CN102262200B - 便携式电能质量及故障录波一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及供电技术领域，具体涉及一种便携式电能质量及故障录波一体化装置，包括机箱、主机电源插件、分析计算机插件、液晶显示器、开关量采集插件、模拟量采集插件、交流接口插件、开关量接口、交流接口、模数转换器、键盘、鼠标，分析计算机插件中设有数据采集模块、分析模块、显示模块、参数设置模块和查询模块，数据采集模块中设有实时数据采集模块、录波启动模块，显示模块中设有模拟量显示模块、开关量显示模块，实时数据采集模块与此显示模块相连接，分析模块为故障分析模块。本发明的优点是：体积小，集成度高；同时具有电能质量监测装置和故障录波两种装置的功能；采购安装费用低；操作简便；显示清晰。

Description

便携式电能质量及故障录波一体化装置

技术领域

本发明涉及供电技术领域，具体涉及一种便携式电能质量及故障录波一体化装置。

背景技术

经济要发展，电力须先行。电力成为经济发展的根本保证，及时分析处理电力故障，减少停电时间，就显得尤为重要，电能质量监测及故障录波器为电力***工作人员监视***电能质量、分析、处理电力***故障提供了科学的依据。随着我国电力事业的迅速发展，技术进步层出不穷，电力***已进入大电网、大容量、大机组、高电压、高参数、高自动化的阶段，电能质量监测及故障录波器就成为发电厂、变电站及大型工矿企业的一种分析电网故障不可缺少的工具。

随着电力电子技术的发展，直流输电、大功率单相整流技术在工业部门和用电设备上被广泛应用，如在铁道上的应用等，导致电流波形畸变和三相不平衡日益严重，成为影响电能质量的重要因素。它们对电力***各种电力设备、用户和通讯线路的影响已经十分严重。同时，冲击性功率负荷如电弧炉投入电网运行后，将使电网电压发生波动，从而严重地干扰了电网中波动敏感负荷如照明、计算机、精密电子仪器等的正常运转。当电光源的供电电压发生快速波段时，将导致照明灯光闪烁，进而通过人眼—脑链的感知而影响人们的正常工作和学习，这种过程和现象称之为电压闪变。电压波动不仅使照明灯光闪烁，还会影响电视画面质量、使电动机转速脉动、使电子仪器工作失常等。电力***负序和谐波、以及电压闪变都是衡量电能质量的重要因素，需要加强监测。

故障录波器是电力***发生故障及振荡时能自动记录的一种装置，它可以记录因短路故障、***振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的***电流、电压及其导出量，如有功、无功以及***频率的全过程变化现象。主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为，了解***暂态过程中***中各电参量的变化规律，校核电力***计算程序及模型参数的正确性。多年来，故障录波已成为分析***故障的重要依据。

传统的电能质量监测装置能够监测的通道数量都比较少，一般不超过12路，不能满足中小型变电站的使用要求，如果待监视的通道很多，只能安装多台装置，经济性很差。功能上只能实时监测，记录能力很差，采用单片机设计，受存储介质容量限制，不能记录高采样率、大数据量的数据，需要配接测量互感器，接线比较复杂，功能单一。传统的故障录波器一般由分析站和采集站两部分组成。采集站负责对所有输入量进行数据采集、计算，一旦满足启动条件，即记录相关的数据，并上送给分析站进行具体分析。分析站负责对采集站送来的各批次数据进行故障分析，分析出具体的故障类型以及故障距离等。但是这些传统的故障录波器也存在一些明显的缺点，首先，传统的故障录波器架构复杂，涉及到两个设备，成本高，安装也困难。其次，分析站与采集站之间采用以太网进行通讯，而通讯在传输过程中或多或少会存在不稳定性，时效性也相对差一些。

