行业: 电力
技术: 工控技术
智能变电站是应用先进可靠、高度集成的设备，通过网络化通信、标准化信息平台，实现电网运行数据全面采集、自动运行控制、在线分析决策、协同互动等功能，达到提高变电站运行可靠性、减少人工干预、支撑电网实时控制和智能调节、优化资源利用、电源灵活接入等目标的变电站。智能变电站网络数据实时性要求高、数据量大的特点要求电力故障录波监测装置不但能记录、分析电压电流等电气量，而且能完整的记录、分析整个智能变电站各智能单元之间的通信报文，为事故分析提供可靠依据。目前的智能变电站已有电力故障录波监测装置普遍存在硬件设计集成度不高、网络接口处理能力弱、存储容量小、数据存储速度慢、显示不直观、检索能力差、报文数据无法与录波数据统一分析等缺陷，严重制约了电力故障录波装置在智能变电站的应用。
基于飞腾高可靠性嵌入式处理器E2000，山大电力研制了新一代变电站智能故障录波装置。该装置集成网络硬件加速、硬件压缩解压缩、高速消息分发处理等机制，结构紧凑、易于扩展、充分保证装置具有强大的数据吞吐及处理能力，实现了高性能、高可靠性、低功耗、免风扇的整机一体化工业级设计。
变电站智能故障录波装置包括采集单元和管理单元两部分，实现变电站故障录波、继电网故障分析、状态在线监视、智能诊断等功能，为智能变电站的事故分析、日常运维提供多维度的可视化信息支撑及安全操作依据。装置可部署在变电站站端，集成了故障录波、网络记录分析、二次设备状态监测等功能的装置。
图一：智能故障录波装置结构图
采集单元采集变电站内保护装置、测控装置、智能终端、网络交换机等二次设备模拟量、开关量及网络报文数据，具备录波文件生成和网络报文采集及实时分析功能。管理单元接入所有采集单元数据，具备录波数据分析、网络报文分析功能。管理单元还应通过站控层网络连接站内保护装置、安全自动装置、多功能测控装置，具备二次设备状态监测等功能。管理单元具备站端数据管理与上传远方主站功能。
采集单元和管理单元基于统一化硬件平台进行构建，统一化硬件平台由集成嵌入式处理器的板卡插件和4U机箱组成，集成度高，可扩展性强，可维护性好。装置的功能分布在不同的智能化（具有独立的CPU、DSP）模块中。各智能模块之间通过双口RAM采用总线式接口，保证了极高的数据吞吐能力。整个装置具有高精度、高可靠性、可扩展性和可维护性等特点。装置的主要构成：智能数据采集模块、暂态录波管理模块、稳态录波管理模块、数据处理及分析模块、GPS时间同步模块。各部分作用如下：
（1）智能数据采集模块：包括模拟量采集模块与开关量采集模块。其功能是在管理板的同步控制下，以实时方式完成对模拟量和开关量的数据采集，并将采集数据通过双口RAM送到管理模块。
（2）暂态录波管理模块：启动判断，并把故障前后数据存储到掉电保持RAM和CF卡（工业级）中，通过网络将数据传送到数据处理及分析模块或其它主站。
（3）稳态录波管理模块：以一定采样频率一直不间断录波，并把数据存储到掉电保持RAM、CF卡和硬盘中，当有故障发生时，则按照B段设定的采样频率进行录波并存盘，通过网络将数据传送到数据处理及分析模块或其它主站。
（4）数据处理及分析模块：对记录数据进行存盘，数据分析处理、显示和打印输出，通过联网通讯接口（Ethernet、标准的RS-232等）实现数据共享。
（5）GPS时间同步模块：可接收来自其它GPS同步时钟装置的秒脉冲信号、串行口信号、IRIG-B码信号，获得全球定位系统同步时钟信号，为采样提供准确的时间基准。
图二：智能故障录波装置外观图
智能故障录波装置具备故障记录和稳态记录两种方式实现对电网故障过程数据的记录。
（1）故障记录
故障录波器可以自动辨识电网故障，并按照预设的采样策略记录故障前后的电气量数据，实现对故障过程的回放。采样策略通常分为以下4段：
