變電站啟動調(diào)試無線同步測錄系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

馬 勇，張照輝，陳 光，肖 雷，王小軍，龔引穎

(1.國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.北京北創(chuàng)芯通科技有限公司，北京100089)

變電站啟動調(diào)試無線同步測錄系統(tǒng)的研制及應(yīng)用

馬 勇1，張照輝1，陳 光1，肖 雷1，王小軍2，龔引穎2

(1.國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103；2.北京北創(chuàng)芯通科技有限公司，北京100089)

針對當(dāng)前變電站啟動調(diào)試工作存在的工作量大、效率低、安全性低、數(shù)據(jù)處理和分析耗時較長等問題，對現(xiàn)有啟動調(diào)試錄波系統(tǒng)進行改造提升，研制了適用于變電站啟動調(diào)試的分布式無線同步測錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有簡單、高效、安全可靠、智能的特點。該系統(tǒng)在江蘇省電力公司變電站啟動調(diào)試實驗現(xiàn)場進行了應(yīng)用，結(jié)果顯示該系統(tǒng)測錄結(jié)果滿足啟動調(diào)試技術(shù)要求，相對于傳統(tǒng)的錄波儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有更好的用戶體驗。該無線測試系統(tǒng)的研制成功，豐富了運行人員的測試手段，提升了變電站啟動調(diào)試實驗的效率和安全性。

啟動調(diào)試；電磁暫態(tài)測試；無線錄波；分布式測量；同步測試

為保障新建變電站或新建線路設(shè)施中的電力設(shè)備和線路正常安全運行，在新站或新線路啟動投運前需要進行變電站啟動調(diào)試實驗。啟動調(diào)試實驗的主要內(nèi)容是對主變或者線路開關(guān)進行開合閘電磁暫態(tài)測試[1]，目前，啟動調(diào)試實驗主要采用錄波儀系統(tǒng)進行暫態(tài)錄波，測錄時錄波儀放置在保護室或調(diào)試車，從主變套管末屏或斷路器末屏放線將電壓信號引入保護室或調(diào)試車進行測量[2，3]；將錄波儀串接進二次回路實現(xiàn)電流測錄，這種實驗方式在操作不當(dāng)時可造成二次回路開路，導(dǎo)致重大事故。可見傳統(tǒng)方式存在實驗部署周期長、效率低、工作量大、安全性低等不足，同時測錄的數(shù)據(jù)需要后期手工錄入報表，占用了實驗人員大量時間，降低了工作效率，難以適應(yīng)目前電網(wǎng)快速發(fā)展的需要。

針對上述問題，從簡單、高效、安全、智能化的角度出發(fā)，研制了適用于變電站啟動調(diào)試的分布式無線同步測錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對電壓電流電磁暫態(tài)信號進行分布式無線同步采集和傳輸，省卻了大量放線工作，簡化了測量系統(tǒng)；同時由于采用了非侵入式的微型感應(yīng)式電流探頭，測錄二次回路電流時，無須拆接屏柜中的二次線路，避免了二次回路開路事故，且更加安全可靠；該系統(tǒng)還具備專業(yè)化的啟動調(diào)試測錄系統(tǒng)軟件，相對于通用錄波儀軟件，更加簡潔、智能、高效和人性化。

1 系統(tǒng)的組成和原理

變電站啟動調(diào)試分布式無線同步測錄系統(tǒng)由無線基站、電壓采集節(jié)點、電流采集節(jié)點、啟動調(diào)試無線測錄系統(tǒng)軟件組成[4]，如圖1所示。

1.1 無線基站

圖1 分布式無線同步測錄系統(tǒng)組成架構(gòu)

無線基站提供一個2.4 G或5.8 G的無線局域網(wǎng)覆蓋，所有節(jié)點設(shè)備都可以通過無線接入該局域網(wǎng)；此外無線基站還具備射頻時鐘同步功能模塊，該模塊通過接收GPS信號并解析時間，將時間信息轉(zhuǎn)換為UV段無線電信號廣播到變電站范圍的空間，同步協(xié)議參考IEEE 1588[5]。范圍內(nèi)的室內(nèi)外都可以接收到該時鐘信號，從而可對無法連上GPS的節(jié)點進行授時同步。

