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1、文档历史记录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012009.2.18创建1.0郑君林022009.4.09修改1.1郑君林032009.8.10增加3、5次谐波定值，删掉单次录波长度定值1.2郑君林042009.11.23修改部分文字错误1.2谢文勤052009.12.17修改部分描述错误1.2李婷校阅历史记录序号日期校对情况签字012009.4.7排版校对无误李婷022009.4.09排版李婷0
2、32009.5.20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012009.6.29正确张小波目录目 录1.概述12.工作原理22.1.总体结构22.2.抗病毒原理22.3.IEC 61850建模和服务32.4.暂态录波原理42.5.稳态连续记录原理52.6.定值和整定范围53.嵌入式图形软件的主要功能73.1.实时监测功能73.2.波形查看功能73.3.波形分析功能73.4.定值整定83.5.配线和参数修改84.关键技术94.1.纯嵌入式结构和基于VxWorks的图形界面94.2.对病毒免疫94.3.完备的对时接口94.4.支持IEC 61850-8规约95.技术指标105
3、.1.输入信号105.2.性能指标105.3.稳态连续记录115.4.时钟及同步精度115.5.基于IEC61850的录波装置模型和通信规约115.6.通信接口和规约115.7.3/2接线115.8.主变录波125.9.数据格式125.10.抗电磁干扰能力125.11.供电电源125.12.外形尺寸、安全防护等级及颜色1212ZH-5嵌入式电力故障录波分析装置技术说明书1. 概述ZH-5嵌入式电力故障录波分析装置是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和图形界面的录波装置，可广泛
4、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：v DL/T663-1999：220500kV电力系统故障动态记录装置检验测试要求v DL/T553-94：220500kV电力系统故障动态记录技术准则v IEC 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)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系统和信号变送系统三大部分构成。DSP系统负责A/D采样、判据计算以及GPS对时处理等。图2.1系统结构图嵌入式CPU系统采用
5、VxWorks作为嵌入式实时操作系统，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故障录波装置的嵌入式图形系统提供类似于Windows风格的界面，可以支持键盘、鼠标和USB存储设备，配置12.1工业级液晶显示器，整套装置简单易用。ZH-5的嵌入式图形操作系统，提供包括波形显示、波形分析、公式编辑器、定值整定等全部录波装置功能。设备功能并没有因为采用嵌入式设计而有任何的缩减。2.2. 抗病毒原理ZH-5整套录波装置采用高可靠性的VxWorks嵌入式实时操作系统，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
6、。因此系统不会感染病毒，不会被恶意程序入侵，不会成为病毒和恶意程序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。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的其他电脑、服务器以及电力设备联网运行，而这些设备大部分还在使用Windows操作系统，存在被病毒、恶意程序入侵的风险。ZH-5具有抵抗病毒、恶意程序入侵和攻击的能力，在这种恶劣工作情况下，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功能。对应一个物理设备，建模为一个serve
7、r，而对基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规定的强制数据对象以外，还规定有以下强制数据对象：逻辑节点数据对象说明LLN0LEDRs装置复归RDREFltNum故障序号RcdMade暂态录波状态RcdStr稳态连续记录状
8、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，建议客户端最大访问数目为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的时间应不大于1分钟。2) 数据集、定值组服务对于故障录波装置，当电力系统发生故障产生录波时应有事件上发送重要状态的信号：包括录波状态(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的信息，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。3) 报告服务录波装置主要通过报告服务上送SO
9、E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) 控制服务录波装置提供远程启动录波和远程装置复归的控制服务。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采用SNTP对时协议。2.4. 暂态录波原理ZH-5录波器由FPGA负责控制所有的模拟量通道的模数转换以及采集开关量通道状态。FPGA对每采集一帧数据，打上绝对时间标签后，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
10、告警继电器动作。此时，DSP将启动时刻以前的部分数据(即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：图2.4.1暂态录波记录方式v A段：系统大扰动开始前的数据，记录时间为40ms1000ms，采样率最高为10,
11、000Hz；v B段：系统大扰动后初期的数据，记录时间为400ms10s，采样率与A段相同；v 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段不再出现满足突变量和开关量判据启动的条件，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，可能在一个录波数据中，出现多次ABC ABC ABC的现象。2.5. 稳态连续记录原理装置自从启动后，DSP不停地以1000Hz采样率向CPU发送实时采样值，
12、CPU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。稳态连续记录采用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。2.6. 定值和整定范围序号定值项单位范围启动精度建议值控制参数1AB段采样率Hz1,00010,00010,0002A段长度毫秒0.11秒100毫秒3B段长度毫秒0.410秒400毫秒4C段长度秒130秒5秒交流电压5相电压突变量V1%20%UN5%9%UN6
13、相电压高越限V100%130%UN2%115%UN7相电压低越限V1%100%UN2%85%UN8零序电压突变量(开口三角电压)V1%20%UN5%6%UN9零序电压高越限(开口三角电压)V1%20%UN2%6%UN10电压正序高越限V80%130%UN2%110%UN11电压正序低越限V1%120%UN2%90%UN12电压负序越限V1%20%UN2%3%UN133次谐波越限%12002%30145次谐波越限%12002%30157次谐波越限%12002%30交流电流16相电流突变量A2%30%IN5%10%IN17相电流高越限A50%130%IN2%110%IN18相电流1.5秒内电流变差%5305%1019零序电流突变A1%30%IN5%10%IN20零序电流高越限A1%30%IN2%10%IN21电流负序越限A1%30%IN2%10%IN频率22频率高越限Hz50550.00250.523频率低越限Hz45500.00249.524频率变化率Hz/s0.01100.0050.1直流（含电压和电流）25直流突变量V/A1%50%UN/IN5%10%UN/IN26直流高越限V/A70%150%UN/IN2%110%UN/IN27直流低越限V/A1%130%UN/IN