A时段：（6~25周波）系统大扰动开始前状态数据，输出原始记录波形（最高采样频率12.8kHz，可设）。
B时段：（10~150周波）系统大扰动后初期的状态数据，输出原始记录波形（最高采样频率12.8kHz，可设）。
C时段：（0~1000周波）为系统大扰动后的中期状态数据，输出工频相量值（记录间隔1~5周波，可设）。
D时段：（0~5000周波）为系统动态过程数据，输出工频相量值（记录间隔2~10周波，可设）。
（2）稳态记录
不间断记录所有模拟通道和开关量通道的波形（最高采样频率3.2kHz），当有故障发生时，记录按照B段所设的采样频率进行录波（最高采样频率12.8kHz），记录数据带有绝对时标。
智能故障录波装置除实时记录故障波形外，还具备故障分析功能，在电网故障后可针对本次电网故障输出故障分析报告，包括：故障发生时间，故障线路名称，故障相别，跳闸相别，保护动作时间，断路器跳闸时间，断路器重合时间，再次故障相别，再次跳闸相别，保护再次动作时间，再次跳闸相别，故障测距（距变电站本装置安装处），故障前3周波、故障后5周波、重合后5周波电压电流有效值，开关量动作情况一览表，故障波形等。
智能故障录波装置具有以下优势：
山大电力基于飞腾E2000芯片研制的智能故障录波装置已经在国网完成挂网试运行，挂网期间运行稳定，记录准确。智能故障录波装置的应用为快速准确的定位电网故障提供了支撑，有效减少了故障处理时间，大大提高了变电站的运行稳定性，有力支撑了电力系统的可靠性和优化电力系统的运行。
图三：系统应用场景
飞腾腾珑E2000
山东山大电力技术股份有限公司成立于2001年，是从事电力自动化和信息化产品研发、生产、销售及工程服务的专业公司。产品体系和配套解决方案涉及电力、石油、煤炭、化工、公用事业等多个行业和领域。是国家科技成果重点推广计划项目技术依托单位，山东省科技厅、山东省财政厅、山东省国家税务局、山东省地方税务局联合认定的高新技术企业，山东省经济和信息化委员会认定的软件企业，山东省守合同重信用企业。2002年8月通过ISO9001国际质量管理体系认证。2013年通过环境管理体系认证、职业健康安全管理体系认证。先后获得 “山东省电能质量监测与治理工程技术研究中心”、“山东省软件工程技术中心”、“软件创新型企业”等称号。
科技为先，创新发展。公司位于济南高新技术开发区山东大学科技产业园内，现有生产、研发、办公场所9000余平方米，员工300余人（其中博士生、硕士生导师及博士12人，硕士28人，本、专科以上学历占员工总数的90%以上）。公司先后承担、参与多项国家、省部级重点项目，获国家发明奖、科技进步奖3项，国家火炬计划项目3项，省部级发明奖、科技进步奖9项，山东省信息产业发展专项资金项目、科技型中小企业创新发展项目3项，拥有软件著作权22项。参与国家电网公司《智能变电站动态记录装置技术规范》、《时间同步系统技术规范》、南方电网公司《电力故障行波测距系统技术规范》等技术标准的起草和编审工作。
厚积薄发，聚势谋远。经过二十余年的技术积累，形成了故障录波监测装置、变电站综合自动化系统、时间同步系统、配网自动化设备、电力线路故障行波测距装置、智能变电站网络报文记录分析装置、故障录波器联网系统、AVC自动电压控制系统、电能质量监测系统、继电保护信息系统、智能变电站辅助系统监控平台、小电流接地选线装置、电动汽车充电设备等多个产品体系。产品应用于特高压交流试验示范工程、特高压直流输电工程、多端柔性直流输电示范工程、奥运工程、核电站等国家重点项目。
文化铸魂，合作共赢。二十余载，山大电力秉承“真诚、严谨、创新、卓越”为核心的企业文化，依靠先进的技术、优质的产品和高效的服务，致力于提供性能稳定、安全K靠、节能环保的电力自动化产品，量身定制全面优化的解决方案，竭诚为广大用户服务。