基于COMTRADE錄波文件的單端離線測距方法

王力+趙德基+劉裕樺

摘要：目前對COMTRADE文件的分析主要是繪制圖形展示和進(jìn)行諧波分析等。本文提出了使用計(jì)算機(jī)程序?qū)OMTRADE文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，結(jié)合輸電線路測距原理及算法，計(jì)算出故障距離的新思路。

關(guān)鍵詞：COMTRADE文件；離線；單端測距

中圖分類號：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0078-04

COMTRADE文件是IEEE在1991年提出的“電力系統(tǒng)瞬態(tài)數(shù)據(jù)交換的通用格式”標(biāo)準(zhǔn)，以解決微機(jī)測試裝置、數(shù)字故障錄波裝置、數(shù)字保護(hù)之間數(shù)據(jù)交換問題，并在1999年進(jìn)行了完善和修訂。

輸電線路故障測距是在線路發(fā)生故障時(shí)對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到故障發(fā)生點(diǎn)至保護(hù)安裝處的距離，從而能及時(shí)找到故障發(fā)生點(diǎn)，達(dá)到修復(fù)故障線路、保證輸電的穩(wěn)定性的目的，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要的意義。

目前對COMTRADE文件的分析主要包括圖形繪制和諧波分析，本文使用計(jì)算機(jī)程序?qū)OMTRADE文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取分析，結(jié)合輸電線路測距算法，計(jì)算出故障距離，不失為一種新的COMTRADE文件數(shù)據(jù)處理的新思路。

1 COMTRADE文件

COMTRADE文件由“標(biāo)題文件（.HDR）”、“配置文件（.CFG）”、“數(shù)據(jù)文件（.DAT）”、“信息文件（.INF）”組成。其中“配置文件”和“數(shù)據(jù)文件”是必須的，“標(biāo)題文件”和“信息文件”是可選的。

1.1 COMTRADE文件組成

由于1999版本的COMTRADE文件能兼容1991版本的文件，兩者區(qū)別也僅在于配置文件中的變比和P/S標(biāo)志說明，因此以下僅對1999版本的文件結(jié)構(gòu)做介紹。COMTRADE包含標(biāo)題文件、信息文件、配置文件和數(shù)據(jù)文件。

1.2 標(biāo)題文件

標(biāo)題文件中數(shù)據(jù)的目的是打印或者是供使用者閱讀的。其中內(nèi)容沒有固定的格式，可以隨意的包含任何信息。標(biāo)題文件采用ASCII編碼，使用“.HDR”后綴。是可選文件。

1.3 信息文件

信息文件是文件創(chuàng)建者給其他人提供的除有用信息之外的附加信息。內(nèi)容沒有固定格式。信息文件采用ASCII編碼，使用“.INF”后綴，是可選文件。

1.4 配置文件

配置文件以ASCII格式編碼，功能是為相應(yīng)的DAT數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。配置文件中有固定的記錄格式，在2.1節(jié)中有講解。是必須文件。

1.5 數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)文件可以是ASCII編碼或者Binary編碼，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式需要嚴(yán)格按照配置文件中規(guī)定的格式填寫。在2.1節(jié)中有具體說明。是必須文件。

2 COMTRADE文件結(jié)構(gòu)

現(xiàn)僅對“配置文件”和“數(shù)據(jù)文件”文件結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

2.1 配置文件

配置文件以”行”為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每一行的末尾以結(jié)尾，每行的數(shù)據(jù)以英文逗號分割，若對應(yīng)的數(shù)據(jù)沒有逗號也需要保留，且逗號間不能有空格。

配置文件統(tǒng)一格式如下所示：

station_name，rec_dev_id，rev_year

TT，##A，##D

An，ch_id，ph，ccbm，uu，a，b，skew，min，max，primary，secondary，PS

Dn，ch_id，ph，ccbm，y

Lf

nrates

samp，endsamp

dd/mm/yyyy，hh：mm：ss.ssssss

dd/mm/yyyy，hh：mm：ss.ssssss

ft

2.2 數(shù)據(jù)文件

COMTRADE數(shù)據(jù)文件有兩種編碼形式分別為“ASCII”和“Binary”，一般來說兩種編碼格式可以相互轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)文件中包含采樣點(diǎn)數(shù)、采樣時(shí)間、模擬量通道值、數(shù)字量通道值。

