正高速实时录波构造上一体化、装置式电气与机械设计，真正形成了国内首家嵌入式装置化故障录波器。故障录波嵌入式装置化设计，产品性能更加稳定可靠，组屏更加简洁美观，维护更加容易以便。面向对象、针对故障录波功能规定高性能嵌入式硬件平台DRL600基于嵌入式硬件设计面向对象基本规定，彻底摒弃老式故障录波以“工控机、或一体化工作站、或工控主板及其板卡拼装”为核心通用工控硬件系统，依照故障录波功能规定专门定制硬件系统：以高性能DSP及32位嵌入式双CPU为核心，采用高辨别率16位A/D、大规模可编程逻辑阵列FPGA/CPLD、大容量FLASH存储器、高性能移动硬盘、大屏幕真彩TFT液晶屏等先进器件，辅以冗余双电源设计、4～6层印刷电路板、SMT表贴加工技术、背插式构造等先进技术……DRL600故障录波装置总体硬件框架：模仿量模仿量变换模块开关量隔离模块采集板辅助信号板CPU板DSP存储器CPUMMI板存储器CPU电源1电源2以太网以太网2以太网1基于专业继电保护产品设计理念录波主CPU独立记录与存储DRL600装置录波记录与存储直接由录波主CPU独立完毕，完全不倚赖于网络及后台工控机，彻底解决了采用“前置解决+后台记录”“先后台模式记录方式”中因网络或后台工控机故障导致录波失败；录波主CPU采用大容量存储器，可保存不少于300次故障录波数据文献，存满后采用循序刷新、先进先出原则。面向对象镜像分布多存储DRL600装置波形文献既独立存储于主CPU，同步镜像备份存储在MMI中，此外MMI还为数据远方传播开辟独立存储空间并共享在FTP服务器上，分别面向现场、运营和调度，从而形成了面向对象录波数据分布多存储。主CPU和MMI还直接支持基于USB移动存储。完全独立双以太网设计DRL600微机型电力系统故障录波装置采用两个独立对外以太网接口设计，可工作于不同网段，全面满足现场对通讯组网规定。冗余双电源设计双CPU各自独立电源供电；每块电源直流为主，交流为辅，互为备用，无缝自动切换。和谐人机界面，完善分析功能，Windows图形化界面。以便实用实时运营监视辅助功能，可在装置液晶显示屏上按设备实时显示电流、电压、负序量、有功功率、无功功率、视载功率、频率、向量图等有关参数，实现运营监视。录波系统分析除可查阅、显示、打印输出录波波形，应用缩放、比较、标定等定量手段分析电压、电流幅值和相位、开关量状态和动作顺序，还可进一步进行序量分析、谐波分析、阻抗分析、功率P、Q分析、功角δ、δ′、δ″分析、故障测距以及各电气量波形任一点有效值分析计算。数字化接口，以便实现数字化变电站装置设有百兆光纤接口，支持IEC61850合同，可以便实现数字化变电站建设。重要技术指标额定参数：工作直流电源：DC220V/110V±20％；纹波系数不不不大于5％辅助交流电源：AC220V±20％；频率50Hz±0.5Hz交流电压回路：Un57.7V/100V；交流电流回路：In5A/1A；额定频率：50Hz；开关量输入为无源空接点输入。功率消耗交流电压回路不不不大于1VA/相（额定电压下）；交流电流回路不不不大于0.5VA/相（额定电流下）；直流电源回路不不不大于80W；辅助交流回路不不不大于500W。过载能力交流电流回路 2倍额定电流，持续工作 10倍额定电流，容许工作10s40倍额定电流，容许工作1s交流电压回路 2倍额定电压，持续工作直流电源回路 80％－120％额定电压，持续工作录波通道容量模仿量输入通道24/48/72/96路，开关量输入通道48/72/144/192路；模仿量线性工作范畴电压回路：0.1V～150V电流回路：0.1A～100A采样频率同步采样频率：最高10000Hz；采样精度优于0.5%；开关量辨别率开关量辨别率：≤1ms；谐波分析率谐波分析率：10次；测距精度金属性短路远方短路测距误差不大于2％；近处短路测距误差不大于2km录波启动方式录波启动方式涉及模仿量启动、开关量启动和手动启动三种基本形式。手动启动：人工启动故障录波装置，可就地或远方启动。开关量启动：开关量可任意设定为变位启动、启动动、闭启动或不启动。模仿量启动：除高频信号外，所有模仿量均可作为启动量，重要概括如下：电压各相和零序电压突变量启动正序、负序和零序电压越限启动主变中性点零序电流越限启动电流各相和零序电流突变量启动（顾客可整定）线路相电流、负序和零序电流越限启动（顾客可整定）10%电流变差启动频率越限、频率变化率启动过激磁启动（针对变压器）负序功率增量方向（针对变压器）录波记录暂态记录tt系统大扰动开始时刻DBACA时段：系统大扰动开始前状态数据，输出原始波形（采样率不不大于4800Hz），记录时间0.12S到0.5S可调，调节步长0.02秒。