本站原创【摘 要】随着电子信息技术的发展,各种关于电能质量检测分析的仪器设备有了广阔的发展空间.阐述了一种新型自适应无线组网录波装置的架构、功能特点.该装置可测量、记 录和分析电力系统的多种交 流量及直流量,以及稳态和暂态电能质量数据,能够实现自适应无限组网.与已有装置相比,具备较强的技术优势.
【关 键 词 】无线；录波；电能质量；数据采集
电力系统对电能质量的要求正在逐步扩大和深化,提高电能质量已经成为保证供电系统安全稳定运行的基本要求.至今,我国颁布了涉及电能质量六个方面的国家标准,这对电能质量检测设备提出了更高的要求.随着电子信息技术的发展,各种关于电能质量检测分析的仪器设备也有了广阔的发展空间.在众多检测分析仪器中,便携式仪器是当今主流产品.基于上述情况研发了新型的自适应无线组网录波装置.
该装置采用嵌入式系统设计,应用具有高频响应、高精度的传感器,基于GPS同步脉冲锁相的同步采样技术,可实现在线监测电网的电压偏差、频率偏差、间谐波、电压电流不平衡度、电压波动与闪变、基波及各次谐波（50次）有功、无功功率,功率因数、各次谐波含有率与总畸变率等；可任意设置故障录波触发规则,根据设置的上限与下限,越限后自动触发录波.装置为可便携式设计,可以方便的带入工作现场进行使用.装置与装置之间采用Wi-Fi（WirelessFidelity）方式通讯,装置与装置自适应互联,无需人工干预方便多设备协作采集.采集装置控制采用笔记本、Android、iPhone和iPad等移动设备,方便用户查阅故障录波数据、查看当前装置的实时采集信息和给定装置参数等操作.
1.装置架构设计
1.1 多设备协作运行
设备与设备之间采用Wi-Fi通讯,可自由灵活组合方便在不同的监测点放置采集终端协作采集,人工无需进行干涉便可自动组网.通过笔记本、手机等带有Wi-Fi通讯功能的移动终端监测采集点的电能质量数据、开关量状态,并通过终端设置故障录波规则.
1.2 全嵌入式硬件结构平台
ETX（Embeded Technology Extened）嵌入式模块化CPU,大规模可编程逻辑器件CPLD,分层分布式多CPU并行技术,功能合理分散、结构紧凑,易于扩展,充分保证装置强大的数据吞吐及处理能力,实现高性能、高可靠性、免风扇、低功耗的整机一体化工业级设计,可长时间连续运行.装置的硬件架构如下.
1.3 先进可靠的软件平台
采集装置采用Linux操作系统,采用组件化的软件系统结构,大大提高软件系统的可靠型、保证整个装置具有优异的整体性能.
1.4 高精度数据采集系统
采用16位高精度A/D转化,模拟通道高速同步采样控制技术,基于最小二乘最优原理的模拟通道矢量矫正技术（包括幅值、相角误差校正）、CPLD自动频率跟踪技术等保证装置在很宽的频率范围内数据采集、处理的精度.
2.装置功能设计
2.1 电能质量参数监测
全面监测电能质量参数,包括电压偏差、频率偏差、谐波（50次）、间谐波、电压电流不平衡度、电压波动与闪变、基波及各次谐波有功功率、无功功率、功率因数等；谐波电压、电流的幅值及其相角；各次谐波电压的含有率及其电压总畸变率；各次谐波有功、无功功率、功率因数等.
2.2 组网采集功能
通过Wi-Fi自适应组网的方式,将多台采集装置连接在一起并行采集.通过主控终端协调各个终端的采集和录波任务.每台采集装置配有大容量的存储器（≥250G）所有存储记录至少保存18个月以上,数据可通过USB或无线方式导入到电脑中.在设备磁盘满后按照先进先出的原则循环更新.