1.2 電壓采集節(jié)點

單個電壓采集節(jié)點具有6個數(shù)據(jù)采集通道，在主變啟動調(diào)試實驗中，僅需一個節(jié)點即可完成高壓側(cè)和低壓側(cè)錄波任務(wù)；在數(shù)據(jù)傳輸方面采用了大功率無線模塊和定向平板天線，可適應(yīng)變電站內(nèi)有鋼架設(shè)施遮擋無線信號的環(huán)境；采用全封閉金屬屏蔽外殼，保護內(nèi)部電路不受外界強電磁干擾影響；采用可方便更換的外置鋰電池供電，可連續(xù)工作15 h以上；節(jié)點內(nèi)部具有獨立的節(jié)點無線管理系統(tǒng)，實時監(jiān)測電池電量、溫度、設(shè)備工作狀態(tài)，并通過433 M無線信號傳輸?shù)街骺囟松衔粰C軟件顯示，上位機軟件可遠程對設(shè)備電源進行開關(guān)。如圖2所示。

節(jié)點采樣率為200 kS/s，由FPGA實現(xiàn)6路同步數(shù)據(jù)高速采集，同時接受GPS或射頻時鐘同步模塊的時鐘信號，對采集到的數(shù)據(jù)進行分幀打包并在幀頭打上精確的時間戳，然后傳給ARM進行數(shù)據(jù)預(yù)處理和上傳。具備防浪涌、沖擊、干擾的保護電路，采用電壓互感器和光隔進行了兩級隔離，從而最大程度保護設(shè)備安全。如圖3所示。

圖2 電壓采集節(jié)點

圖3 電壓采集原理

ARM中運行Linux操作系統(tǒng)和采集錄波程序，主要承擔(dān)臨時存儲、觸發(fā)條件判斷、觸發(fā)后重要數(shù)據(jù)本地備份、數(shù)據(jù)上傳等任務(wù)。

1.3 電流采集節(jié)點

電流采集節(jié)點內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本與電壓采集節(jié)點一樣，不同之處在于電流采集節(jié)點采用外置的開合式電流探頭采集信號，這種探頭小巧輕便，在測量變電站二次電路中的電流時，無須將設(shè)備串接到電路中，只需要打開探頭并夾在待測線纜上即可，探頭體積小重量輕，與被測線路沒有任何電連接，對被測線路不會造成影響，操作簡單，安全性極高。如圖4所示。

圖4 電流探頭

1.4 無線測錄系統(tǒng)軟件

無線測錄系統(tǒng)軟件根據(jù)啟動調(diào)試實驗特點設(shè)計，可以方便地進行工程創(chuàng)建、錄波、波形回放、波形縮放查看細節(jié)、分析、自動計算、報表生成等操作。軟件界面簡潔友好，操作簡便，便于新手快速掌握軟件使用，可節(jié)省大量培訓(xùn)時間。此外，無線測錄系統(tǒng)軟件還支持當(dāng)前常用的HBM、橫河錄波儀波形格式轉(zhuǎn)換，可將其波形文件格式轉(zhuǎn)換成本軟件支持的格式進行顯示處理。如圖5所示。

圖5 軟件界面

2 現(xiàn)場應(yīng)用

變電站啟動調(diào)試分布式無線同步測錄系統(tǒng)從2014年到2016年，參與了10余次500 kV變電站、2次特高壓變電站的啟動調(diào)試實驗，與已成熟應(yīng)用多年的錄波儀系統(tǒng)共同工作。

2015年江蘇南京特高壓變電站啟動調(diào)試實驗電流測錄現(xiàn)場如圖6所示。節(jié)點后方線纜為傳統(tǒng)錄波儀系統(tǒng)采集電流信號用到的線纜，無線同步測錄系統(tǒng)電流節(jié)點只有2根各帶3個感應(yīng)式電流探頭的線纜，可以測錄2組共6個通道電流信號，電流探頭直接鉗在被測線路上，無需拆解屏柜中的線路。節(jié)點放置在被測線路屏柜下方，采用電池供電，數(shù)據(jù)通過無線傳輸，無需放線，實驗現(xiàn)場比較簡潔。

圖6 電流實驗現(xiàn)場

江蘇泰州特高壓變電站啟動調(diào)試電壓測錄現(xiàn)場如圖7所示。電壓節(jié)點采用三根雙屏蔽短線纜連接到斷路器末屏，采集的電壓信號通過無線發(fā)送到上位機，實驗過程中省卻了大量的放線工作，提高了工作效率，避免了傳統(tǒng)錄波儀系統(tǒng)經(jīng)過路面的線纜遭受碾壓斷裂的風(fēng)險。上位機只需要1臺具備無線功能的電腦即可完成數(shù)據(jù)測錄工作。