默认（4800Hz/0.12S）。B时段：系统大扰动后初期状态数据，输出原始记录波形（采样率不不大于4800Hz），记录时间0.1S到0.3S可调调节步长0.02秒。默认（4800Hz/0.2S）。C时段：系统大扰动中期状态数据，输出低采样率原始波形（采样率600Hz），记录时间3S。D时段：系统动态过程数据，每0.1S输出一种工频有效值，记录时间20S。如果D时段20S记录结束后启动量依然没有复归，新开文献按照D时段记录10min，如果10min记录满启动量依然没有复归，追加10min，最多追加20min文献结束。记录方式启动条件符合任一模仿量启动或开关量启动条件，按A→B→C→D时段顺序执行。新启动新启动是指：A．突变量启动；B．断路器跳合闸信号启动。在已经启动记录B阶段过程中，如遇新启动，则继续延长B阶段（B1），从新启动点按B→C→D执行（B1→C1→D1）；新启动新启动D1BAC1B1在已经启动记录C阶段过程中，如遇新启动，则按A→B→C→D执行（A1→B1→C1→D1）；已经记录C阶段数据和A1阶段数据重复用A1阶段数据替代，已经记录C阶段数据时间不大于A1阶段所有用A1阶段数据替代，A1阶段记录时间自动减少。新启动新启动（C＞A1）D1BAB1CC1A1新启动新启动（C≤A1）D1BAB1C1A1在已经启动记录D阶段过程中，如遇新启动，则结束本文献，新开录波文献按A→B→C→D执行（A1→B1→C1→D1）。新启动新启动DBACD1B1C1A1文献1文献2自动终结条件同步满足C阶段结束、所有启动量复归同步满足第一种D阶段记录满20S，所有启动量复归同步满足第二个文献D阶段每记录满10min，所有启动量所有复归第二个文献D阶段记录满30min单个文献限制容量限制：10M，针对B阶段较多；录波阶段限制：20个录波阶段切换。当单个文献限制满足时录波仍在进行，则重新开新文献按A→B→C→D录波。稳态记录采用大型数据库服务器，每0.02s记录一种有效值，可保存至少4天稳态数据。录波存储及输出方式暂态记录自动存于录波CPU模块硬盘中，可存储不少于350个波形文献，循环覆盖；自动镜像储存于MMI模块硬盘中，存储波形文献数量受硬盘大小限制；监控管理模块为数据远方传播开辟独立存储空间，并共享在FTP服务器上，远方技术管理部门可通过FTP像在本地同样，以便、快捷、可靠查看和传播文献；USB移动存储介质；以太网通讯输出；MODEM通讯输出；打印输出。3.12.2稳态记录存储在MMI模块数据库中；本地、远方均可准时段提出数据，提出数据将自动转换为COMTRADE格式文献；USB移动存储介质；以太网通讯输出；打印输出。GPS对时PPM、PPS＋串口通讯。联网及通讯远传基于TCP/IP联网；FTP文献传播；断点续传；采用103规约与监控系统相联。绝缘性能绝缘电阻装置带电某些和非带电某些及外壳之间以及电气上无联系各电路之间用开路电压500V兆欧表测量其绝缘电阻值，正常实验大气条件下，各级别各回路绝缘电阻不不大于10MΩ。介质强度正常实验大气条件下，装置能承受频率50HZ，电压V历时1分钟工频耐压实验而无击穿闪络及元件损坏现象。实验过程中，任一被试回路施加电压时别的回路等电位互联接地。冲击电压在正常实验大气条件下，装置电压输入回路、交流输入回路、输出触点回路对地，以及回路之间，能承受1.2/50μs原则雷电波短时冲击电压实验，开路实验电压5KV。耐湿热性能装置能承受GB/T2423.9-1989规定湿热实验。最高实验温度＋40℃、最大湿度95%，实验时间为48小时，每一周期历时24小时交变湿热实验，在实验结束前2小时内依照3.16.1规定，测量各导电电路对外露非带电金属某些及外壳之间、电气上不联系各回路之间绝缘电阻不不大于1.5MΩ抗电磁干扰性能脉冲干扰装置能承受GB/T14598.13-1998规定干扰实验，实验电源频率为100KHZ和1MHZ，实验电压为共模2500V，差模1000V衰减振荡波。实验时被试装置预先施加电源，按GB/T14598.13-1998表所列临界条件叠加干扰实验电压，装置不误动、不拒动。