適用于智能變電站的新型數(shù)字化錄波器

摘.. 要: 介紹了數(shù)字化錄波器與傳統(tǒng)錄波器在設(shè)計(jì)中的不同; 介紹了數(shù)字化錄波器裝置的功能, 闡述了根據(jù)智能變電站的特點(diǎn)和建設(shè)需求采用新型數(shù)字化錄波器的數(shù)字化變電站技術(shù)及規(guī)范的特點(diǎn)。

1.. 數(shù)字化錄波器與傳統(tǒng)的比較

( 1) 采樣模式

與傳統(tǒng)錄波器相比, 數(shù)字化錄波器前端采樣的信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過了合并單元的數(shù)字化處理, 是基于IEC61850網(wǎng)絡(luò)規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息[ 1] , 不需要像傳統(tǒng)錄波器還需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換獲取采樣信息。雖然沒有了模數(shù)轉(zhuǎn)換過程, 但是數(shù)字化錄波器對(duì)網(wǎng)絡(luò)芯片的處理能力提出了更高的要求, kM網(wǎng)卡和高性能的前端采樣處理芯片等都陸續(xù)應(yīng)用到數(shù)字化錄波器的開發(fā)和生產(chǎn)中。除了前端處理芯片, 后臺(tái)存儲(chǔ)和處理采樣信息也比傳統(tǒng)錄波裝置提出了更高的要求, 海量的采樣數(shù)據(jù)需要更大容量的硬盤存儲(chǔ)器, 采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理需要更高性能的CPU 處理器, 硬件平臺(tái)的限制, 是現(xiàn)在數(shù)字化錄波器發(fā)展需要突破和解決的主要問題。由于采樣方式的不同, 數(shù)字化錄波器在接線方式上比傳統(tǒng)錄波器更加簡(jiǎn)單, 只需要光纖信號(hào)直接引入, 節(jié)省了大量的模擬數(shù)據(jù)線路的接入。

( 2) 數(shù)據(jù)處理

數(shù)字化錄波器不僅要處理采樣信息, 還要處理網(wǎng)絡(luò)中海量的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息[ 1] 。智能變電站中的故障分析對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的儲(chǔ)存和分析提出了更高的要求, 為此, 數(shù)字化錄波器就要完整地記錄網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的所有信息, 并提供更加方便可快捷的分析手段, 從而快速地從海量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中提取出異常的報(bào)文信息, 幫助分析者更快的定位故障發(fā)生的原因, 使故障得到更快的解決。

針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文, 數(shù)字化故障錄波器要分別用不同的方法進(jìn)行分析, 不像傳統(tǒng)錄波器只有模擬量和簡(jiǎn)單的開關(guān)量信息, C omtrade文件格式簡(jiǎn)單記錄的波形文件, 可能并不能完整地記錄故障分析所需的數(shù)據(jù)(如: 枚舉量、1588時(shí)鐘報(bào)文等) , 因此數(shù)字化錄波器要有一種獨(dú)立的數(shù)據(jù)記錄格式來(lái)滿足數(shù)字化變電站發(fā)展的要求, 記錄更加完整和有效的數(shù)據(jù)信息。

( 3) 定值整定數(shù)字化錄波器采樣數(shù)據(jù)的豐富和發(fā)展, 也必然對(duì)其定值整定帶來(lái)一定的變化。除了傳統(tǒng)錄波器的定值啟動(dòng)項(xiàng)外, 應(yīng)該根據(jù)不同的報(bào)文信息, 增加網(wǎng)絡(luò)報(bào)文告警信息錄波啟動(dòng)定值的配置, 更改定值文件的配置來(lái)滿足不同的數(shù)字化變電站對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文采集和分析要求。具體增加項(xiàng)目可能需要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn), 需要具體的商討制定。

( 4) 應(yīng)用范圍數(shù)字化錄波器在數(shù)字化變電站前期試驗(yàn)階段的作用也更加重要。傳統(tǒng)錄波器采集的信號(hào)比較簡(jiǎn)單, 基本僅根據(jù)保護(hù)本身的錄波信息就可以判斷故障, 但數(shù)字化變電站保護(hù)錄波的功能有限, 只能錄到跳閘左右很少的數(shù)據(jù), 無(wú)法完整準(zhǔn)確的判斷網(wǎng)絡(luò)中其他信息是否正確, 給故障的分析帶來(lái)相當(dāng)大的困難。數(shù)字化錄波器就可以完整的記錄網(wǎng)絡(luò)報(bào)文信息, 為故障分析提供更加豐富可靠的錄波數(shù)據(jù), 使數(shù)字化變電站的前期調(diào)試更加簡(jiǎn)單,故障的分析更加的快捷和有效。

因此, 傳統(tǒng)錄波器已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)智能變電站的應(yīng)用環(huán)境, 新的適用于智能變電站的新型數(shù)字化錄波器應(yīng)運(yùn)而生。

