陳斯斯　徐明虎　于霽

摘要：《國家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)反措》5.16條指出：200MW及以上容量發(fā)電機(jī)必須裝設(shè)發(fā)變組專用故障錄波器，并且保證裝置的可靠性和穩(wěn)定性。文章分解了FGL-3000C型錄波裝置的硬件結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)采集單元以高速浮點(diǎn)處理器TMS320C6713為運(yùn)算核心，以CPLD為控制和邏輯核心；介紹了該裝置的軟件配置，軟件界面操作簡單，可按照需要進(jìn)行各種故障分析。

關(guān)鍵詞：故障錄波器；發(fā)變組；錄波裝置；采集單元；高速浮點(diǎn)處理器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）13-0056-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.026

1 概述

目前，國內(nèi)運(yùn)行20年左右200MW、300MW機(jī)組普遍安裝了較早時(shí)期的故障錄波器，其技術(shù)仍停留在相對比較落后的水平上，我廠三號機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的三級勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，由于發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠最復(fù)雜的設(shè)備，故障或異常時(shí)必須真實(shí)地反映發(fā)電機(jī)和變壓器各參量的變化情況，不僅需要記錄發(fā)電機(jī)的定子電壓、電流，而且還要記錄發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、電流，即勵(lì)磁系統(tǒng)各直流參量的變化情況。原FG-2型發(fā)變組故障錄波器已運(yùn)行15年以上，鑒于當(dāng)時(shí)條件所限，裝置硬件及軟件設(shè)計(jì)上均有不足，采樣頻率和傳輸速度及工控機(jī)的配置都比較低，只可連續(xù)完整記錄3次連續(xù)故障錄波數(shù)據(jù)，模擬量、開關(guān)量路數(shù)較少，很多數(shù)據(jù)量沒有接入，已很難滿足現(xiàn)代穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的要求。另外，由于裝置運(yùn)行時(shí)間較長其故障率升高，經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)，裝置插件損壞率高，維護(hù)費(fèi)用及工作量增加，裝置的備件更換工作已非常困難，已影響到設(shè)備的正常運(yùn)行，應(yīng)對原有設(shè)備進(jìn)行改造更新。

在發(fā)電機(jī)大修、更換勵(lì)磁調(diào)節(jié)器或故障后重新啟機(jī)前，要進(jìn)行一些必要的電氣試驗(yàn)，如空載試驗(yàn)、短路試驗(yàn)等。傳統(tǒng)的方法試驗(yàn)要重新接線，接入表計(jì)多，讀表人數(shù)多，而后還要進(jìn)行折算、繪制試驗(yàn)曲線、整理試驗(yàn)報(bào)告等工作，不僅數(shù)據(jù)誤差大，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。原裝置雖然也有上述的個(gè)別試驗(yàn)功能，但是其精度和參數(shù)設(shè)置等已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于最新一代的FGL-3000C型發(fā)變組錄波器。該系統(tǒng)的試驗(yàn)功能，只需一人通過微機(jī)操作就能完成全部試驗(yàn)，縮短了試驗(yàn)時(shí)間，節(jié)省了燃料，同時(shí)不需重新接線，減少了人工失誤及其附帶問題的發(fā)生，提高了工作效率和測量精度，實(shí)現(xiàn)了電氣試驗(yàn)自動(dòng)化。

2 FGL-3000C錄波器的技術(shù)特點(diǎn)

2.1 全嵌入式分布式結(jié)構(gòu)

裝置由兩個(gè)機(jī)箱組成，每一機(jī)箱由數(shù)據(jù)單元獨(dú)立完成96路模擬量、128路開關(guān)量的采集。機(jī)箱之間通過通訊線連接，模擬量信號和開關(guān)量信號從背板傳輸，不通過信號線，抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)據(jù)采集單元以高速浮點(diǎn)處理器TMS320C6713，為運(yùn)算核心，以CPLD為控制和邏輯核心，結(jié)合板上多路同步A/D，完成48路模擬量和64/128路開關(guān)同步采集，采樣頻率可達(dá)10K/S。管理單元采用高性能、低功耗、無風(fēng)扇的工控模塊，完成多路數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集、處理、存貯等，硬件具有看門狗模塊，可靠性好。