迅速瞬变干扰装置能承受GB/T14598.10-1996原则规定III级（2KV±10%）迅速瞬变干扰实验。静电放电装置能承受GB/T14598.14-1998原则规定Ⅳ级（空间放电15KV，接触放电8KV）静电放电实验。机械性能振动装置能承受GB/T2423.10-1995规定严酷级别为I级振动耐久能力实验。冲击装置能承受GB/T2423.5-1995规定严酷级别为I级冲击耐久能力实验。碰撞装置能承受GB/T2423.6-1995规定严酷级别为I级冲击耐久能力实验。正常工作大气条件环境温度：-5℃～＋40℃；-10℃～＋55相对湿度：5%～95%。大气压力：86kPa～106kPa；66kPa～110kPa。原理阐明硬件构造及功能DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置采用多CPU并行解决分布式主从构造，可分为模仿量采集模块、开关量隔离模块、录波主机模块和MMI模块4某些。模仿量模仿量变换模块开关量隔离模块采集板辅助信号板CPU板DSP存储器CPUMMI板存储器CPU电源1电源2以太网以太网2以太网1DRL600硬件系统构造图模仿量采集模块由小CT、PT、直流采集模块、16位A/D及FPGA构成，将强电信号转换成弱电信号，然后进行模数转换，最后将数字数据传送给DSP。开关量隔离模块由阻容元件及光电隔离器构成，完毕开关量信号隔离变换。录波CPU模块为DSP＋CPU主从构造，独立工作电源。其采用高性能32位嵌入式微解决器系统，两级Watchdog电路，完善软、硬件自检功能；数据计算采用高速DSP。多DSP与CPU之间采用FPGA以及工业级总线互换录波数据，极大限度地解决了大容量数据流互换“瓶颈”。录波CPU模块自带大容量存储器，直接独立进行录波记录与存储，录波完全不倚赖MMI模块及网络，极大提高了录波可靠性。录波CPU模块还设立了百兆光纤以太网接口，支持IEC61850合同，可以便实现数字化变电站建设。MMI模块也采用32位嵌入式微解决器系统，独立工作电源，配有800×600辨别率大屏幕真彩液晶显示屏，并具备Windows图形化界面。MMI模块通过以太网总线与录波CPU模块互换数据，完毕监控、通讯、管理、波形分析及录波记录镜像备份双存储。录波CPU模块和MMI模块既紧密有关互相联系，又在软、硬件上互相独立运营，互不依赖互不干扰；既独立可靠迅速进行了录波记录与多存储，又做到了监控、通讯、管理及波形分析，还完毕了录波记录备份存储。因而DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置不再需要另配后台机，从而从主线上避免了因后台机或网络不稳定而使整个录波器无法正常工作。模仿量采集模块模仿量采集模块由FPGA、高精度16为A/D、高精度录波专用CT、PT及直流采集模块构成。完毕了模仿量隔离、采集、模数变换。开关量隔离模块开关量隔离模块采用了高精度宽温军用级阻容元件及光电隔离器，稳定可靠，可直接采集110/220V开关量信号。录波CPU模块录波CPU模块以高性能32位嵌入式微解决器系统及工业级总线为核心，涉及DSP某些和CPU某些。DSP某些DSP某些由高性能DSP芯片及FPGA构成，完毕付氏变换及有关量计算，同步判断与否启动录波，并把采集时实数据发送给主CPU，，同步也接受主CPU命令。为了更好与数字化变电站接口，DSP某些还设有百兆光纤以太网接口，由DSP及FPGA完毕控制，接受光CT、光PT数字通信。CPU某些CPU某些以高性能32位嵌入式微解决器系统为核心，采用ALL－IN－ONE设计，将几乎所有PC计算机原则设备集成于一块模板上。正常运营状况下，将DSP传送采样数据存于指定RAM区中，循环刷新，同步穿插进行硬件自检等工作，并向MMI模块传送实时稳态数据。一旦启动条件满足，则按故障记录时段规定，进行数据记录，同步启动有关信号继电器及装置面板信号灯。录波数据文献就地存储于CPU某些自带大容量存储器，并自动上传至MMI模块进行备份存储，MMI模块将录波数据文献分两个区域进行镜像双存储。软件上采用了VxWorks嵌入式操作系统，实时性好、效率高、性能强、系统资源占用小，解决了高速记录与缓存有限之间矛盾，做到了真正高速实时录波辅助信号板该板将装置运营、录波、自检等状态量输出，涉及录波动作信号接点输出，各种运营状态灯光信号输出。