第1章 ZH-2电力故障录波分析装置介绍ZH-2电力故障录波分析装置是新一代多功能电力故障动态记录及分析装置。为适应电力系统的最新发展，它采用了DSP技术、录波双存储技术、同步编码技术、网络通讯技术、FPGA技术、多层PCB、GPS授时等高新技术，较好地解决了可靠录波、数据高速采集、数据同步、快捷稳定通讯、抗强电磁干扰和抗恶劣环境等工程技术难题。它是一种功能全面、性能可靠、技术先进的电力故障动态记录与分析装置，适用于各种需故障录波的场合。1.1 装置的结构装置主要由一个4U 19传感器机箱、一个6U 19主机箱、一台80列打印机和一台Modem组成。上层机箱为主机箱，下层为传感器机箱。机箱为全密封结构，提高了抗电磁干扰能力。主机箱内含一台高性能工控机、12.1TFT液晶显示器、多至5块DSP板、同步板、电源、前置机等。传感器机箱由PT、CT和直流电压/电流隔离变送器板组成。机箱都安装在一个标准机柜内。机柜为全封闭结构，在机柜前面设有密封玻璃门。装置的进出线由柜底进出，柜内两侧端子排接模拟量、开关量、告警信号、对时信号及电源输入等，所有引线再通过插座转接至机箱背板，详见端子排图。图1.1 ZH-2(64/128)电力故障录波分析装置组屏示意图1.2 端子排布局原则端子排分成2列，一列为电源、模拟量部分，另一列为信号、公共端、开关量部分，分别置于装置屏架两侧，从装置的屏后看，左侧为电源、模拟量端子，右侧为信号、公共端、开关量端子。端子排的配置根据装置的配置不同而不同。但遵守以下原则：1. 端子排分成电源段、电压段、电流段、高频/直流段、备用端子段、信号段、公共端段、开关量段。2. 每段都有段名。3. 除电压段、电流段和高频/直流段会因配置不同而对应的端子编号不同外，其余段的端子编号所有配置都一样。4. 电压每8个端子为一组，前4个分别为Ua，Ub，Uc，3Uo，后4个分别为Uan，Ubn，Ucn，3Uon。5. 电流每8个端子为一组，前4个分别为Ia进，Ib进，Ic进，3Io出，后4个分别为Ia出，Ib出，Ic出，3Io进。6. 高频/直流段也按每8个端子为一组。1和5为一对，2和6为一对，3和7为一对，4和8为一对。正在前，负在后。1.3 性能特点1.满足电力部部颁标准通过电力工业部电力设备及仪表质量检验测试中心检测，符合以下标准：220500KV电力系统故障动态记录技术准则（DL/T553-94）220500KV电力系统故障动态记录装置检验测试要求（DL/T663-1999）2. 集故障录波与测距、实时监测为一体l 不定长动态录波, 记录系统发生大扰动前后各输入量(电流、电压、高频、直流开关状态等)的变化过程和系统发生大扰动时的时刻(年月日时分秒毫秒)；l 单双端故障测距，测距精度优于2%；l 实时监测，可实时显示电压、电流波形及选定元件的有功/无功功率、相角；l 故障分析；l 功角、相角测量；l 慢扫描功能，以每周波1个点的方式记录某些电量的长期变化趋势，慢扫描数据保留15天；l 记录油温、压力等非电气量的变化。3. 模块化结构，硬件设计先进l 高速DSP，16位A/D，采样速率10kHz可调，谐波分辨率99次，开关事件分辨率0.1ms；l 前置机最大配置为5块DSP板，可接入80路模拟量，160路开关量，每块DSP板可输入16 路模拟量，32路开关量，DSP板可互换；l 录波数据双存储，使录波的可靠性得到保证；l 采用扩展ISA总线和大容量双端口RAM，录波数据同步转存，可进行长时间录波；l 前置机存贮容量大，最大配置时有20Mb SRAM和160Mb固态盘；l 装置掉电时，故障录波数据不丢失；l 高速实时处理多种判据，1ms内完成所有通道的突变量的判启动工作；l 抗电磁干扰能力达到GB/T14598规定的级标准；l 模拟通道零漂自适应，25时，额定值下的电流、电压采样精度优于0.5。4. 多样化和高精度的录波启动方式l 越限启动量优于2，突变启动量优于5；l 任一路模拟量均可设置为突变量启动和越限启动（含过量和低量启动）；l 相、序量突变量和越限启动；l 频率变化率和越限启动；l 开关量变位、手动及远方启动。5. 强大的软件功能l 后台软件运行于Windows 98平台上，通过VxD技术与前置机交换数据，专用防火墙隔离； l 启动判据种类齐全，在各种短路、接地故障和其它异常工况下灵敏启动录波；l 详尽的故障分析功能，能智能判断故障性质，提供制表输出，内容符合DL/T553-94、DT/L 663-1999部颁标准；l 可计算电压/电流的幅值、峰值、有效值、频率和线路的有功、无功功率及功角、相角测量；l 相量、序量和谐波分析；l 公式编辑器可生成各种电量及其导出量的波形图，并可动态观察其随时间变化的轨迹，真实地再现故障全过程；l 以标准的ODBC接口管理故障文件数据库，实现资源共享；l 完善的波形显示、编辑、标注和打印功能；l 故障录波数据自动上报；l 实时监测、实时显示功能；l 密码管理、数据报表管理、系统日志功能；l 提供符合ANSI/IEEE 1（COMTRADE）标准格式的文件。6. 