0　引言

　　在现代电力系统中，故障录波装置所录的数据为工作人员正确分析故障原因，研究反事故对 策，及时处理事故，评价继电保护和自动装置动作的正确性，提供了可靠的依据，同时,根据故障录波数据还可分析系统的故障参数、谐波含量、各电气量的变化规律，进行故障定位和系统元件参数测量等，这些均对于保证电力系统的安全可靠运行起着十分重要的作用。
　　纵观国内外录波装置的状况，因目前国内各个厂家的录波装置尚无统一的业界标准，在数据存储格式、记录格式、通信远传的规约上都各不相同。这为实现统一的录波器连网和数据远传、集中快速事故分析造成了严重障碍。
　　将电力网络中的各个录波装置互相联接成一个网络，把录波器作为系统的前置端子，由它将所需数据传往事故处理中心，由事故处理中心将各处的数据进行综合处理，紧急制表，快速定位故障，进行各种电气量的分析，生成各种报表和图形等。这必将提高故障信息分析的质量。
　　为此，研究开发了故障录波数据集中分析系统(DLF98Ver1.0)，运行于使用广泛的Win95/98系统，采用了面向对象的设计思想，进行模块化设计，旨在兼容目前国内主要录波器不同生产厂家的产品的通信和数据格式，对不同类型的多台录波器进行统一的调度和管理，并对故障和继电保护信息进行集中分析。这就将故障录波器由分散安装、就地分析提高到了实时地集中分析的阶段，为快速分析事故提供了必要的技术手段。

1　软件功能

　　软件的功能主要分为4个模块：系统管理、数据分析、网络通信和专家系统。
1.1　系统管理
　　本模块主要对录波器方式参数、线路参数、模拟量参数、开关量参数、母线切换信息等进行设置和改变。其中提供的故障信息数据库，可对故障信息进行记录，并能分别以地区名、变电站、录波器名和时间为关键字查询相关的故障信息，并输出查询结果的报表。
1.2　数据分析
　　数据分析模块包括的功能有：单端测距、双端测距、电压电流波形、对称分量分析、谐波分析(包括电压、电流、有功功率、无功功率的谐波)、正序阻抗波形、瞬时功率波形、平均功率波形、频率波形、有功序分量、无功序分量、电压向量波形、电流向量波形等。
　　本模块向事故分析人员提供了比较完整的故障分析功能。
1.3　网络通信
　　网络通信这部分采用VisualBasic编制的通信引擎，既可以在任何状态下接收录波器前置端自动上传的信息，也可通过拨号调传各录波器后台PC机中的数据文件或录波器配置文件。
1.4　故障分析专家系统
　　本模块主要功能是分析录波器的起动原因，并评价保护动作、断路器分合闸、重合闸动作的正确性。只要模拟量、开关量记录完整，软件可以自动完成录波器起动原因分析、继电保护动作是否正确、断路器灭弧是否正常、断开时间、合闸固有时间、重合闸动作的正确性等一系列专家系统分析工作，为事故分析提供了强大的分析功能。

2　软件实现方案

2.1　联网方式
　　录波器的联网一般有2种设计方案，一是使用专用的通信通道，二是使用电话线作为通信通道。由于各个省、地区的实际情况不同，专用通道比较昂贵，因而方案2具有更好的通用性。其系统联网结构如图1所示。

