電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄系統(tǒng)研究概述

孫劍濤

【摘 要】電力工業(yè)是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的支柱產(chǎn)業(yè)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有非常重要的地位。隨著人們生活水平的不斷提高，電能已成為現(xiàn)代化生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿?，它在?guó)計(jì)民生中日益顯示出舉足輕重的作用。因此，保證電力系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行和電能的質(zhì)量具有很重要的意義。電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄系統(tǒng)是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時(shí)能自動(dòng)記錄的一種裝置，它可以記錄因短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動(dòng)引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量，如有功、無(wú)功以及系統(tǒng)頻率的全過(guò)程變化現(xiàn)象。本文借助高性能嵌入式處理器及高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），以《220～500kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》為基礎(chǔ)對(duì)電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄系統(tǒng)展開(kāi)研究，以達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)檢測(cè)精度、記錄存儲(chǔ)能力、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、系統(tǒng)穩(wěn)定性越來(lái)越高的要求。

【關(guān)鍵詞】電力工業(yè)；電能質(zhì)量檢測(cè)；記錄裝置

0 引言

電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄裝置是研究現(xiàn)代電網(wǎng)的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)繼電保護(hù)動(dòng)作行為及分析設(shè)備故障性質(zhì)和原因的重要依據(jù)，性能優(yōu)良的故障錄波裝置[1]對(duì)于保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行及提高電能質(zhì)量起到了重要的作用。電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄裝置已成為電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄動(dòng)態(tài)過(guò)程必不可少的精密設(shè)備，其主要任務(wù)是記錄系統(tǒng)大擾動(dòng)如短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等發(fā)生后的有關(guān)系統(tǒng)電參量的變化過(guò)程及繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為。

1 電力系統(tǒng)故障及危害

電能生產(chǎn)的特點(diǎn)是具有連續(xù)性、不能中斷、也不能儲(chǔ)存，因此，電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用是在同一時(shí)間內(nèi)完成的。生產(chǎn)、輸送、分配、使用電能的發(fā)電廠(chǎng)、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)和電力用戶(hù)組成的整體就是電力系統(tǒng)[2]。電力系統(tǒng)故障是指系統(tǒng)中某一元件的正常運(yùn)行狀態(tài)遭到破壞。發(fā)生故障后一般會(huì)引起電流的增大，電壓和頻率的降低或升高，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備和用戶(hù)的正常工作遭到破壞。最常見(jiàn)也是最危險(xiǎn)的故障是各種類(lèi)型的短路。

故障分瞬時(shí)性故障和永久性故障兩種。所謂瞬時(shí)性故障是指故障設(shè)備斷開(kāi)電源后，故障點(diǎn)的絕緣強(qiáng)度能夠自行恢復(fù)。例如，大風(fēng)引起樹(shù)枝碰線(xiàn)等，如果重新將此線(xiàn)路合閘，線(xiàn)路將能恢復(fù)運(yùn)行。永久性故障是指斷開(kāi)電源之后，故障仍然存在，如絕緣子的擊穿或損壞，線(xiàn)路倒桿，變壓器或電機(jī)絕緣損壞引起的匝間短路等等，這類(lèi)故障在排除之前，是不可能很快恢復(fù)正常運(yùn)行的。

電力系統(tǒng)故障的危害主要表現(xiàn)在以下各方面：

（1）系統(tǒng)中部分地區(qū)的電壓大幅度下降，使用戶(hù)的正常工作遭到破壞，嚴(yán)重時(shí)，可能引起電壓崩潰，造成大面積停電。

（2）短路電流產(chǎn)生的電弧，燒壞故障設(shè)備。

（3）短路電流可達(dá)到額定值的幾倍至幾十倍。很大的短路電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)和電動(dòng)力，使故障支路的電氣設(shè)備遭到破壞或損傷，從而縮短使用壽命。

（4）破壞電力系統(tǒng)各發(fā)電廠(chǎng)之間并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，甚至造成整個(gè)電力系統(tǒng)的瓦解。

2 電力系統(tǒng)對(duì)故障錄波的技術(shù)要求

《220～500kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》中規(guī)定電力系統(tǒng)對(duì)故障錄波的技術(shù)要求[3]：

（1）當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)，包括在遠(yuǎn)方故障時(shí)，能自動(dòng)地對(duì)擾動(dòng)的全過(guò)程按要求進(jìn)行記錄，并當(dāng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程基本終止后，自動(dòng)停止記錄。

