〔关键词〕 开关站；故障录波器；系统改进

    大亚湾核电站400 kV/500 kV开关站故障录波装置原来采用的是美国ROCHESTER公司开发的第一代TR-1630微机型故障录波器，随着时间的推移，在系统的运行过程中逐渐暴露出一些问题：故障率较高；设备专用性强，在故障时必须返回原厂维修；采购不到备件，维修周期长、费用高，而且服务没有保证。因而有必要对微机型故障录波器进行升级改造。

1  改进系统简介

    改进系统采用武汉吉特威电子有限公司自主研制生产的GTW-II型故障录波器。这是一种分散型的故障录波器，主要包含硬件和软件两个部分。

1.1  硬件部分

    共配有11个录波单元，每个录波单元主录一条线路，其中1个录波单元后备，相邻的两个单元互为备用。系统结构如图1所示。

    每个录波单元由变送器、采样卡和采集站组成。智能化采样卡具有以下一些特点：与ISA总线(工业标准总线)完全兼容，即可应用于ISA总线的商用机和工控机；卡上带CPU，自成独立子系统，其运行不占主机CPU时间；采用双端口，大大提高了卡的工作效率，解决了主机与卡转送数据时的瓶颈问题；采集速度快，转换时间短；模块化结构，插入主机总线槽即可工作。由于计算机时钟系统固有的一些问题，使其时钟系统在毫秒数量级上无法进行校准，而故障录波系统为了判定事故发生的先后顺序，必须精确到毫秒级。为了解决这个问题，在开关站新的故障录波器中，专门设置了GPS对时系统，保证各录波单元之间的时标误差小于0.2 ms，GPS接收器保证时钟源与标准时钟一致。

1.2  软件部分

    大亚湾核电站开关站故障录波系统软件分4个层次，包括各种数据采集卡软件、数据采集站软件、实时网络软件、分析站软件，如图2所示。

    数据采集卡软件包括模拟量采集软件、开关量采集软件、频率量采集软件和GPS同步时钟卡软件等4种。实时网络软件又分为现场数据采集局域网的信息传输软件和与管理信息系统网络进行数据交流的网际信息传输软件。

1.2.1  采集站软件模块

    设置有以下一些模块：内存管理模块、时钟与定时器调用模块、中断服务模块、初始化报警模块、网络传输模块、人机交互模块、记录过程调度模块、启动判断模块等。其核心是启动判断模块，包含的故障启动判据有: (1) 相电压、零序电压突变量；(2) 正序电压越限；(3) 负序电压越限；(4) 零序电压越限； (5) 主变中性点电流越限；(6) 频率越限与频率变化率；(7) 1.5 s内电流变差；(8) 相电流突变量；(9) 相电流越限；(10) 负序电流越限；(11) 零序电流越限；(12) 指定开关量变位；(13) 手动、远程启动。

1.2.2  分析站软件模块

    录波系统硬件设置模块：主要用于管理系统硬件参数库中相关内容。可以改变采集卡管理数据库，新增、删除、修改采集站配置，改变网络和通信标准。当电力系统线路改变或扩建时，管理员可用此功能进行相应配置调整。当改变系统硬件参数库中内容时，有关内容迅速通过网络传递到整个录波网络系统。

1.2.3  被录线路的启动参数整定模块

    主要用于管理被录线路的启动参数库中相关内容。可以改变启动参数数据库，管理员可用此功能进行相应的用户名、启动参数值、线路参数的设定。当改变被录线路的启动参数库中内容时，有关内容通过网络传递到整个录波网络系统。

1.2.4  网络传送与故障录波数据管理模块

    故障录波数据通过网络模块进行收集与传送，故障数据经检验、格式转换、故障分析后存入故障录波主数据库。另设故障录波临时数据库，未经系统鉴别或未经过格式转换模块转换的故障录波数据不进入主数据库。网络传送与故障录波数据管理模块工作原理如图3所示。

1.2.5  故障分析模块

    用于对故障记录数据进行下列分析：

    (1) 电量分析：分析电力系统故障前后电流、电压、频率、功率变化的特征 (如最大最小峰值等)。    

    (2) 故障判定：判定故障输电线路、故障类型。可分辨以下10种故障：三相故障1种；二相短路故障3种；二相接地短路3种、单相接地短路故障3种。

    (3) 测定输电线路上故障点距离。

1.2.6  故障波形显示与打印模块

    故障波形可自由缩放、标注、编辑。模拟量、开关动作、频率量均可以时序方式波形显示和打印。

1.2.7  系统诊断模块

    系统诊断模块用于监控故障录波系统的运行，

提供故障录波系统管理员使用的工作平台。它的主要作用有：

    (1) 监控主机系统、操作系统、网络、数据库系统的运行。

    (2) 监控、管理各采集站的运行，必要时重新启动该站。

    (3) 监测各采集卡和各采集通道的实时数据。

1.2.8  密码安全管理模块

    虽然系统主要在专用网络环境中运行，但实际运行中，系统尚可能经过工业数据采集网、磁盘介质与外界网络互联等。为了提高网络安全性，采用了密码安全管理模块。密码安全管理模块用于隔离外界网络对故障录波操作系统、数据库管理系统的侵入。外界系统只有通过了安全认证这一关，才可以得到系统应用服务程序提供的服务。密码安全管理模块主要提供如下两种服务：(1) 对系统收到的数据块进行验证，以证实其是否是故障录波系统中合法用户所发，并可识别相应用户的目的；(2) 对数据的完整性进行检查，以防止数据被中途篡改或在传输过程中发生错误。密码安全管理模块提供调用接口给各应用模块。

1.2.9  远程访问子系统

    远程访问子系统提供调度部门远程访问端口。

2  改进效果

    改造后的故障录波系统具有以下几方面的特点：

    (1) 可靠性高。这是由系统结构决定的。大亚湾核电站开关站故障录波系统采用了按线路分散录波，交叉备用，集中分析的系统结构。由于每台录波单元负荷较小，故障几率变小；互为备用的模式保证在一个录波单元故障时有补救措施；数据在采集站和分析站双重保存，避免录波数据丢失。

    (2) 时钟系统先进。彻底摒弃了对时误差较大的网络对时和计算机时钟系统，用专用的对时系统将对时精度提高到0.2 ms，为事故分析提供了强大的支持。

    (3) 故障分析软件界面友好，分析工具先进。