图1　故障录波数据集中分析系统联网结构

　　故障录波数据分析系统的联网可以分为3个部分：事故分析总站、通信通道、前置录波装置。事故分析总站的工作方式主要有2种：
　　(1)站端录波器自动传送(多对一方式)
　　站端录波器起动后，对于需要上传的故障，如果此时总站计算机与此站端录波器无通信，则自动拨号至总站计算机；如果此时总站计算机正向此站端录波器调取录波数据，则中断目前的传送，而传送新录的故障数据中的紧急制表文件。
　　紧急制表文件包含以下主要内容：变电站名称、故障线路名称、故障相别、跳闸相别、故障距离、故障开始绝对时间、故障持续时间、保护及重合闸等动作时间和各主要的电压、电流有效值等。
　　紧急制表文件传送完毕后，根据总站传来的是否需要传送故障数据的指令，决定是否上传数据。
　　(2)总站计算机调用站端录波器数据文件(一对多方式)
　　总站主计算机可随时调用录波器端的紧急制表文件、录波器配置文件和数据文件。拨通录波器站的电话号码后，可以先上传文件路径，然后从列表中选择所需要上传的那些文件，也可以直接给定文件名称，进行上传。
　　在电话线路的复用上，每个变电站内配一套自动上电装置，每一上电装置可带4台MODEM及4台录波器，同一站内各录波器可以共用一条通信线路。主计算机在拨通站端电话后，在号码后面加上录波器编号既可先通所要求的录波器。调传完毕，按POWER+OFF即可远方复位录波器后台机。如拨号不成功，按用户设定的次数重复拨号，仍不成功，终止拨号，记录事件，由工作人员查询原因。
2.2　兼容不同型号的录波器
　　考虑到国内各种录波器的通信规约和数据存贮格式的差异，相应的解决方案如下：
　　(1)不同的通信规约问题
　　在接收前置录波器自动上传的信息时，往往不能事先知道是哪台录波器在上传，此时通过将接收到的信息包中分离出的某些关键内容与总站系统数据库中存放的规约的识别关键字比较。来判断对方的通信规约，并相应采用不同的接收和解释方式。在总站调用站端录波器的文件时，由于要调要的录波器类型和通信规约是已知的，此时可以直接采用相应的通信规约进行通信。
　　(2)不同的数据存贮格式问题
　　对于不同录波器厂家的不同产品，其数据的存贮格式、采样频率等有较大的差别。在收到录波器上传的文件后，首先进行数据转化处理，转化为标准数据格式，存贮在总站计算机中，然后进行各种分析。对于采用不同采样频率的数据，则使用曲线拟和后再进行采样，从而将其转化为标准数据格式。
2.3　系统管理模块的设计
　　本模块以系统管理对象(地区、厂站、录波器)为存储索引，每台录波器下有配置定值库，按所属地区、站、录波器的顺序，可以查询和修改各台录波器的接线和定值配置情况。录波数据的存储，按录波器名、录波时间命名排列，便于查询和调用。对于所管辖区域内发生故障事件的次数，能够按时间(年、月、日)、按局、站、厂进行统计。系统管理功能框架如图2所示。

