ZH-5嵌入式故障录波器柜技术说明书要点.pdf
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1、ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置 技术说明书 武汉中元华电科技股份有限公司 Wuhan Zhongyuan Huadian Science &Technology Co., Ltd 文档历史记录 历史记录 修改历史记录 序号日期修改情况版本号签字 01 2009.2.18 创建1.0 郑君林 02 2009.4.09 修改1.1 郑君林 03 2009.8.10 增加 3、5 次谐波定值,删掉单次录波长度定值1.2 郑君林 04 2009.9.29 增加稳态记录插件1.3 郑君林 校阅历史记录 序号日期校对情况签字 01 2009.4.7 排版校对无误李婷 02 2009.4.09 排版李
2、婷 03 2009.5.20 校正 UN,IN下标错误郑君林 批准历史记录 序号日期批准情况签字 01 2009.6.29 正确张小波 目录 I 目录 1.概述 1 2.工作原理 . 2 2.1.总体结构 . 2 2.2.抗病毒原理 2 2.3.IEC 61850 建模和服务 3 2.4.暂态录波原理 4 2.5.稳态连续记录原理 . 5 2.6.定值和整定范围 . 6 3.嵌入式图形软件的主要功能 8 3.1.实时监测功能 8 3.2.波形查看功能 8 3.3.波形分析功能 8 3.4.定值整定 . 9 3.5.配线和参数修改 . 9 4.关键技术 . 10 4.1.纯嵌入式结构和基于VxW
3、orks 的图形界面 10 4.2.对病毒免疫 10 4.3.完备的对时接口 . 10 4.4.支持 IEC 61850-8 规约 10 5.技术指标 . 11 5.1.输入信号 11 5.2.性能指标 11 5.3.稳态连续记录 12 5.4.时钟及同步精度 . 12 5.5.基于 IEC61850 的录波装置模型和通信规约 12 5.6.通信接口和规约 . 13 5.7.3/2 接线 . 13 5.8.主变录波 . 13 5.9.数据格式 . 13 5.10.抗电磁干扰能力 13 5.11.供电电源 13 目录 II 5.12.外形尺寸、安全防护等级及颜色. 14 附录 1: 连续记录插件
4、对存储容量的需求. 15 ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置技术说明书 1 1. 概述 ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置是采用采用嵌入式图形系统和VxWorks 、DSP 构成的纯嵌入式故障录波和分析装置。它是国内第一款在高可靠性实时操作系统 VxWorks上,实现了基于嵌入式图形系统的图形界面的录波装置,可广泛适用于 110kV1000kV 电压等级的变电站和换流站。 ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置,符合以下主要标准: DL/T663-1999 : 220500kV 电力系统故障动态记录装置检验测试要求 DL/T553-94 : 220500kV 电力系统故障动态记录技术准则 I
5、EC 60255-24:2001 : 电气继电器第 24 部分:电力系统暂态数据交换的通用格 式(COMTRADE) ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置技术说明书 2 2. 工作原理 2.1. 总体结构 ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置主要由嵌入式CPU 系统、嵌入式 DSP 系统和 信号变送部分三大部分构成。 DSP 系统负责 A/D 采样、 判据计算以及 GPS 对时处理等。 256路开关量 存储器 32位嵌入式 CPU+VxWorks+ 嵌入式图形界面 4个网口3个 USB口 串口 A/D A/D A/D A/D 96路模拟量 ( 交流和直流 ) FPGA IRIG-B 对时 脉冲
6、对时 告警接口 32位浮点 DSP 12.1“ 工业级 液晶显示器 CF卡 打印机 键盘 /鼠标 32位嵌入式 CPU+VxWorks 连续记录插件 存储器 网络存储器 NAS 选配件 图 2.1 系统结构图 嵌入式 CPU 系统采用 VxWorks 作为实时嵌入式操作系统,以及针对VxWorks 设 计的嵌入式图形操作系统,负责故障数据的分析、存储、通信,以及人机交互等。 ZH-5 录波装置的嵌入式图形系统提供与Window 风格的界面,可以支持键盘、鼠 标和 USB 存储设备,配合12.1工业级液晶显示器,整套装置非常简单易用。ZH-5 在嵌入式图形操作系统上,提供包括波形显示、波形分析、