圖1.. 報(bào)文分析的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件

2.. 數(shù)字化錄波器的功能

( 1) 報(bào)文記錄

數(shù)字化錄波器報(bào)文記錄的功能, 由于采樣信號(hào)的實(shí)時(shí)性, 只有完整的記錄所有的報(bào)文信息, 才能為后續(xù)的分析提供可靠的數(shù)據(jù), 所以要求采樣報(bào)文能夠有更精確的時(shí)間記錄, 盡量能夠做到1ns甚至200 ns。處理采樣的實(shí)時(shí)性使采樣數(shù)據(jù)報(bào)文也是海量的, 以9..2報(bào)文為例, 1個(gè)合并單元, 采用4 000H z的采樣頻率, 1 s的數(shù)據(jù)可以達(dá)到0. 5M以上, 要記錄7 d以上的數(shù)據(jù), 就需要幾Tb甚至幾十Tb的硬盤。

( 2) 報(bào)文的分析

數(shù)字化變電站有IEC61850..MMS、IEC61850..9..1、IEC61850..9..2、60044..8、GOOSE、TCP / IP 等多種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議, 要從海量的報(bào)文中得到有用的數(shù)據(jù)就需要對(duì)報(bào)文進(jìn)行針對(duì)性的分析。結(jié)合變電站的SCD文件把報(bào)文信息對(duì)應(yīng)到具體的設(shè)備的具體信息, 使報(bào)文更加具體分析更加簡(jiǎn)單; 另外,可以根據(jù)數(shù)字化變電站的規(guī)范, 制定具體的報(bào)文異常報(bào)警信息, 提取出報(bào)文中的異常信息, 實(shí)現(xiàn)真正的智能自動(dòng)的分析報(bào)文信息。

( 3) 采樣值和動(dòng)作信號(hào)的分析

為了更加方便地分析故障波形, 數(shù)字化錄波器需要提取出采樣和動(dòng)作信號(hào), 轉(zhuǎn)化為com trade波形文件。根據(jù)數(shù)字化采樣值信號(hào)的特點(diǎn), 波形存儲(chǔ)和顯示時(shí)需要根據(jù)具體采樣點(diǎn)序號(hào)對(duì)應(yīng)顯示或按時(shí)間順序顯示。除了傳統(tǒng)的錄波器定值啟動(dòng)外, 數(shù)字化錄波器還增加了報(bào)文異常啟動(dòng), 可以為故障的分析和處理提供更多的數(shù)據(jù)信息。

3.. 數(shù)字化錄波器的軟硬件設(shè)計(jì)特點(diǎn)

( 1) 硬件特點(diǎn)

1) 為了保證采樣信息處理的速度和實(shí)時(shí)性要求, 采用FPGA 結(jié)合嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)Vx..w orks, FPGA 芯片并行的處理能力, 可以把報(bào)文時(shí)標(biāo)的進(jìn)度精確到1 ..s以內(nèi), 甚至到200 ns以內(nèi)。嵌入式的操作系統(tǒng)可以保證數(shù)據(jù)的高速讀寫, 滿足海量報(bào)文的實(shí)時(shí)分析和保存。

2) 內(nèi)網(wǎng)采用kM 設(shè)計(jì), 可快速接收前置FP..GA 的報(bào)文采集, 采用kM PHY 直接處理IEC1588, 誤差可 80 ns。

3) 每個(gè)采集單元配有.. 160 G 的硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù), 集中管理單元配有320 G 硬盤, 支持網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)器以及本公司設(shè)計(jì)的磁盤箱, 可根據(jù)接入量以及用戶對(duì)數(shù)據(jù)要求的保存期限選配。分布式的存儲(chǔ)設(shè)計(jì), 使數(shù)據(jù)更加安全。

( 2) 軟件特點(diǎn)

軟件設(shè)計(jì)方面除了兼容傳統(tǒng)錄波器的要求外, 還增加了報(bào)文分析的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件, 見圖1。

報(bào)文分析的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件增加了報(bào)文事件的實(shí)時(shí)告警、報(bào)文信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息狀態(tài), 并可分析和查詢歷史報(bào)文信息。

分析和處理報(bào)文信息采用了插件式的設(shè)計(jì)原理, 便于報(bào)文信息的擴(kuò)展和分析。不同的報(bào)文類型采用不同的插件處理, 每個(gè)插件可以采用不同的分析手段, 根據(jù)報(bào)文的不同特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì), 便于軟件的擴(kuò)展, 更能夠適應(yīng)智能變電站不斷發(fā)展的需要。

4.. 結(jié)論

傳統(tǒng)錄波器已經(jīng)不能適應(yīng)智能化變電站的應(yīng)用環(huán)境。新型的數(shù)字化錄波裝置, 采用更加先進(jìn)的硬件平臺(tái), 結(jié)合傳統(tǒng)的分析處理軟件并根據(jù)數(shù)字化變電站的需求, 綜合分析網(wǎng)絡(luò)上各種報(bào)文信息, 基本能夠適用智能化數(shù)字變電站現(xiàn)在發(fā)展建設(shè)的需求。

參考文獻(xiàn):

[ 1] 凌.. 平, 沈.. 冰, 周.. 健. 全數(shù)字化變電站系統(tǒng)的檢測(cè)手段研究[ J] . 華東電力, 2009, 37( 6 ): 952..955.

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