2.2.1 ASCII編碼

ASCII編碼的數(shù)據(jù)文件以“逗號間隔格式”存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，每個(gè)完整數(shù)據(jù)之后用分隔。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式如下：

n， timestamp， A1， A2，…，Ak， D1， D2，…，Dm

含義如下：

n采樣數(shù)。必須，整型，最小值1，最大值9999999999；

timestamp采樣時(shí)間。整型，最小長度1，最大長度10。單位毫秒。

A1， A2，…，Ak 模擬通道數(shù)據(jù)，用逗號隔開。非必須，整型，最小值-99999，最大值99998。

D1， D2，…Dm 開關(guān)量通道數(shù)據(jù)，用逗號隔開。非必須，整型，長度為1字符，值為0或者1。

2.2.2 Binary編碼

Binary編碼的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與ASCII編碼相同的字段，有采樣數(shù)、采樣時(shí)間、模擬量通道數(shù)據(jù)、開關(guān)量通道數(shù)據(jù)。但是數(shù)據(jù)之間沒有用逗號分隔，在每個(gè)完整數(shù)據(jù)之后也沒有。

Binary數(shù)據(jù)文件采用LSB/MSB記錄數(shù)據(jù)，也即是低字節(jié)放前面，高字節(jié)放后面。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式如下：

n timestamp A1 A2…Ak S1 S2…Sm

含義如下：

n采樣點(diǎn)數(shù)。長度4個(gè)字節(jié)，最小值是00000000，最大值是FFFFFFFF；

timestamp采樣時(shí)間。長度4個(gè)字節(jié)，最小值是00000000，最大值是FFFFFFFF；

A1 A2...Ak模擬通道數(shù)值。長度2字節(jié)，最小值8001（-32767），最大值7FFF（32767），缺少的數(shù)據(jù)用8000填充，正數(shù)以原碼表示，負(fù)數(shù)以補(bǔ)碼表示；

S1 S2...Sm開關(guān)通道數(shù)值。長度2字節(jié)，每兩個(gè)字節(jié)可以描繪16個(gè)通道的開關(guān)狀態(tài)。狀態(tài)保存時(shí)，低位在前，高位在后。例如六個(gè)通道的開關(guān)量狀態(tài)為（0、0、0、0、1、1），將被儲(chǔ)存為110000，用0補(bǔ)充高位成16位，則變?yōu)?000 0000 0011 0000，即00 30，然后采用LSB/MSB的DOS標(biāo)準(zhǔn)格式儲(chǔ)存為30 00。

注：每個(gè)采樣所占用的字節(jié)數(shù)為。其中4代表用于記錄采樣點(diǎn)數(shù)和采樣時(shí)間的字節(jié)數(shù)，是模擬量通道數(shù)量，表示開關(guān)量通道數(shù)除以16之后上取整。

3 單端測距算法

3.1 單端測距原理

因?yàn)橐治龅腃OMTRADE文件是單側(cè)變電站提供的，因此本文采用的測距算法是單端量法。單相系統(tǒng)故障原理如圖1所示。

假設(shè)端為測量端，則測量阻抗可表示為：

3.2 故障啟動(dòng)算法

故障啟動(dòng)主要是用來判斷故障發(fā)生的時(shí)刻，使得啟動(dòng)程序開始運(yùn)行。本文采用的是型如的算法，這種算法受頻率變化較小[6]。

3.3 故障選相算法

在故障選相中主要有突變量電流選相和對稱分量選相兩種方法。突變量電流選相在故障初始階段有較高的靈敏性，對稱分量選相在非故障初始階段也能保證較好的選相準(zhǔn)確性[5]。為了計(jì)算方便，本文采用的是相電流差突變量選相算法。其流程如圖2所示。

4 離線測距流程

離線測距流程思路主要是通過程序讀取CFG文件配置，再讀取DAT文件數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，然后使用測距算法取得需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行測距計(jì)算。

其流程如圖3所示。

5 離線測距結(jié)果與現(xiàn)場結(jié)果對比分析

通過分析兩個(gè)電站主一主二保護(hù)提供的4份COMTRADE文件，使用“單電源法”和“雙電源法”計(jì)算測距結(jié)果，對比結(jié)果如表1至表4。

通過以上表格數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，測距差最小的是0.899%，誤差較大的是9.785%。誤差較大的原因是因?yàn)樗惴ㄊ褂玫氖荂OMTRADE文件中的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)受記錄儀器影響較大，會(huì)引入儀器誤差。但是若COMTRADE文件數(shù)據(jù)受影響較小，測距結(jié)果也相對準(zhǔn)確。在實(shí)際中，在有些廠站保護(hù)不提供測距結(jié)果的時(shí)候也能提供較為準(zhǔn)確的故障距離。

6 結(jié)語

本文通過分析電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換COMTRADE文件格式，對其中數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，使用單端測距原理對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行測距分析，提出了根據(jù)COMTRADE文件進(jìn)行離線測距的新思路。根據(jù)離線分析的結(jié)果可以在現(xiàn)場保護(hù)裝置沒有給出測距結(jié)果的情況下給工程人員巡線檢查參考。

本文使用單端測距算法計(jì)算出故障距離，通過本文的思路還可以使用其他的算法來對錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出多個(gè)測距結(jié)果，再使用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力對測距結(jié)果進(jìn)行分析，得出更為準(zhǔn)確的測距結(jié)果。

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