基于网络化、分布式数据采集单元的发电机故障监测记录系统的应用

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摘要：随着电力系统和计算机硬件、软件技术的飞速发展，对故障监测装置的要求也越来越高。本文介绍了一种基于网络化、分布式数据采集单元的发电机故障监测记录系统在发电机组的应用。

关键词：故障录波、发电机组、微机型

Abstract： With the development of power system and computer hardware and software technology ， high requirements for fault monitoring devices are increasingly needed. This paper presents a fault monitoring and recording system based I Web-based， distributed data acquisition unit of the generator fault monitoring and recording system in the generator set applications.

Key words： fault recorder， generator sets， computer-based

1. 前言

发电机组作为现代电力系统的重要设备，同时配套有大量不同工作原理的保护，运行工况极其复杂，相对事故率较高，故障种类多，故障原因各异，故障的分析、判断、处理更加困难。计算机技术、网络技术和通信技术的不断发展，为研制新一代高性能微机型故障录波装置提供了有利条件，同时电力系统对故障录波器也提出了更高的要求。在对原有故障录波器进行结构分析和运行经验总结的基础上，针对这些故障录波器普遍存在的问题，提出了一种基于网络化、分布式数据采集单元的发电机故障监测记录系统的新型设计方案，以提高故障录波装置的性能，更好地为电力系统的发展服务。

2. 发电机组故障录波装置简介

2.1 故障录波装置定义

电力系统故障录波装置是记录电力系统大扰动时系统电气参数的变化过程，以及继电保护、自动控制装置动作行为的自动装置，主要用于电力系统事故分析、故障判断并针对各种要求提供实际系统数据。

2.2 发电机组录波器应用的必要性

近些年来，随着科技的发展，特别是电力市场的兴起，电力系统对故障录波装置的要求也越来越高，要求录波的采样速度、记录长度、记录数据的完整性、安全性都要有很大地提高。而且为了提高系统的分析水平和对电力系统机组更好的管理，不仅传输线路需要录波装置，发电机组也应该配备高性能的录波装置。目前线路的录波技术已相对成熟，应用极为广泛，而发变组的录波正处在应用的初期，还有很多实际问题需要在实践中逐步完善和加以解决。

2.2.1 发电机励磁系统

大型发电机组的励磁回路是发电厂电气系统的重要组成部分，对于机组的安全可靠运行具有重要影响。大型机组的励磁系统环节较多，任何一个环节出现问题就会造成整个回路工作异常。从国内今年来125MW及以上机组保护的动作统计分析数据来看，发电机的励磁系统故障占有相当大的比重。但以前由于在励磁系统上一直没有装设完整、全面的故障记录分析装置，也给查找励磁回路故障和分析失磁保护行为带来了一定的难度。因此，大机组故障监测记录系统担负起对整个励磁系统全面监视的任务，对提高机组安全稳定可靠运行加码。

2.2.2 发电机运行数据

便于全面、直观地监测机组的运行状态。大型发电机组结构复杂，电气量众多，由于技术含量和现场条件有限，以往对机组电气运行参数的监测大多采用传统的仪表显示方式，使用很不方便，且信息量少，操作机械化，很难全面实时地反映机组的实际运行状态。微机型监测记录系统的采用，可借助计算机强大的存储能力和高速的计算速度，对所有涉及到机组运行状态的电气量进行数据采集、实时计算和分析，可以直接反映当前机组的运行状况。通过直观的人机界面，把运行参量图形化，为运行人员和检修人员做出正确判断和处理提供可靠的依据。

2.2.3 区分继电保护动作的正确性

便于对保护与安全自动装置的动作行为进行分析、判断、处理，减少因保护误动作引起的停机时间。大型发电机组配备的保护种类多达20-30种，若没有在发电机上装设性能优良的故障录波器，会给事故分析工作带来不便，一致因为未能查找出准确原因，导致重复性误动，甚至拒动，延长停电时间，造成系统波动。因此，在大机组上装设专用故障录波分析装置对于帮助继电保护人员查找保护误动原因，准确查找一次设备的故障性质和位置都有十分重要的作用。

为了给研究和解决现有某些保护中存在的原理缺陷提供帮助，目前对发电机组配置故障录波监测装置已迫在眉睫。采用性能优良的微机型大机组专用故障录波分析装置后，可将记录的数据传送到故障分析仿真设备上，从而实现了故障再现功能，为查找保护原理缺陷以及研究新的保护原理提供依据和帮助。

3. 故障录波系统在发电机组的应用

3.1 基于网络化、分布式数据采集单元的发电机故障录波监测系统简介

天生桥二级电站通过对发电机故障监测要求进行深入研究后，建设了基于网络化、分布式数据采集单元的发电机故障监测记录系统，该系统是一种分布式多功能数据采集系统，基于网络化、分布式数据采集单元的设计，具有强大的数据采集、传输、分析和报告输出平台，能准确、完整、可靠地记录电力系统发生故障时的电量数据，能满足电厂发电机组故障监测和数据录波要求，配用REPLAY TM PLUS主站软件包，它给电力系统站点数据采集、分析和报告提供了一个强大的支持平台，提高了电厂设备监测水平，为电厂运行人员和专业技术人员搭建了强灵活性和强大数据处理、数据通信能力的发电机故障监测记录系统，为快速应对处理有关异常、分析故障提供了新的方法和更加有效保障。