完备的通讯功能和网络功能l 提供10M/100M自适应以太网接口；l 支持TCP/IP协议，支持IEC 870-5-103规约；l 可以通过MODEM和以太网与中心站联网，支持与综自和监控系统联网；7. 抗电磁干扰能力强l 采用4层PCB、SMD和软件容错技术，抗干扰能力达到GB/T14598规定的严酷等级为级标准。8. 准确的系统时间系统支持硬件、IRIG-B码和串口对时。前置机在采用GPS硬件对时时，时、分、秒同步误差不大于 -1s；在GPS授时脉冲精度不劣于1s的前提下，系统时间误差 -10s。1.4 硬件结构以ZH-2 64/128 U4I11HF4（可按入4路电压、11回电流、4路高频，128路开关量）为例，其装置硬件原理框图下图所示：图1.2 ZH-2装置硬件原理框图1.4.1 主机箱主机箱由计算机、多至5块DSP板、电源、同步板背板组成。装置最大配置为5块 DSP板，可接入80路模拟量信号、160路开关量信号。每块DSP板可接16路模拟量信号、32路开关量信号。1. 电源装置电源采用开关电源，有DC 220V、DC 110V两种规格。2. 电源输入1) 交流电源a) 额定电压：单相220V，允许偏差-20%+15%；b) 频率：50Hz，允许偏差3Hz；c) 波形：正弦，波形畸变不大于5%。2) 直流电源a) 额定电压：220V、110V；b) 允许偏差：-20%+15%；c) 纹波系数：5%。3) 功率消耗a) 工作电源： 直流不大于100W，交流不大于200W；b) 交流电压回路：当额定电压时，每相不大于1VA；c) 交流电流回路：当IN=5A时，每相不大于1VA；当IN=1A时，每相不大于0.5VA。4) 电源输入输入端子号信号定义备注P2-1DC 220V/110V (+)P2-2DC 220V/110V (-)P2-3机壳地3. 电源输出开关电源有4组输出，如下表所示。组别信号定义电流输出端子号备注第一组DC 24V(+)1AP1-1,2开关量、告警电源DC 24V(-)P1-3,4第二组+12VJP8-1计算机电源+5V(1)JP8-4GNDJP8-2,3第三组+5V(2)JP10-1数字电路电源GNDJP10-2第四组-9VJP10-3模拟电路电源+9VJP10-5GNDJP10-44. 计算机装置采用工业计算机，硬盘40G，内存128M；提供2串1并、10/100M以太网口和USB接口。调制解调器采用美国生产的工业级外置MODEM。打印机采用日本EPSON公司的LQ-300K+打印机。显示器采用工业级TFT液晶显示器。5. DSP板DSP板由DSP、16000门大规模可编程逻辑器件、4Mbits SRAM、32Mbits固态盘、A/D、光隔电路、开关量转换、电源转换及保护电路等组成。DSP板电路示意图6. 同步板同步板主要由一片大规模可编程器件FPGA和接口电路组成。FPGA集成了系统同步编码发生电路、GPS对时电路、电源检测、状态指示电路、系统译码电路、复位后台计算机电路、告警电路等电路。同步板电路示意图7. 传感器机箱传感器机箱包括CT、PT、高频、直流电压/电流插件。小CT、小PT将电流、电压信号隔离变换后送DSP板，高频、直流电压/电流插件通过光隔离放大器将高频、直流电压/电流信号隔离变换后送DSP板。每8路模拟信号为一标准插件，各种模拟信号组成的插件其引腿和输出电气特性全部兼容，可以互换。 1) 插件输入/出端子定义DSP板和传感器插件之间用一根一分二的专用电缆连接，可将一块DSP板和二块传感器插件连接起来。连接DSP板的是一个25芯的D型插头，连接传感器插件的是一个15芯的D型插头。其定义如下：序号DSP板端（D25针）传感器插件端（D15针）信号定义1B1：1X1：1ADin12B1：14X1：2ADin23B1：2X1：3ADin34B1：15X1：4ADin45B1：4X1：5ADin56B1：17X1：6ADin67B1：5X1：7ADin78B1：18X1：8ADin89B1：7X2：1ADin910B1：20X2：2ADin1011B1：8X2：3ADin1112B1：21X2：4ADin1213B1：10X2：5ADin1314B1：23X2：6ADin1415B1：11X2：7ADin1516B1：24X2：8ADin1617B1：3X1：9，10GND18B1：16X1：11，12GND19B1：6X1：13，14GND20B1：19X1：15GND21B1：9X2：9，10GND22B1：22X2：11，12GND23B1：12X1：13GND24B1：13X1：14GND25B1：25X1：15GND2) 插件输入/出端子电气特性模拟量名称量程额定值变比输入阻抗输出阻抗电压180V,50Hz900电流IN =1A20 IN1AIN =5A5A高频5V3V300k22.5 k直流电压400V200V80k22.5 k直流电流20mA10mA24022.5 k3) 高频、直流电压/电流转换电路高频、直流电压/电流转换电路采用光隔离放大器将信号进行隔离变换，其电路的拓朴结构完全相同，只是取样电阻不同。图中C1、C2、C3为抗