灯光信号输出直接显示于面板，直观、明了地显示运营工况：运营数据正在录波录波信号正常运营时，运营灯闪烁；内部数据互换时，数据灯闪烁；启动录波时，点亮录波信号灯和正在录波灯；录波过程结束，正在录波灯自动熄灭，录波信号灯直到人工按复归按钮熄灭；MMI模块MMI模块采用嵌入式32为解决器，配有800×600辨别率大屏幕真彩液晶显示屏，并具备Windows图形化界面。监控管理模块通过Ethernet内部总线与录波主机模块互换数据，完毕监控、通讯、管理、波形分析、稳态录波及录波记录镜像备份双存储。稳态录波功能MMI模块将录波CPU模块传送过来实时稳态数据写入数据库，将最新数据保存4天，对过期数据进行删除。MMI模块还对本地/远方顾客提供数据库准时段查找，并将提出数据自动转换为COMTRADE格式文献，供本地/远方顾客使用。故障录波数据波形分析、管理该功能用来查看故障数据文献，将二进制数据转化为可视化波形曲线，计算派生数据，以实现对故障波形分析。标明录波启动时间：故障发生时刻。标注故障性质：模仿量启动方式或某开关量启动。图形编辑与分析：a、电压、电流幅值、峰值、有效值分析；b、电压、电流波形滚动、放大、缩小、比较；输出打印录波分析报告：涉及录波文献途径名、启动时间、启动方式、系统频率、模仿量波形、开关量动作状况等；录波文献管理：存取、拷贝、删除、排序等；序电压/电流分析、显示；谐波分析；有功功率、无功功率、阻抗分析：有效值计算与分析故障测距实时监视功能实时数据监视：系统正常工作时，实时监测系统运营参数，并显示实时数据。密码管理：系统设立了授权密码管理，密码设立可创立、修改和删除。修改定值：各项启动投退及定值整定，开关量启动投退及启动方式整定。修改时钟：在没有GPS对时状况下，可修改装置自身时钟，使录波主机模块与监控管理模块人工对时。手动录波：用于检查维护装置整体运作状态。通信远传：录波文献集中通过监控管理模块远传。模仿量启动原理过流启动启动原理：启动反映工频电流过量。 启动动作判据： I> 式中I相电流（A、B、C），零序电流，负序电流启动动作阈值过压启动启动原理：启动反映工频电压过量。 启动动作判据： U> 式中U相电压（A、B、C），负序电压，零序电压启动动作阈值欠压启动启动原理：启动反映工频电压欠量。 启动动作判据： U< 式中U相电压（A、B、C）启动动作阈值突变量启动启动原理：启动反映工频电压、电流突变。 启动动作判据： |ΔU|>或|ΔI|> 式中U相电压（A、B、C），零序电压 I相电流（A、B、C），零序电流启动动作阈值启动动作阈值1.5秒内10%电流变差启动（振荡）启动原理：装置通过在1.5秒内测定机端电流Ia变化启动。 启动动作判据：式中Imax1.5秒内电流最大值Imin1.5秒内电流最小值Iver1.5秒内电流平均值启动动作阈值(推荐采用0.1)频率越限启动启动原理：该启动重要用于频率异常，频率越限启动通过Ua进行计算。 启动动作判据：过频：fh>；低频：fh>Ua>10V（门槛电压） 式中fh系统频率、启动动作阈值频率变化率启动df/dt≥0.1Hz/s过激磁启动启动原理：启动反映变压器过激磁 启动动作判据： U/F> 式中U线电压标么值 F频率标么值启动动作阈值负序功率增量方向启动负序增量方向启动重要反映变压器不对称故障。启动原理：变压器发生内部不对称故障时，必有负序功率输出；当系统发生不对称故障或不对称负荷时，负序功率一定是由外部系统流入变压器。因此该启动采用故障分量负序电压和故障分量负序电流构成负序增量方向启动。故障分量负序功率定义如下： 式中 负序电压故障分量 负序电流故障分量共轭相量 负序方向继电器敏捷角,这里取=动作判据为： ΔU2> ΔI2>即：同步满足 ΔP2/3>式中 启动动作ΔP2阈值 启动动作ΔU2阈值 启动动作ΔI2阈值 动作最大敏捷角为，动作区为。定值清单Un＝57.7,In=5A定值类型推荐整定值备注相电压突变量5％Un正负突变均启动相电压欠量90％Un建议45V相电压过量110％Un建议70V负序电压过量3％Un建议6V零序电压突变量2％Un正负突变均启动零序电压过量2％Un相电流突变量10％In正负突变均启动相电流过量110％In建议5A负序电流过量10％In建议1A零序电流突变量10％In正负突变均启动零序电流过量10％In直流电流突变量10％In正负突变均启动直流电流过量110％In直流电压突变量5％Un正负突变均启动直流电压过量110％Un过激