图2　系统管理模块

图3　数据分析模块结构

2.4　数据分析模块的功能
　　本模块向用户提供比较完整、强大的数据分析功能。数据分析功能结构如图3所示。
　　(1)单、双端测距功能
　　从理论上说，单端测距比较精确的算法，可以消除过渡电阻和负荷电流对测距的影响，但求解故障距离的过程中，必须用到对侧系统参数，当对侧系统阻抗变化时必将导致测距不准。在实际应用中，由于电力系统运行时对端信息的模糊性，往往无法事先知道对端的系统阻抗，特别是在环网的情况下，等效的对端系统阻抗将随故障点的位置和系统运行方式的变化而变化。本软件采用的单端故障测距算法，采用了一定的近似，可在不需要系统的等值参数的情况下，进行故障测距，并有一定的测距精度。
　　在双端测距中存在需要两端数据同步和不需要同步的2类算法。考虑系统的实际运行情况和计算量，本软件采用了后一种算法，在不需要双端数据同步的条件下，即可进行双端精确测距。在使用中，由主站计算机调取故障线路2侧录波器的录波数据进行双端测距计算，解决单端测算故障距离原理上存在的缺陷，使测距更精确。
　　(2)故障波形的显示输出及打印输出
　　该软件设定了一种标准的波形输出格式，符合电力科学院制定的录波装置的标准，一般情况下可满足技术人员的要求，输出的电压、电流、开关量、高频量通道选择任意组合，波形可以进行有限的横向、竖向放大。
　　(3)故障录波数据、电压、电流瞬时值的表格输出
　　该软件设定了每条线路故障前2个周期、故障后6个周期瞬时值的输出表格。
　　(4)对称分量
　　可以形象逼真地逐点显示故障前后录波数据正、负、零序电压、电流量变化。
　　(5)谐波分析
　　以棒条图形式逐点显示基波到9次谐波含量，包括电压、电流、有功功率和无功功率，并可以显示和打印谐波含量报表。
　　(6)故障报表
　　将故障参量制表，输出故障文件名称、变电站名称、故障线路、故障相别、跳闸相别、故障距离、故障开始绝对时间、故障后第一周期的故障电流峰值及有效值和母线电压有效值、重合闸动作绝对时间等相关信息。
　　(7)其它波形
　　本软件所配备的其它波形显示功能还有电压向量、电流向量、有功序分量、无功序分量、瞬时功率、平均功率、正序阻抗、频率变化的波形。
2.5　故障分析专家系统
　　故障分析专家系统时序如图4所示。专家系统通过对故障数据的分析，确定出录波器起动原因，进行保护动作、断路器分合闸、重合闸等事件的分析，对故障后各种装置动作正确与否进行判断。具体有：
　　(1)分析录波器为何起动。录波器起动的方式一般有低电压(相电压)起动、负序电压越限起动、零序电压越限起动、零序电流起动、电压突变量起动、电流突变量起动、以及开关量变位起动等。通过该专家系统的分析，给出录波器起动原因。
　　(2)分析保护动作的正确性。通过对保护动作信号和故障后电压电流量的分析，可以判断在发生区内故障保护应该动作时，保护是否正确动作；在发生区外故障保护应该不动作时，保护是否不动作，并给出保护的实际动作时间。
　　(3)判断断路器工作的正确性。本专家系统通过分析断路器动作信号，给出断路器的跳闸时间、合闸时间，并根据断路器信号和电流瞬时值对跳闸的灭弧情况进行分析，根据给定的跳闸灭弧时间判断跳闸灭弧是否正常。
　　(4)重合闸动作的正确性。本专家系统通过分析断路器动作信号和重合闸动作信号给出重合闸的实际间歇时间，分析重合闸动作后，断路器合闸是否成功。若合闸于故障，则将继续分析后面三相重合闸起动跳三相的情况。

图4　故障分析专家系统时序

3　结论

　　本文所描述的故障录波数据集中分析系统可以完成不同型号的录波器联网远传和集中分析的需要；提供的单端故障测距算法不需要系统的等值参数且有一定的测距精度；提供的双端测距算法不需要双端数据的同步即可精确测距，对目前的录波器具有现实的使有价值；提供的故障分析专家系统帮助事故分析人员快速分析事故原因及录波器、继电保护、断路器、重合闸等元件工作的正确性。
　　开发的电力故障录波数据集中分析系统在DLF-98Ver1.0基础上，反复听取用户意见后改进的DLF-98Ver2.0，已经投入到实际使用之中，并受到宁夏、青海、深圳、湖南、江西等省市的电力系统工作人员的欢迎和好评。

1　220～500kV电力系统故障动态记录技术准则.中华人民共和国电力工业部.1994(11)
2　葛耀中.新型继电保护与故障测距原理与技术.西安：西安交通大学出版社，1996
3　消东晖,刘　沛,程时杰.架空输电线故障测距方法综述.电力系统自动化，1993(8)：46～56
4　岳　嵘.基于工频量的故障测距方法的研究.硕士学位论文.西安交通大学电力工程系，1997
5　魏春轩.故障录波分析系统软件的研制.硕士学位论文.西安交通大学电力工程系，1998