传统的电能质量监测装置和传统的故障录波器都是单一功能的装置，电能质量监测装置专门监测电能质量，而传统的故障录波器只在故障跳闸时进行故障录波，在监测电能质量有问题之后（如电流、电压有异常现象发生）无法启动故障录波器进行故障录波。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式电能质量及故障录波一体化装置，主要用于110kV以下的不同等级高中低压电力***的变压器、线路等电气设备正常运行及发生故障时的电气量的动态记录、数据分析, 同时具备电能质量综合监测功能，再现故障和异常运行的电气量变化过程，作为分析电力***故障原因、查找故障点和输电线路电能质量的主要依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的便携式电能质量及故障录波一体化装置，其特征在于包括机箱，设在此机箱内的主机电源插件，分别与此主机电源插件相连接的分析计算机插件、液晶显示器、开关量采集插件、模拟量采集插件、交流接口插件，与此开关量采集插件相连接的开关量接口，与此模拟量采集插件相连接的交流接口，设在此模拟量采集插件中的模数转换器，与此分析计算机插件相连接的键盘、鼠标，所述的开关量采集插件、液晶显示器均与此分析计算机插件相连接，

所述的机箱为19英寸标准机箱，采用整面板、背插式结构，整面板为一整体结构、标明箱体名称，该机箱所有模块均以插件形式在箱后安装,所有模块均以插件形式在箱后安装, 以嵌入式工业工控机为核心构成,所有交直流接口、采集卡与计算机、电源均在同一机箱内,大大提高了可靠性,提高了抗干扰能力,使装置更加紧凑。

所述的分析计算机插件中设有数据采集模块、分析模块、显示模块、参数设置模块和查询模块，此数据采集模块与所述的模数转换器、开关量采集插件相连接，

所述的数据采集模块中设有实时数据采集模块、录波启动模块，所述的显示模块中设有模拟量显示模块、开关量显示模块，所述的实时数据采集模块与此显示模块相连接，所述的分析模块为故障分析模块，所述的录波启动模块通过待分析的批次与此故障分析模块相连接。

 在电网电能质量出现问题或发生电流、电压突变时，故障录波***即时工作，进行波形曲线显示、参数分析。

    所述的录波启动模块的输入为一个周波的采样数据以及该周波前面8个周波的采样数据，输出为启动的具体类型：手动启动、自动启动，生成每批次启动的录波文件，启动任务状态包括No_task状态、abc_seg状态、d_seg状态，

1) No_task状态是无任何存储状态，此时不需要存储任何数据，有新启动时，自动转入abc_seg状态，

2) abc_seg状态为当前正在存储abc段数据，

3) d_seg状态为当前正在存储D段数据。

   所述的录波启动模块的录波启动判断的流程为：

1)判断当前状态是否有存储任务，

2)判断有存储任务，执行存储录波数据，

3)判断无存储任务，或执行存储录波数据完成，就检测本周波是否有电流或电压突变，以便确定本周波是否有启动，

4)检测本周波无启动，则在更新任务后返回第一步，

5)检测本周波有启动，判断是否有存储任务，

6)判断无存储任务，新批次启动产生后，存前8周波数据并在更新任务后返回第一步，

7)判断有存储任务，则判断是否为abc态，

8)判断是abc态，则在更新任务后返回第一步，

9)判断不是abc态，则判断是否为case1，

10)判断是case1，则在更新任务后返回第一步，

11)判断不是case1，则该批次有新启动，存前8周波数据并在更新任务后返回第一步，

case1:指当前启动与上一周波检测到的启动类型相同而且启动类型为越限类的启动。

所述的显示模块显示故障简表、故障波形，所述的模拟量显示模块实时显示模拟量，包括各种显示形式：实时值、棒图、矢量图、曲线图，所述的开关量实时显示开关量状态。

所述的参数设置模块包括母线配置模块、线路配置模块、开关配置模块、频率启动参数设置模块，此母线配置模块、线路配置模块中包括电压启动参数、电流启动参数、故障测距参数。

所述的查询模块包括历史数据查询模块、历史报警信息查询模块、录波批次信息查询模块，此历史数据查询模块、历史报警信息查询模块同时与输入时间、通道相连接后显示查询结束，所述录波批次信息查询模块与输入时间段、故障类型显示连接后显示查询结束。      

