摘要：主要介绍了兴隆电站故障录波及测距装置的特点、设计原理、系统结构及运行过程中各监测点的具体设置，并分析了该系统在机组运行过程中的应用效果，结合我国电力行业的发展趋势，进一步证明该系统在兴隆电站应用的正确性及必要性。
关键词：兴隆水利枢纽；故障录波；结构功能；特点
1引言
兴隆水利枢纽位于汉江下游湖北省潜江、天门市境内，上距丹江口枢纽378.3km，下距河口273.7km。兴隆水利枢纽作为汉江中下游四项治理工程之一，主要开发任务以灌溉和航运为主，同时兼顾发电。兴隆水利枢纽电站为低水头河床径流式水电站，主要由引水渠、进水口、主厂房、安装场、下游副厂房、尾水渠等水工建筑物组成。电站装机容量40MW，单机容量10MW，灯泡贯流式水轮发电机组。
随着经济的发展，各种高压、超高压系统以及数字化变电站已成为当今电力系统的发展趋势，对电网稳定运行的要求、对继电保护设备的可靠性要求也越来越高。作为“电力系统黑匣子”的故障录波器，起到了记录保护与安全自动装置的动作顺序，再现系统故障和异常运行时各参量的变化过程，评价继电保护动作行为，分析故障和异常运行的作用，其自身的稳定可靠性关系到电网的稳定运行与故障分析。
2原理说明
2.1结构及功能
DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置采用多CPU并行处理的分布式主从结构，主要分为模拟量采集模块、开关量隔离模块、录波主机模块和MMI模块4部分。
2.1.1模拟量采集模块
模拟量采集模块由FPGA、高精度16为A/D、高精度录波专用CT、PT及直流采集模块组成。完成了模拟量的隔离、采集、模数变换。
2.1.2开关量隔离模块
开关量隔离模块采用了高精度宽温军用级阻容元件及光电隔离器，稳定可靠，可直接采集110/220V开关量信号。
2.1.3录波CPU模块
录波CPU模块以高性能的32位嵌入式微处理器系统及工业级总线为核心，包括DSP部分和CPU部分。
（1）DSP部分由高性能的DSP芯片及FPGA构成，完成付氏变换及相关量的计算，同时判断是否启动录波，并把采集的时实数据发送给主CPU，同时也接收主CPU的命令。为了更好的与数字化变电站接口，DSP部分还设有百兆光纤以太网接口，由DSP及FPGA完成控制，接收光CT、光PT的数字通信。
（2）CPU部分是32位嵌入式微处理器系统，采用ALL－IN－ONE设计，将几乎全部的PC计算机的标准设备集成于一块模板上。
正常运行情况下，将DSP传送的采样数据存于指定的RAM区中，循环刷新，同时穿插进行硬件自检等工作，并向MMI模块传送实时稳态数据。一旦启动条件满足，则按故障记录时段的要求，进行数据记录，同时启动相关信号继电器及装置面板信号灯。录波数据文件就地存放于CPU部分自带的大容量存储器，并自动上传至MMI模块进行备份存储，MMI模块将录波数据文件分两个区域进行镜像双存储。
2.1.4MMI模块
MMI模块采用嵌入式32为处理器，配有800×600分辨率的大屏幕真彩液晶显示器，并具有Windows的图形化界面。监控管理模块通过Ethernet内部总线与录波主机模块交换数据，完成监控、通讯、管理、波形分析、稳态录波及录波记录的镜像备份双存储。
（1）稳态录波功能
MMI模块将录波CPU模块传送过来的实时稳态数据写入数据库，将最新数据保留4天，对过期数据进行删除。
（2）故障录波数据波形的分析、管理
该功能用来查看故障数据文件，将二进制数据转化为可视化波形曲线，计算派生数据，以实现对故障波形分析。
（3）实时监视功能
1）实时数据监视：系统正常工作时，实时监测每个通道的幅值、相位并形成实时向量监测图，并可对每个设备的有功、无功、正序、负序和频率进行实时监测。
2）密码管理：系统设置了授权密码管理，密码设置可创建、修改和删除。
3）修改定值：各项启动的投退及定值整定，开关量启动投退及启动方式整定。
4）修改时钟：在没有GPS对时情况下，可修改装置自身的时钟，使录波主机模块与监控管理模块人工对时。
5）手动录波：用于检查维护装置整体的运作状态。
6）通信远传：录波文件集中通过监控管理模块远传。