2.2 系統(tǒng)性能先進(jìn)、可靠性高

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元采集頻率高、運(yùn)算功能強(qiáng)、計(jì)算精度高，浮點(diǎn)DSP結(jié)合CPLD使模擬量和開關(guān)量采集頻率達(dá)到10K以上，DSP可實(shí)時(shí)完成全部模擬量通道每周波200點(diǎn)的傅里葉計(jì)算，計(jì)算精度高。系統(tǒng)采用全插件式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠，管理單元為無風(fēng)扇低功耗式CPU模塊，使系統(tǒng)的可靠性大為增強(qiáng)。

2.3 豐富的軟件功能

本裝置的軟件功能豐富，除包括傳統(tǒng)錄波器錄波功能外，還包括其他一些實(shí)用的軟件功能，具體如下：

2.3.1 發(fā)電機(jī)變壓器組故障錄波。故障錄波是本裝置最強(qiáng)大的功能之一，它能在故障情況下自動(dòng)啟動(dòng)，對所輸入的模擬量及其派生量、開關(guān)量進(jìn)行記錄，并有專用的故障分析軟件進(jìn)行故障分析，查找故障類型及其起因，并能存盤打印。

2.3.2 發(fā)電機(jī)電氣試驗(yàn)。裝置能夠完成發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程中如下電氣試驗(yàn)：發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)、短路試驗(yàn)；主勵(lì)磁機(jī)空載試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)；發(fā)電機(jī)零起升壓、±10%階躍及滅磁等勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)；同期試驗(yàn)；自定義的其他試驗(yàn)。在發(fā)電機(jī)進(jìn)行電氣試驗(yàn)時(shí)，不影響故障錄波功能。此項(xiàng)功能是將試驗(yàn)數(shù)據(jù)、報(bào)表、參數(shù)計(jì)算和曲線繪制等工作通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成，大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和工作效率。

2.3.3 運(yùn)行監(jiān)測功能。對所有模擬量及其派生量、開關(guān)量進(jìn)行在線監(jiān)視，同時(shí)可與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或局域網(wǎng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3 FGL-3000C裝置技術(shù)指標(biāo)

3.1 精度指標(biāo)

模擬量采樣頻率：10kHz；開關(guān)量事件分辨率：0.1ms；A/D轉(zhuǎn)換器精度：16bit；有效值精度：0.2級；諧波分辨率：50次以上；測距精度：金屬性短路優(yōu)于2%。

3.2 啟動(dòng)方式

開關(guān)量啟動(dòng)（變位、斷開、閉合）；模擬量突變啟動(dòng)；模擬量越上限啟動(dòng)；模擬量越下限啟動(dòng)；派生量突變啟動(dòng)；派生量越上限啟動(dòng)；派生量越下限啟動(dòng)；電流變差啟動(dòng)；手動(dòng)啟動(dòng)；遠(yuǎn)程啟動(dòng)。

3.3 錄波數(shù)據(jù)記錄方式

3.3.1 模擬量采樣方式。故障啟動(dòng)后，裝置按圖1的方式對故障數(shù)據(jù)分段記錄：

A時(shí)段：系統(tǒng)大擾動(dòng)開始前的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出高速原始記錄波形，采樣頻率10kHz、5kHz，記錄時(shí)間≥0.2s。B時(shí)段：系統(tǒng)大擾動(dòng)后的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出高速原始記錄波形，采樣頻率10kHz、5kHz，記錄時(shí)間≥0.2s。C時(shí)段：系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程數(shù)據(jù)，輸出低速原始記錄波形，采樣頻率1kHz，記錄時(shí)間≥2s。D時(shí)段：系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程數(shù)據(jù)，每0.1s輸出一個(gè)工頻有效值，記錄時(shí)間≥20s。E時(shí)段：系統(tǒng)長過程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，每1s輸出一個(gè)工頻有效值，記錄時(shí)間≥600s。