2.3 录波功能
1）采用无线同步方式,同时采集变电站保护室中相距80米范围内的3个以上二次屏柜上的电压和电流信号,并将测量到的数据保存于本地数据库；
2）可以对直流、交流、方波、锯齿波、脉冲波及其他非规则电压、电流信号进行波形记录；
3）具有追忆录波的功能,启动录波后,装置不仅可以将录波触发时刻以后的信号波形记录下来,而且还可以根据要求将录波触发时刻以前任意时间长度的信号波形也完整地记录下来；
4）录波时用户可以设置采样速率、录波通道、录波长度、追忆时间,还可以设置每个信号通道的信号名称、信号量程和单位等丰富的设置信息.
2.4 录波启动方式
1）手动启动：利用键盘和鼠标用户可以随时以手动的方式启动录波；
2）定时启动：用户事先设定好录波的启动时刻,到达指定的时刻后装置便自动启动录波；
3）遥控启动：通过遥控接口,用户可以利用外部的控制器触点或按钮来启动录波；
4）模拟量越限启动：用户可以设定好各模拟量通道信号的越限定值,一旦录波信号超越整定值,装置便自动启动录波；
5）开关量变位启动：用户可以设定好各开关量通道信号的上跳或下跳触发模式,一旦相应通道的开关量信号发生对应的变位,装置便自动启动录波.
2.5 实时跟踪
1）数字表：以数字表头的方式同时显示32路模拟量信号的实时数值和64路开关量信号的状态值.
2）棒形图：以棒形图的形式动态显示各测试信号的幅值和状态见图2.
3）趋势曲线：将各通道的信号以曲线的方式显示出来,便于用户对信号的变化趋势进行观察和分析.
4）矢量图：动态显示各交流电压、交流电流信号的矢量关系图.
5）关系曲线：可以将任意两通道信号构成一组,以X-Y特性曲线的方式动态显示通道间变化关系.
2.6 故障录波
当设置好模拟量越限定值和开关量变位判据后,将记录仪运行于故障录波状态,一旦启动条件满足,记录仪便按设定的采样频率和录波时间自动录波并自动保存录波数据.然后,系统又自动进入监测状态,从而实现连续故障录波.
2.7 兼容录波文件格式
设备录波存储文件兼容COMTRADE格式,IEEE COMTRADE（Standard Common Format for Transient Data Exchange C37.111-1999）是IEEE标准电力系统暂态数据交换通用格式.该标准为电力系统采集到的暂态波形和事故数据的文件定义了一种格式.该格式意欲提供一种易于说明的数据交换通用格式,同时支持自有的压缩录波文件存储格式.
2.8 GPS对时
接收外部GPS接点对时信号,保证了所有监测装置的同步采样,所有记录数据带有绝对时刻时标,使电能质量数据与录波数据和其他数据紧密关联.
2.9 多种供电方式
采用外部或内部供电方式,方便对特定采集点进行采集.
3.结语
基于电力系统对电能质量要求逐步提高的现状,研发了新型的自适应无线组网录波装置.该装置可测量、记录和分析电力系统的多种交流量及直流量,如频率、电压、谐波、三相不平衡度,以及电压波动与闪变,电压暂降与短时中断、暂时过电压和瞬态过电压、波形畸变、浪涌电流等稳态和暂态电能质量问题.可广泛应用于发电厂、变电站、实验室的调试、检修试验的动态录波及静态数据的记录,可在各种场合替代光线示波器.可作试验有：发电机的开路及短路试验、CT伏安特性试验、励磁系统动态试验、检测同期试验、开关动作时间试验、高压试验、继电保护试验、继电器校核试验、电动机启动试验等,是提高工程调试及运行维护准确率及效率的必备装置,在国内电力系统稳定运行中将发挥积极的作用.
【参考文献】
[1]刘志远,耿池勇,严南征.丁茂生电力多功能录波分析仪研制[J].科技成果,2012-5-26.
[2]李佳.浅析故障录波组网的应用研究[J].中国电力教育,2013-2-10.
[责任编辑：张涛]