FGL―3000C型发变组故障录波器应用探讨

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摘要：《国家电网公司十八项反措》5.16条指出：200MW及以上容量发电机必须装设发变组专用故障录波器，并且保证装置的可靠性和稳定性。文章分解了fgl-3000c型录波装置的硬件结构，其数据采集单元以高速浮点处理器TMS320C6713为运算核心，以CPLD为控制和逻辑核心；介绍了该装置的软件配置，软件界面操作简单，可按照需要进行各种故障分析。

关键词：故障录波器；发变组；录波装置；采集单元；高速浮点处理器 文献标识码：A

中图分类号：TM77 文章编号：1009-2374（2016）13-0056-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.026

1 概述

目前，国内运行20年左右200MW、300MW机组普遍安装了较早时期的故障录波器，其技术仍停留在相对比较落后的水平上，我厂三号机为哈尔滨电机厂生产的三级励磁发电机，由于发电机是发电厂最复杂的设备，故障或异常时必须真实地反映发电机和变压器各参量的变化情况，不仅需要记录发电机的定子电压、电流，而且还要记录发电机转子电压、电流，即励磁系统各直流参量的变化情况。原FG-2型发变组故障录波器已运行15年以上，鉴于当时条件所限，装置硬件及软件设计上均有不足，采样频率和传输速度及工控机的配置都比较低，只可连续完整记录3次连续故障录波数据，模拟量、开关量路数较少，很多数据量没有接入，已很难满足现代稳定、可靠运行的要求。另外，由于装置运行时间较长其故障率升高，经常出现死机，装置插件损坏率高，维护费用及工作量增加，装置的备件更换工作已非常困难，已影响到设备的正常运行，应对原有设备进行改造更新。

在发电机大修、更换励磁调节器或故障后重新启机前，要进行一些必要的电气试验，如空载试验、短路试验等。传统的方法试验要重新接线，接入表计多，读表人数多，而后还要进行折算、绘制试验曲线、整理试验报告等工作，不仅数据误差大，而且费时费力。原装置虽然也有上述的个别试验功能，但是其精度和参数设置等已远远落后于最新一代的FGL-3000C型发变组录波器。该系统的试验功能，只需一人通过微机操作就能完成全部试验，缩短了试验时间，节省了燃料，同时不需重新接线，减少了人工失误及其附带问题的发生，提高了工作效率和测量精度，实现了电气试验自动化。

2 FGL-3000C录波器的技术特点

2.1 全嵌入式分布式结构

装置由两个机箱组成，每一机箱由数据单元独立完成96路模拟量、128路开关量的采集。机箱之间通过通讯线连接，模拟量信号和开关量信号从背板传输，不通过信号线，抗干扰能力强。数据采集单元以高速浮点处理器TMS320C6713，为运算核心，以CPLD为控制和逻辑核心，结合板上多路同步A/D，完成48路模拟量和64/128路开关同步采集，采样频率可达10K/S。管理单元采用高性能、低功耗、无风扇的工控模块，完成多路数据采集单元的数据采集、处理、存贮等，硬件具有看门狗模块，可靠性好。

2.2 系统性能先进、可靠性高

系统的数据采集单元采集频率高、运算功能强、计算精度高，浮点DSP结合CPLD使模拟量和开关量采集频率达到10K以上，DSP可实时完成全部模拟量通道每周波200点的傅里叶计算，计算精度高。系统采用全插件式结构，结构可靠，管理单元为无风扇低功耗式CPU模块，使系统的可靠性大为增强。

2.3 丰富的软件功能

本装置的软件功能丰富，除包括传统录波器录波功能外，还包括其他一些实用的软件功能，具体如下：

2.3.1 发电机变压器组故障录波。故障录波是本装置最强大的功能之一，它能在故障情况下自动启动，对所输入的模拟量及其派生量、开关量进行记录，并有专用的故障分析软件进行故障分析，查找故障类型及其起因，并能存盘打印。

2.3.2 发电机电气试验。装置能够完成发电机启动过程中如下电气试验：发电机空载试验、短路试验；主励磁机空载试验、负载试验；发电机零起升压、±10%阶跃及灭磁等励磁调节器动态试验；同期试验；自定义的其他试验。在发电机进行电气试验时，不影响故障录波功能。此项功能是将试验数据、报表、参数计算和曲线绘制等工作通过计算机自动完成，大大提高了数据的准确性和工作效率。

2.3.3 运行监测功能。对所有模拟量及其派生量、开关量进行在线监视，同时可与其他网络系统或局域网联接，实现数据共享。

3 FGL-3000C装置技术指标

3.1 精度指标

模拟量采样频率：10kHz；开关量事件分辨率：0.1ms；A/D转换器精度：16bit；有效值精度：0.2级；谐波分辨率：50次以上；测距精度：金属性短路优于2%。