所述的模拟量采集插件为32路模拟量采集插件，此模拟量采集插件的输入信号为CT电流、PT相电压、高频信号、收发信机高频通道检波口信号或高频通道信号。

本发明的关键技术及解决方案  

1 )数据采集软件在MR32R实时多任务操作***上稳定高效运行。解决方案是应对MR32R***的结构及任务调度机制进行深入了解测试，合理划分任务模块，对其分配合理的任务优先级，对各个任务模块进行详细测试，避免任务死锁、和共享资源使用冲突，最后对整个应用程序进行详细测试，保证整个***稳定高效运行。

2 )电能质量监测软件、故障分析软件多线程运行、工作状态自由转换，互不影响，整个***高效运行。解决方案是应对WINDOWS操作***的结构及任务调度机制进行深入了解测试，合理划分任务模块，对其分配合理的任务优先级，对各个任务模块进行详细测试，避免任务死锁、和共享资源使用冲突，最后对整个应用程序进行详细测试，保证整个***稳定高效运行。

本发明的软件***主要分为电能质量监测程序和故障分析程序，用VC6.0编写，电能质量监测程序计算并显示有效值、畸变率、95%大值、相位、有功、无功、电压偏差、不平衡度等，分析程序读取实时数据，然后进行故障判断，检查是否满足启动条件，并计算出主要电量参数如电压电流有功无功等放到主界面上以供实时显示；如果满足启动条件，则进入故障处理程序，进行数据记录，分析故障类型，存盘处理等操作。并通过简单的鼠标（或键盘）操作显示和打印故障波形、故障数据。

在一些中小型变电所和工矿企业，用电环境非常恶劣，有各种各样的用电设备，负荷变化很快，为了安全生产、提高供电质量以及能够及时迅速的分析用电线路发生故障的原因和监视电能质量变化情况，及时采取应对措施。对于需要监视设备运行状态，同时进行电能质量监测的情况下，应该装设电能质量监测装置，对于出现故障后能进行故障分析、查找故障原因、分析事故性质，为生产和安全提供理论依据，需要安装故障录波装置，但不能解决电网发生电流、电压突变如何启动故障录波器进行故障录波产问题。同时又因为经费、场地等原因不能安装集中式故障录波装置和电能质量装置，在这种条件下，开发了便携式电能质量及故障录波一体化装置，具有成本低、占地小，接线方便，功能齐全，基本不受场地限制，使用完毕可以再安装到其它地方使用，同时也可以组屏安装，作为电能质量监测和集中式故障录波装置使用。

本发明的软件运行平台分成3个部分：

分析程序-用VC6.0编程，运行在Windows 2000 Professional平台；

采集单元程序-用C语言编程，运行在MR32R实时多任务操作***。分析程序上传通讯规约按IEC60870-5-103通信规约设计。

本发明的的优点是：

1）装置体积小，集成度高；

2）同时具有电能质量监测装置和故障录波两种装置的功能；当检测本周波有电流或电压突变时，自动启动故障录波；

3）采购安装费用低；

4）操作简便；

5）显示清晰。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图。

图2为本发明的软件构成图。

图3为本发明的软件关系示意图。

图4为本发明的录波启动判断的流程图。

图5为本发明的查询模块的流程图。

图6为本发明的参数设置模块的流程图。

图7为本发明的显示模块的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明的便携式电能质量及故障录波一体化装置，其特征在于包括机箱，设在此机箱内的主机电源插件，分别与此主机电源插件相连接的分析计算机插件、液晶显示器、开关量采集插件、模拟量采集插件、交流接口插件，与此开关量采集插件相连接的开关量接口，与此模拟量采集插件相连接的交流接口，设在此模拟量采集插件中的模数转换器，与此分析计算机插件相连接的键盘、鼠标，所述的开关量采集插件、液晶显示器均与此分析计算机插件相连接，