DRL600的系统结构图
2.1.5辅助信号板
该板将装置运行、录波、自检等状态量输出，包括录波动作信号接点输出，各种运行状态的灯光信号输出。灯光信号输出直接显示于面板，直观、明了地显示运行工况：运行、数据、正在录波、录波信号。
（1）正常运行时，运行灯闪烁；
（2）内部数据交换时，数据灯闪烁；
（3）启动录波时，点亮录波信号灯和正在录波灯；录波过程结束，正在录波灯自动熄灭，录波信号灯直到人工按复归按钮熄灭。
3主要特点
DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置是专门应用于110KV～500KV系统的以及数字化变电站的线路及变压器故障录波装置。
（1）“装置化”设计，电磁兼容性能优，组屏简洁、运行维护方便
新型嵌入式一体化机箱结构，将交直流通道变换、录波采集与启动、波形数据记录与多存储、数据分析、网络通讯、人机界面完全集成于装置，真正做到了“录波器装置化”。
（2）完全基于专业继电保护产品设计理念的嵌入式装置化故障录波器
DRL600微机型电力系统故障录波装置彻底摒弃了传统故障录波以“工控机、或一体化工作站、或工控主板及其板卡拼装”为核心的通用工控硬件系统，专门针对故障录波装置有专用的硬件系统。
（3）面向对象的、针对故障录波功能要求的高性能的嵌入式硬件平台
根据故障录波功能要求专门定制硬件系统：以高性能DSP及32位嵌入式双CPU为核心，采用高分辨率16位A/D、大规模可编程逻辑阵列FPGA/CPLD、大容量FLASH存储器、高性能移动硬盘、大屏幕真彩TFT液晶屏等先进器件，辅以冗余双电源设计、4～6层印刷电路板、SMT表贴加工技术、背插式结构等先进技术等。
（4）基于专业继电保护产品设计理念的录波主CPU独立记录与存储
录波记录与存储直接由录波主CPU独立完成，完全不倚赖于网络及后台工控机，彻底解决了采用“前置处理+后台记录”的“前后台模式的记录方式”中因网络或后台工控机故障导致的录波失败；录波主CPU采用大容量存储器，存满后采用循环刷新、先进先出原则。
（5）面向对象的镜像分布多存储
波形文件既独立的存储于主CPU，同时镜像备份存储在MMI中，此外MMI还为数据远方传输开辟独立的存储空间并共享在FTP服务器上，分别面向现场、运行和调度，从而形成了面向对象的录波数据分布多存储。
主CPU和MMI支持基于USB的移动存储。
（6）完全独立的双以太网设计
采用两个独立的对外以太网接口设计，可工作于不同网段，全面满足现场对通讯组网的要求。
（7）冗余双电源设计
双CPU各自独立电源供电；每块电源直流为主，交流为辅，互为备用，无缝自动切换。
（8）友好的人机界面，完善的分析功能，
Windows图形化界面。方便实用的实时运行监视辅助功能，可在装置液晶显示屏上按设备实时显示电流、电压、负序量、有功功率、无功功率、视在功率、频率、向量图等相关参数，实现运行监视。
9）数字化接口，方便实现数字化变电站
装置设有百兆光纤接口，支持IEC61850协议，可方便实现数字化变电站的建设。
5现场应用效果
本系统于2013年11月在兴隆水电站1#机组正式投入使用，软件上采用了VxWorks嵌入式操作系统，实时性好、效率高、性能强、系统资源占用小，解决了高速记录与缓存有限之间的矛盾，达到了高速实时录波要求。结构上一体化、装置式的电气与机械设计也有明显优势，如：抗干扰能力明显提高，组屏简洁美观、维护方便，可靠性好，为兴隆电站带来了明显的安全、经济效益。
参考文献：
[1] 余南华，配电网运行信号录波与故障诊断技术，中国电力出版社，2017年9月出版
[2] 微机型发电机变压器故障录波装置技术要求.GB/T 14598.301-2010，2015年11月出版
作者简介：王方圆（1986-），女，陕西，工程师，研究方向：水利枢纽运行管理。
论文作者:王方圆
论文发表刊物:《电力设备》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/18
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