圖7 電壓實驗現(xiàn)場圖

在實驗的前期準備和后期收尾工作中，分布式無線同步測錄系統(tǒng)由于架構(gòu)簡單、線纜少，具有明顯的效率優(yōu)勢；在后期的數(shù)據(jù)結(jié)果處理中，以其智能化、專業(yè)化的自動計算功能，為實驗人員節(jié)省了大量時間。通過將錄波儀的測量波形轉(zhuǎn)換本無線測控軟件支持的波形格式并對比2種工具的測試結(jié)果，分布式無線測錄系統(tǒng)在測量精度、波形準確度方面與錄波儀系統(tǒng)基本一致如圖8所示，左側(cè)為錄波儀波形，右側(cè)為分布式無線同步測錄系統(tǒng)波形。實驗結(jié)果顯示該系統(tǒng)符合啟動調(diào)試實驗技術(shù)要求。

圖8 實驗波形對比圖

3 結(jié)束語

變電器啟動調(diào)試分布式無線同步測錄系統(tǒng)具有以下特點：

（1）采用分布式無線技術(shù)，測錄電壓暫態(tài)信號時，免去大量放線工作；

（2）電流測量時，采用感應(yīng)式電流探頭，更安全、方便；

（3）制化軟件系統(tǒng)，簡單易操作，可自動計算過電壓系數(shù)、最大涌流等結(jié)果并生成報表，節(jié)省大量后期數(shù)據(jù)讀取拷貝和人工計算時間。

利用該系統(tǒng)對比傳統(tǒng)的錄波儀系統(tǒng)進行現(xiàn)場實驗，結(jié)果顯示兩者結(jié)果基本一致，能夠準確反映電磁暫態(tài)變化規(guī)律，而分布式無線同步測錄系統(tǒng)在安裝部署、操作體驗、安全性方面具有明顯優(yōu)勢。

[1]DL/T 1041—2007電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)現(xiàn)場試驗導(dǎo)則[S].

[2]李遠卓，王 征.20～500 V電網(wǎng)輸變電工程啟動調(diào)試方法解析[J].華北電力技術(shù)，2014(7)：14-19，30.

[3]王 虎，王詩明，王 華，等.500 kV變電站啟動調(diào)試分析[J].江西電力，2008，32(4)：4-7.

[4]胡成博，張 能，馬 勇，等.狀態(tài)監(jiān)測裝置智能校驗系統(tǒng)的研制與應(yīng)用[J].江蘇電機工程，2016，35(1)：70-75.

[5]汪祺航，黃 偉，吳在軍，等.基于IEEE 1588標準的變電站同步網(wǎng)絡(luò)的研究[J].江蘇電機工程，2010，29(1)：51-54.

Development and Application of Wireless Synchronized Measurement and Recording System for Start Debugging of Substation

MA Yong1,ZHANG Zhaohui1,CHEN Guang1,XIAO Lei1,WANG Xiaojun2,GONG Yingyin2
(1.State Grid Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute,Nanjing 211103,China; 2.Beijing Creative Chip Expect Technology Co.Ltd.,Beijing 100089,China)

Considering the heavy workload,inefficiency,low safety,time-consuming in data analyzing and processing in transformer substation start debugging,a distributed wireless synchronized measurement and recording system for the start debugging of transformer is developed.The system is simple,efficient,safe,reliable and intelligent.The developed system has been applied to the transformer substation start debugging in Jiangsu electric power company,and the results satisfy the technique requirements.Compared to traditional wave recorder system,the wireless synchronized measurement and recording system has a better user-experience.The application of this system increases start debugging experiment and enhances the efficiency and safety of start debugging.

start debugging;electromagnetic transient measurement;wireless wave record;distributed measurement; synchronous testing

TM732

A

1009-0665（2016）06-0026-03

馬 勇（1986），男，湖北保康人，工程師，從事輸變電工程啟動調(diào)試，過電壓檢測分析，避雷器、電容器設(shè)備專業(yè)管理工作；

張照輝（1988），男，安徽亳州人，碩士研究生，從事輸變電工程啟動調(diào)試，過電壓檢測分析等工作；

陳 光（1986），男，山東曲阜人，工程師，從事輸變電工程啟動調(diào)試、過電壓檢測分析及配網(wǎng)專業(yè)管理等工作；

王小軍（1985），男，貴州遵義人，工程師，從事電力智能測試系統(tǒng)研究和開發(fā)工作；

龔引潁（1981），男，湖北蘄春人，工程師，從事電力系統(tǒng)軟件設(shè)計、開發(fā)和管理工作。

2016-08-10；

2016-09-22