（2）存儲(chǔ)容量應(yīng)足夠大，當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)，應(yīng)能無(wú)遺漏地記錄每次系統(tǒng)大擾動(dòng)發(fā)生后的全過(guò)程數(shù)據(jù)，并按要求輸出歷次擾動(dòng)后的系統(tǒng)電參數(shù)（I、U、P、Q、f）及保護(hù)裝置和安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為。

（3）所記錄的數(shù)據(jù)可靠安全、滿(mǎn)足要求、不失真。其記錄頻率（采樣頻率）和記錄間隔（連續(xù)或間隔一定時(shí)間記錄一次），以每次大擾動(dòng)開(kāi)始時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)，宜分時(shí)段滿(mǎn)足要求。其選擇原則是：

（a）適應(yīng)分析數(shù)據(jù)的要求。

（b）滿(mǎn)足運(yùn)行部門(mén)故障分析和系統(tǒng)分析的需要。

（c）盡可能只記錄和輸出滿(mǎn)足實(shí)際需要的數(shù)據(jù)。

（d）各安裝點(diǎn)記錄及輸出的數(shù)據(jù)，應(yīng)能在時(shí)間上同步，以適應(yīng)集中處理系統(tǒng)全部信息的要求。

3 電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄裝置的基本要求

電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)記錄分三種不同的功能。

3.1 高速故障記錄

要求記錄因短路故障[4]或系統(tǒng)操作引起的、由線(xiàn)路分布參數(shù)與作用在線(xiàn)路上出現(xiàn)的電流及電壓暫態(tài)過(guò)程，主要用于檢測(cè)新型高速繼電保護(hù)及安全自動(dòng)保護(hù)裝置的動(dòng)作行為，也可用以記錄系統(tǒng)操作過(guò)電壓和可能出現(xiàn)的鐵磁諧振現(xiàn)象。其特點(diǎn)是：采樣速度高，一般采樣頻率不小于5Hz；全程記錄時(shí)間短，一般不大于1s。

3.2 故障動(dòng)態(tài)過(guò)程記錄

記錄因大擾動(dòng)引起的系統(tǒng)電流、電壓及其導(dǎo)出量，如有功功率、無(wú)功功率[11]以及系統(tǒng)頻率的全過(guò)程變化現(xiàn)象。主要用于檢測(cè)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為，了解系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)中各電參量的變化規(guī)律，校核電力系統(tǒng)計(jì)算程序及模型參數(shù)的正確性。其特點(diǎn)是采樣速率允許較低。一般不超過(guò)1.0kHz，但記錄時(shí)間長(zhǎng)，要直到暫態(tài)和頻率大于0.1Hz的動(dòng)態(tài)過(guò)程基本結(jié)束時(shí)才終止。已在系統(tǒng)中普遍采用的各種類(lèi)型的故障錄波器及事件順序記錄儀均屬于此一類(lèi)。

3.3 長(zhǎng)過(guò)程動(dòng)態(tài)記錄

在發(fā)電廠(chǎng)，主要用于記錄諸如汽流、汽壓、汽門(mén)位置，有功及無(wú)功功率輸出，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或頻率以及主機(jī)組的勵(lì)磁電壓；在變電所，則用于記錄主要線(xiàn)路的有功潮流、母線(xiàn)電壓及頻率、變壓器電壓分接頭位置以及自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為等。其特點(diǎn)是采樣速率低（數(shù)秒一次），全過(guò)程長(zhǎng)。

4 總結(jié)

本文對(duì)電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄系統(tǒng)展開(kāi)研究，從電力系統(tǒng)故障及危害、電力系統(tǒng)對(duì)故障錄波的技術(shù)要求、國(guó)內(nèi)外電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄裝置的比較、電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄裝置的基本要求、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程記錄的要求幾方面加以闡述，進(jìn)而達(dá)到進(jìn)一步提高電能質(zhì)量檢測(cè)與記錄系統(tǒng)性能的目的。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]劉輝，張桂枝，樂(lè)秀播.基于DSP的雙處理器微機(jī)保護(hù)[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2001， 29（3）：60-64.

[4]李鈺.新型發(fā)電機(jī)變壓器組故障錄波裝置的研究[D].保定：華北電力大學(xué)， 2006.

[5]Hdialgo R M， Femandez J G， et al. A simple adjustable window algorithm to improve FFT measurements[J]， IEEE Trans. On IM， 2002， 51（1）： 31-36.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]