7、公式编辑器、定值整定等全 部录波器功能。软件功能并没有因为采用嵌入式设计而有任何的缩水。 2.2. 抗病毒原理 ZH-5 整套录波装置采用高可靠性的VxWorks 实时嵌入式操作系统, 并针对录波装 置的需求和特点开发专用软件,有针对性的对VxWorks 进行组件裁减。因此不会感染 病毒,不会被恶意程序入侵,不会成为病毒和恶意软件攻击其他联网设备的跳板,也有 利于增强其它联网设备和整个网络的稳定性。 ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置技术说明书 3 同时,虽然 ZH-5 录波装置所有的功能都不需要Windows 软件。但由于录波装置不 可避免的需要与电力系统很多电脑、服务器以及其它电力设备联
8、网运行,而这些设备还 大量使用 Windows 操作系统,并可能被病毒、恶意软件入侵。ZH-5 具有抵抗病毒、恶 意软件入侵和攻击的能力,在这种的恶劣工况,具有特别重要的意义。 2.3. IEC 61850 建模和服务 2.3.1. 逻辑设备建模 录波装置在物理功能上分为暂态录波和稳态连续记录。对应一个物理设备,建模应 为一个 server ,而对对应于该设备上不同的物理功能模块则采用建立多个逻辑设备LD。 因此,将同一个录波装置上的暂态录波和稳态连续记录功能对象分别建立为两个不同的 逻辑设备。 2.3.2. 逻辑节点建模 录波装置的逻辑设备至少应包含LLN0 、LPHD 、RDRE 三个逻辑
9、节点。 RDRE 包 含了具备共同功能相关、系统相关的数据对象以及数据属性,对于所有的录波装置,该 逻辑节点是强制的。对于录波装置所有的系统功能扩展都放在RDRE 中。在这三个逻 辑节点中除标准中规定的强制数据对象以外,再规定以下强制数据对象: 逻辑节点数据对象说明 LLN0 LEDRs 装置复归 RDRE FltNum 故障序号 RcdMade 暂态录波状态 RcdStr 稳态连续记录状态 RcdTrg 远程启动录波 2.3.3. 录波装置模型服务 1) 应用关联、服务器模型 录波装置同时支持不同客户的访问,建议最大客户端数目8 个。当 MMS 通信意外 中断时,服务器端和客户端检出通信故障
10、的时间应不大于1 分钟; 2) 数据集、定值组服务 对于录波装置,产生 新故障录波应该有事 件上送重要状态信号 :录波状态 (RDRE$RcdMade$stVal) 、故障序号 (RDRE$FltNum$stVal) 等。同时录波装置提供以数 据集方式访问定值信息,并符合DL/T860 规定的排序规则。定值组服务定义了录波装 置定值整定、切换、激活等功能; ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置技术说明书 4 3) 报告服务 录波装置主要过报告服务上送SOE 事件(新录波、装置故障 )。 此服务为录波装置强 制服务,并至少提供4 个报告使能实例; 4) 控制服务 录波装置有远程启动录波和远程装置
11、复归的控制服务。录波装置控制服务采用增强 安全的操作前选择控制模型(SBOw) ; 5) 文件服务 录波文件名录波文件名称采用:装置名_LD 名称_FltNum 故障号 _故障时间,总长 度不应超过 255 个八位位组; 6) 时间和时间同步服务 支持 SNTP 对时协议。 2.4. 暂态录波原理 ZH-5 录波器由 FPGA 负责控制都所有的模拟量通道的模数转换,和采集开关量通 道状态。FPGA 对采集每一帧数据, 再打上绝对时间的标签后, 提供给 DSP 读取,DSP 根据启动判据进行实时计算,一旦判据满足,就进入录波状态,录波告警继电器动作。 此时,DSP 将启动时刻以前的部分数据(即
12、A 段长度 ),以及后续数据 (即 B 段长度 ) 以高采样率的方式保存下来, 同时通过内部高速通道, 传输给嵌入式 CPU, 嵌入式 CPU 将录波数据保存为文件。录波结束后,经过一段时间的延时(可设置)DSP 自动复归录波 告警继电器。同时,嵌入式CPU 自动对数据进行故障分析和测距,并给出分析报告。 如果分析结果表明是区内故障,则打印故障报告和波形。 2.4.1. 暂态录波数据记录方式 数据记录采用 A-B-C 段方式, A、B、C 段全部采用采样值记录。如下图所示: t=0, 系统大扰动开始时刻 A B C 暂态录波起始时刻 图 2.4.1 暂态录波记录方式 A 段:系统大扰动开始前的