所述的机箱为19英寸标准机箱，采用整面板、背插式结构，整面板为一整体结构、标明箱体名称，该机箱所有模块均以插件形式在箱后安装,所有模块均以插件形式在箱后安装, 以嵌入式工业工控机为核心构成,所有交直流接口、采集卡与计算机、电源均在同一机箱内,大大提高了可靠性,提高了抗干扰能力,使装置更加紧凑。

如图2所示，所述的分析计算机插件中设有数据采集模块、分析模块、显示模块、参数设置模块和查询模块，此数据采集模块与所述的模数转换器、开关量采集插件相连接。

如图3所示，所述的数据采集模块中设有实时数据采集模块、录波启动模块，所述的显示模块中设有模拟量显示模块、开关量显示模块，所述的实时数据采集模块与此显示模块相连接，所述的分析模块为故障分析模块，所述的录波启动模块通过待分析的批次与此故障分析模块相连接。

在电网电能质量出现问题或发生电流、电压突变时，故障录波***即时工作，进行波形曲线显示、参数分析。

如图4所示， 所述的录波启动模块的输入为一个周波的采样数据以及该周波前面8个周波的采样数据，输出为启动的具体类型：手动启动、自动启动，生成每批次启动的录波文件，启动任务状态包括No_task状态、abc_seg状态、d_seg状态，

1) No_task状态是无任何存储状态，此时不需要存储任何数据，有新启动时，自动转入abc_seg状态，

2) abc_seg状态为当前正在存储abc段数据，

3) d_seg状态为当前正在存储D段数据。

   所述的录波启动模块的录波启动判断的流程为：

1)判断当前状态是否有存储任务，

2)判断有存储任务，执行存储录波数据，

3)判断无存储任务，或执行存储录波数据完成，就检测本周波是否有电流或电压突变，以便确定本周波是否有启动，

4)检测本周波无启动，则在更新任务后返回第一步，

5)检测本周波有启动，判断是否有存储任务，

6)判断无存储任务，新批次启动产生后，存前8周波数据并在更新任务后返回第一步，

7)判断有存储任务，则判断是否为abc态，

8)判断是abc态，则在更新任务后返回第一步，

9)判断不是abc态，则判断是否为case1，

10)判断是case1，则在更新任务后返回第一步，

11)判断不是case1，则该批次有新启动，存前8周波数据并在更新任务后返回第一步。

Case1:指当前启动与上一周波检测到的启动类型相同而且启动类型为越限类的启动。

如图5所示，所述的显示模块显示故障简表、故障波形，所述的模拟量显示模块实时显示模拟量，包括各种显示形式：实时值、棒图、矢量图、曲线图，所述的开关量实时显示开关量状态。

如图6所示，所述的参数设置模块包括母线配置模块、线路配置模块、开关配置模块、频率启动参数设置模块，此母线配置模块、线路配置模块中包括电压启动参数、电流启动参数、故障测距参数。

如图7所示，所述的查询模块包括历史数据查询模块、历史报警信息查询模块、录波批次信息查询模块，此历史数据查询模块、历史报警信息查询模块同时与输入时间、通道相连接后显示查询结束，所述录波批次信息查询模块与输入时间段、故障类型显示连接后显示查询结束。      

所述的模拟量采集插件为32路模拟量采集插件，此模拟量采集插件的输入信号为CT电流、PT相电压、高频信号、收发信机高频通道检波口信号或高频通道信号。

本发明的便携式电能质量及故障录波一体化装置的主要技术指标：

1）模拟量输入信号：32路模拟量，可接入CT电流、PT相电压、高频信号（收发信机高频通道检波口信号或高频通道信号），电压量同时可以测频率量。

a) 交流电流：5A或1A；

b) 交流电压： 100/                                                

   V或100V；

c) 高频信号（峰值）：0～10V；

2）开关量输入信号：48路或96路常开或常闭无源空接点；

3）采样指标：a）采样方式：同步采样；b）采样频率：5kHz；

4）测量范围及精度；a) 交流电流：0.1In～30In ；b) 交流电压：0.1Un～2 Un ；

c) 直流电压(高频)：50mV～10V ；d) 模拟量通道测量频率：45Hz～55Hz ；

5）起动量精度：a) 动作值单一电量越限型起动量（电压、电流等）平均误差的绝对值应不大于5% ；b) 动作值单一电量突变型起动量（电压、电流等）平均误差的绝对值应不大于20%；