3.2 启动方式

开关量启动（变位、断开、闭合）；模拟量突变启动；模拟量越上限启动；模拟量越下限启动；派生量突变启动；派生量越上限启动；派生量越下限启动；电流变差启动；手动启动；远程启动。

3.3 录波数据记录方式

3.3.1 模拟量采样方式。故障启动后，装置按图1的方式对故障数据分段记录：

A时段：系统大扰动开始前的状态数据，输出高速原始记录波形，采样频率10kHz、5kHz，记录时间≥0.2s。B时段：系统大扰动后的状态数据，输出高速原始记录波形，采样频率10kHz、5kHz，记录时间≥0.2s。C时段：系统动态过程数据，输出低速原始记录波形，采样频率1kHz，记录时间≥2s。D时段：系统动态过程数据，每0.1s输出一个工频有效值，记录时间≥20s。E时段：系统长过程的动态数据，每1s输出一个工频有效值，记录时间≥600s。

3.3.2 录制方式。录制方式可分为非振荡故障录制和特殊记录方式。非振荡故障录制即一次启动且仅有一次故障，符合启动录波条件规定的任一条件时自动启动，自S时刻开始按ABCD时段顺序录波或者重复启动，在已经起动记录的过程中，进行至C时段后，如又遇电压突变量启动或断路器启动，则在该启动时刻开始重新从S时刻开始按ABCD时段顺序重复录波，亦或者自动终止记录条件，同时符合如下条件时，则自动停止记录：记录时间>4s或所有启动量全部复归。特殊记录方式即如果出现系统振荡，则由S时刻开始沿ABCDE顺序录波，直至所有启动量振荡停止或E段录波时间满20min。

4 FGL-3000C装置的原理

4.1 系统原理

模拟量通过模拟量单元输入，经过背板进入DSP数据采集单元，开关量通过开关量单元输入，经过背板进入DSP数据采集单元。DSP数据采集单元以10K/s的采集频率对模拟量和开关量进行采集，并保存到缓冲区。数据采集单元可达2个，数据采集单元间有脉冲信号线连接，以保证两块DSP的所有通道采集同步。数据采集单元通过高速通讯总线传送数据到管理单元。管理单元负责实时接收数据采集单元传送波形及计算数据，实时显示监测结果、波形，实时记录稳态数据，根据故障判据识别故障并录制暂态故障波形。管理单元同时负责人机界面（键盘、鼠标、液晶等）、打印输出等。

4.2 开关量通道原理

5 系统软件的一般设置与使用

5.1 通讯配置

通讯配置用于配置设备（录波器）的通讯方式（指主机与采集装置间的通讯），对于本录波器，通讯配置设置以下项：

5.1.1 通讯名称：为通讯取名称，名称任意，这里取“采集单元”即可。

5.1.2 通讯类型：通讯类型选自定义项，其他属性不用设置。

5.2 运行配置

5.2.1 通道板个数：采集单元数，即机箱数，为2个。

5.2.2 采集频率：设置DSP采集单元的模拟量和开关量采集频率，为10K。

5.2.3 显示方式：设置显示方式为一次值或二次值。

5.2.4 频率自适应：设置装置是否随系统频率变化，而改变采样时间间隔，为“否”。

5.3 数据分析

故障曲线的分析，选择欲分析的曲线量，可选择多个曲线量同时分析。由于该软件的操作简单灵活，和家庭电脑的操作类似，工具栏内有快捷方式，录波启动后事件直接在桌面显示，双击鼠标即可打开故障数据，即可按照需要进行各种故障分析。

6 结语

辽宁华电铁岭发电有限公司三号机组安装了FGL-3000C型故障录波器，共接入发电机机端和中性点定子电流、主变高压侧电流和电压、一个半断路器接线的两个开关电流、高厂变高压侧和两个分支电流和电压、主励磁机电流、发电机机端两组电压、转子直流电流和直流电压等模拟量，开关位置和发变组保护动作接点等72路所需监视的开关量，所接入的量是原来的两倍。FGL-3000C型录波器从2012年10月机组大修安装以来，在起机试验中，成功地录取了发电机短路试验及空载试验的波形，同时监测的模拟量和开关量都真实地反映了机组的运行状态，为机组和系统安全稳定运行起到了积极作用。

参考文献

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[M].北京：中国电力出版社，2000.

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京：中国电力出版社，2000.

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京：水利电力出版社，1991.

[4] 弋东方.电力工程电气设计手册（第一册）[M].北

京：水利电力出版社，1994.