13、数据,记录时间为40ms 1000ms ,采样率最高为 10,000Hz ; B 段:系统大扰动后初期的数据, 记录时间为 400ms 10s,采样率与 A 段相同; ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置技术说明书 5 C 段: 系统大扰动后中后期数据, 记录时间最大为600s, 采样率固定为 1000Hz 。 2.4.2. 不定长暂态录波的实现 如果在 C 段录波时,有突变量判据或开关量判据满足启动条件,则DSP 以此时为 新的扰动开始时刻,再次进入ABC 录波状态。直到C 段不再出现突变量和开关量 判据满足启动条件,最后一个C 段达到整定长度后,本次录波才结束。因此,对于某些 复杂故障,可
14、能在一个录波数据中,出现多次ABC ABC AB C 的现象。 2.5. 稳态连续记录原理 2.5.1. 暂态录波插件内置的连续记录 装置自从启动后, DSP 不停的以 1000Hz 采样率向暂态录波插件发送实时采样值, 暂态录波插件利用实时采样值,生成实时监测数据和画面,同时将这些数据保存,成为 稳态连续记录数据。 暂态录波插件内置的连续记录采用1000Hz 为采样率,可以查看到波形的相位信息, 比有效值记录方式更具有使用价值,同时数据量也大得多。通过配置大容量的存储器, ZH-5 可以保存最近至少7 天的稳态连续记录数据。稳态连续记录数据采用自动循环覆 盖,滚动更新,无需人工手动清除。 2
15、.5.2. 独立的连续记录插件 ZH-5 可选配独立的连续记录插件,配置后,暂态录波插件内置的连续记录功能将 自动被禁用。独立的连续记录插件可支持1000Hz, 2000Hz, 5000Hz的采样率。 配有独立的连续记录插件后,DSP 以另一个独立的通信通道,向连续记录插件发 发送实时采样值。 连续记录插件将这些数据每隔1 分钟保存成一个录波数据, 形成连续 的波形记录。 连续记录插件可支持所有标准的网络存储器(NAS), 对 NAS 的型号和品牌没有特殊 要求。连续记录插件也支持内置的本地存储器,如果同时配有网络存储器和本地存储器, 则优先使用网络存储器,本地存储器将作为后备存储设备,仅当网
16、络存储器无法访问时 才使用。 连续记录插件保存录波数据时,默认采用我公司专用的ZYD 格式保存所有通道的 连续记录数据,用这种方式存储的数据可按照任意时间段进行提取,用户不需要关心数 据的记录方式。 连续记录插件也可以挑选部分重要的模拟量通道和所有的开关量通道进 行保存,这是数据被保存为COMTRADE 1999格式,采用这种方法,如果只选取部分 通道进行存储, 可在相同的存储空间下, 保存更长时间的数据。 但这种方法保存的数据, ZH-5 嵌入式电力故障录波分析装置技术说明书 6 不能按照任意时间段进行提取,只能按照每分钟一个的文件进行访问。 2.6. 定值和整定范围 序号定值项单位范围启动
17、精度建议值 控制参数 1 AB 段采样率Hz 1,000 10,000 10,000 2 A 段长度毫秒0.1 1 秒100 毫秒 3 B 段长度毫秒0.4 10 秒400 毫秒 4 C 段长度秒130 秒5 秒 5 连续记录插件采样率Hz 2,000 、5,000 5,000 交流电压 6 相电压突变量V 1% 20% UN5% 9% UN 7 相电压高越限V 100% 130% UN2% 115% UN 8 相电压低越限V 1% 100% UN2% 85%UN 9 零序电压突变量(开口三角电压 ) V 1% 20% UN5% 6% UN 10 零序电压高越限(开口三角电压 ) V 1% 2
18、0% UN2% 6% UN 11 电压正序高越限V 80% 130% UN2% 110% UN 12 电压正序低越限V 1% 120% UN2% 90%UN 13 电压负序越限V 1% 20% UN2% 3% UN 14 3 次谐波越限% 1200 2% 30 15 5 次谐波越限% 1200 2% 30 16 7 次谐波越限% 1200 2% 30 交流电流 17 相电流突变量A 2% 30% IN5% 10% IN 18 相电流高越限A 50% 130% IN2% 110% IN 19 相电流 1.5 秒内电流变差% 530 5% 10 20 零序电流突变 A 1% 30% IN 5% 1
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