3.1.1 IDM故障录波器硬件介绍

IDM故障录波器由LSU（当地存储单元）、DAU（数据采集单元）组成。

3.1.1.1 LSU介绍

LSU是一套工业级PC机，在IDM中负责以下功能：

1） 保存DFR（故障记录功能）、TSS（触发慢扫描功能）、CSS（连续慢扫描功能）记录，掉电不丢失记录；

2） 实现多套DAU情况下的Modem共享；

3） 实现多套DAU情况下的打印机共享；

LSU配备有两组串行接口，一个56K内置MODEM，40GB硬盘和10Base-T和AUI接口的网卡，操作系统为Linux系统。

3.1.1.2 DAU介绍

DAU主要负责数据信号的采集任务。本系统使用的DAU为T3型（16A/32D）录波器，最大可以记录16路模拟量和32路事件量，模拟量和开关量的信号调理部分全部置于机箱内部，使得IDM得结构非常紧凑，适合于安装在继电屏柜内，屏柜内接入被监控的对象以及输入馈线，DAU中可以选配一个内置得GPS接收器或一个外部时钟源进行时钟同步。

3.1.2 IDM故障录波器软件介绍

Replay TM Plus（资源管理器）是Hathaway公司系列产品提供配置、通信、数据分析和管理的应用程序。

用于IDM时具有以下功能：

1） 经直连电缆、Modem、双绞线或光纤网络的通信；

2） 对IDM DAU进行就地或远程设置；

3） 对IDM数据的提取；

4） 数据的分析、显示和管理；

类似于Windows Explorer（资源管理器）的用户界面，用于罗列记录和已装设备，以及一个用于配置IDM的下拉界面。所有的设备配置情况，录波数据文件和简要报告均以Microsoft Access 97数据库文件的形式保存。

所有的设备和记录文件通过上图所示的Replay TM Plus资源管理器窗口进行寻访。一执行软件就进入该窗口。

3.1.3 IDM的网络配置

在某一指定地点安装多套DAU的情况下，相互之间通过以太网通讯。设备之间通过以太网相互联络，需要一台交换机。组网拓扑结构的范例如下图所示，双绞线以太网在常规方式下最大通讯距离为100米。但无论怎样自理，可能还是回避不了来自其他导体或设备造成的瞬态干扰，因此一般推荐采用光纤以太通信网，也就是10Base-FL，当采用多模光纤时，能延伸到数公里之遥。

该系统采用的是连接到一个广域网的IDM网络连接方式，数据能通过广域网自动传送到远方网上的PC机。

3.1.4 IDM的功能

DFR故障记录功能

在发生系统故障或扰动之时，高速记录、存储电力系统和设备的暂态响应数据。

TSS触发的慢扫描功能

慢速记录各种电量导出量，按每周波扫查一遍，对故障和扰动前、期间和之后的数据可持续记录10分钟，可提供的导出量包括电流、电压的有效值、有功、无功、序分量和频率。

CSS连续慢扫描功能

这个慢扫描功能可对15天期间的记录数据进行长期稳定监测。这个功能要求配备一套本地存储单元（LSU），也就是供长期数据存储的一套带硬盘的工业级PC机。可记录的量同TSS相同。

其他功能

IDM不仅有故障和电网扰动录波功能、还具有以下功能：

a） 电力系统监测；

b） 相位测量；

c） 事件量记录/电能量记录；

d） 设备状态监测。

3.2 基于IDM故障录波器监测系统的应用

针对天生桥二级电站六台发电机监测数据量大的特点，通过与电厂局域网络的结合，构建由多个数据采集模块（DAU）、本地数据存储单元（LSU）通过光纤或双绞线联成局域网，基于TCP/IP协议，以因特网技术为通信支持，组成全新网络概念系统。

电厂终端（厂房办公区域、中控室、兴义远控室等）用厂内局域网或拨号网络与IDM远程通信，获得高速可靠的远程数据监控服务。极高的16位数据分辨率满足0.1至20倍额定值的超宽动态范围；自校准；记录智能定长；海量存储；功能强大的数字信号处理器DSP地毯式实时计算数十种工频特征参数，极为精细地监视电网安全和电能质量。采用实时多任务Vxworks操作系统，超大规模现场可编程门阵列，远程升级软件版本等顶尖技术，使基于网络化、分布式数据采集单元的发电机故障监测记录系统具有高性能、高可靠性。该系统彻底改变了过去对于发电机故障分析存在的不足，解决了导致不能快速、准确对故障的困难，为快速准确地分析事故原因提供可靠依据， 并减少因保护误动引起的停机时间；为研究和解决现有某些保护中存在的原理缺陷提供帮助手段，并能对机组的运行工况进行全面的监视，提高设备监视和管理水平。

项目的实施构建了基于网络化、分布式数据采集单元的发电机故障监测记录系统，实现了对天生桥二级电站机组故障的有效监测，为天生桥二级电站多发电、多送电提供了可靠的运行条件分析，从而为整个电网带来了可观的经济效益。

4. 结论

为了更好满足电厂综合自动化以及未来设备状态检修的需要，传统的机组录波应向集运行状态检测、实验数据记录与分析以及故障数据记录与分析为一体的综合性系统方向发展。此外，在数据记录方式、录波启动方式、记录数据分析功能、录波装置的集中式网络化管理以及远方的在线监测和管理等方面也应进行相应的改进和完善，以更好满足现场的运行和管理要求。本文介绍的基于网络化、分布式数据采集单元的发电机故障监测记录系统具有功能丰富、监测记录全面、故障分析功能强等特点，为提高机组的安全稳定可靠运行发挥积极作用。此项目已于2009年3月20日前实施完成，并投入应用于天生桥二级电站，且运行状况良好。

参考文献：

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