3.3.2 錄制方式。錄制方式可分為非振蕩故障錄制和特殊記錄方式。非振蕩故障錄制即一次啟動(dòng)且僅有一次故障，符合啟動(dòng)錄波條件規(guī)定的任一條件時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)，自S時(shí)刻開始按A→B→C→D時(shí)段順序錄波或者重復(fù)啟動(dòng)，在已經(jīng)起動(dòng)記錄的過程中，進(jìn)行至C時(shí)段后，如又遇電壓突變量啟動(dòng)或斷路器啟動(dòng)，則在該啟動(dòng)時(shí)刻開始重新從S時(shí)刻開始按A→B→C→D時(shí)段順序重復(fù)錄波，亦或者自動(dòng)終止記錄條件，同時(shí)符合如下條件時(shí)，則自動(dòng)停止記錄：記錄時(shí)間>4s或所有啟動(dòng)量全部復(fù)歸。特殊記錄方式即如果出現(xiàn)系統(tǒng)振蕩，則由S時(shí)刻開始沿A→B→C→D→E順序錄波，直至所有啟動(dòng)量振蕩停止或E段錄波時(shí)間滿20min。

4 FGL-3000C裝置的原理

4.1 系統(tǒng)原理

模擬量通過模擬量單元輸入，經(jīng)過背板進(jìn)入DSP數(shù)據(jù)采集單元，開關(guān)量通過開關(guān)量單元輸入，經(jīng)過背板進(jìn)入DSP數(shù)據(jù)采集單元。DSP數(shù)據(jù)采集單元以10K/s的采集頻率對模擬量和開關(guān)量進(jìn)行采集，并保存到緩沖區(qū)。數(shù)據(jù)采集單元可達(dá)2個(gè)，數(shù)據(jù)采集單元間有脈沖信號線連接，以保證兩塊DSP的所有通道采集同步。數(shù)據(jù)采集單元通過高速通訊總線傳送數(shù)據(jù)到管理單元。管理單元負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集單元傳送波形及計(jì)算數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測結(jié)果、波形，實(shí)時(shí)記錄穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)故障判據(jù)識(shí)別故障并錄制暫態(tài)故障波形。管理單元同時(shí)負(fù)責(zé)人機(jī)界面（鍵盤、鼠標(biāo)、液晶等）、打印輸出等。

4.2 開關(guān)量通道原理

5 系統(tǒng)軟件的一般設(shè)置與使用

5.1 通訊配置

通訊配置用于配置設(shè)備（錄波器）的通訊方式（指主機(jī)與采集裝置間的通訊），對于本錄波器，通訊配置設(shè)置以下項(xiàng)：

5.1.1 通訊名稱：為通訊取名稱，名稱任意，這里取“采集單元”即可。

5.1.2 通訊類型：通訊類型選自定義項(xiàng)，其他屬性不用設(shè)置。

5.2 運(yùn)行配置

5.2.1 通道板個(gè)數(shù)：采集單元數(shù)，即機(jī)箱數(shù)，為2個(gè)。

5.2.2 采集頻率：設(shè)置DSP采集單元的模擬量和開關(guān)量采集頻率，為10K。

5.2.3 顯示方式：設(shè)置顯示方式為一次值或二次值。

5.2.4 頻率自適應(yīng)：設(shè)置裝置是否隨系統(tǒng)頻率變化，而改變采樣時(shí)間間隔，為“否”。

5.3 數(shù)據(jù)分析

故障曲線的分析，選擇欲分析的曲線量，可選擇多個(gè)曲線量同時(shí)分析。由于該軟件的操作簡單靈活，和家庭電腦的操作類似，工具欄內(nèi)有快捷方式，錄波啟動(dòng)后事件直接在桌面顯示，雙擊鼠標(biāo)即可打開故障數(shù)據(jù)，即可按照需要進(jìn)行各種故障分析。

6 結(jié)語

遼寧華電鐵嶺發(fā)電有限公司三號機(jī)組安裝了FGL-3000C型故障錄波器，共接入發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)定子電流、主變高壓側(cè)電流和電壓、一個(gè)半斷路器接線的兩個(gè)開關(guān)電流、高廠變高壓側(cè)和兩個(gè)分支電流和電壓、主勵(lì)磁機(jī)電流、發(fā)電機(jī)機(jī)端兩組電壓、轉(zhuǎn)子直流電流和直流電壓等模擬量，開關(guān)位置和發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)等72路所需監(jiān)視的開關(guān)量，所接入的量是原來的兩倍。FGL-3000C型錄波器從2012年10月機(jī)組大修安裝以來，在起機(jī)試驗(yàn)中，成功地錄取了發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)及空載試驗(yàn)的波形，同時(shí)監(jiān)測的模擬量和開關(guān)量都真實(shí)地反映了機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，為機(jī)組和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了積極作用。

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（責(zé)任編輯：蔣建華）