6）测量精度：a) 电流、电压：±0.5％；b) 有功功率、无功功率：±2％；c) 频率：±0.01Hz；

7）测距精度：金属性短路误差小于3%。

下表示出了电能质量与故障录波软件主要功能。

Claims (3)

1.一种便携式电能质量及故障录波一体化装置，包括机箱，设在此机箱内的主机电源插件，分别与此主机电源插件相连接的分析计算机插件、液晶显示器、开关量采集插件、模拟量采集插件、交流接口插件，与此开关量采集插件相连接的开关量接口，与此模拟量采集插件相连接的交流接口插件，设在此模拟量采集插件中的模数转换器，与此分析计算机插件相连接的键盘、鼠标，所述的开关量采集插件、液晶显示器均与此分析计算机插件相连接，

所述的机箱为19英寸标准机箱，采用整面板、背插式结构，整面板为一整体结构、标明箱体名称，该机箱所有模块均以插件形式在箱后安装,

所述的分析计算机插件中设有数据采集模块、分析模块、显示模块、参数设置模块和查询模块，此数据采集模块与所述的模数转换器、开关量采集插件相连接，

所述的数据采集模块中设有实时数据采集模块、录波启动模块，所述的显示模块中设有模拟量显示模块、开关量显示模块，所述的实时数据采集模块与此显示模块相连接，所述的分析模块为故障分析模块，所述的录波启动模块通过待分析的批次与此故障分析模块相连接，

其特征在于：

在电网电能质量出现问题或发生电流、电压突变时，故障录波一体化装置即时工作，进行波形曲线显示、参数分析；

所述的录波启动模块的输入为一个周波的采样数据以及该周波前面8个周波的采样数据，输出为启动的具体类型：手动启动、自动启动，生成每批次启动的录波文件，启动任务状态包括No_task状态、abc_seg状态、d_seg状态，

1) No_task状态是无任何存储状态，此时不需要存储任何数据，有新启动时，自动转入abc_seg状态，

2) abc_seg状态为当前正在存储abc段数据，

3) d_seg状态为当前正在存储D段数据；

所述的录波启动模块的录波启动判断的流程为：

1)判断当前状态是否有存储任务，

2)判断有存储任务，执行存储录波数据，

3)判断无存储任务，或执行存储录波数据完成，就检测本周波是否有电流或电压突变，以便确定本周波是否有启动，

4)检测本周波无启动，则在更新任务后返回第一步，

5)检测本周波有启动，判断是否有存储任务，

6)判断无存储任务，新批次启动产生后，存前8周波数据并在更新任务后返回第一步，

7)判断有存储任务，则判断是否为abc_seg状态，

8)判断是abc_seg状态，则在更新任务后返回第一步，

9)判断不是abc_seg状态，则判断是否为case1，

10)判断是case1，则在更新任务后返回第一步，

11)判断不是case1，则该批次有新启动，存前8周波数据并在更新任务后返回第一步，

case1:指当前启动与上一周波检测到的启动类型相同而且启动类型为越限类的启动。

2.根据权利要求1所述的便携式电能质量及故障录波一体化装置，其特征在于所述的显示模块显示故障简表、故障波形，所述的模拟量显示模块实时显示模拟量，包括各种显示形式：实时值、棒图、矢量图、曲线图，所述的开关量显示模块实时显示开关量状态。

3.根据权利要求1所述的便携式电能质量及故障录波一体化装置，其特征在于所述的参数设置模块包括母线配置模块、线路配置模块、开关配置模块、频率启动参数设置模块，此母线配置模块、线路配置模块中包括电压启动参数、电流启动参数、故障测距参数。

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