ZH-5嵌入式电力故障录波分析装置技术说明书武汉中元华电科技股份有限公司Wuhan Zhongyuan Huadian Science &Technology Co., Ltd文档历史记录历史记录修改历史记录序号日期修改情况版本号签字01 2009.2.18 创建 1.0 郑君林02 2009.4.09 修改 1.1 郑君林03 2009.8.10 增加3、5次谐波定值，删掉单次录波长度定值 1.2 郑君林04 2009.9.29 增加稳态记录插件 1.3 郑君林校阅历史记录序号日期校对情况签字01 2009.4.7 排版校对无误李婷02 2009.4.09 排版李婷03 2009.5.20 校正U N,I N下标错误郑君林批准历史记录序号日期批准情况签字01 2009.6.29 正确张小波目录1.概述 (1)2.工作原理 (2)2.1.总体结构 (2)2.2.抗病毒原理 (2)2.3.IEC 61850建模和服务 (3)2.4.暂态录波原理 (4)2.5.稳态连续记录原理 (5)2.6.定值和整定范围 (6)3.嵌入式图形软件的主要功能 (8)3.1.实时监测功能 (8)3.2.波形查看功能 (8)3.3.波形分析功能 (8)3.4.定值整定 (9)3.5.配线和参数修改 (9)4.关键技术 (10)4.1.纯嵌入式结构和基于VxWorks的图形界面 (10)4.2.对病毒免疫 (10)4.3.完备的对时接口 (10)4.4.支持IEC 61850-8规约 (10)5.技术指标 (11)5.1.输入信号 (11)5.2.性能指标 (11)5.3.稳态连续记录 (12)5.4.时钟及同步精度 (12)5.5.基于IEC61850的录波装置模型和通信规约 (12)5.6.通信接口和规约 (13)5.7.3/2接线 (13)5.8.主变录波 (13)5.9.数据格式 (13)5.10.抗电磁干扰能力 (13)5.11.供电电源 (13)5.12.外形尺寸、安全防护等级及颜色 (14)附录1: 连续记录插件对存储容量的需求 (15)1. 概述ZH-5嵌入式电力故障录波分析装置是采用采用嵌入式图形系统和VxWorks、DSP 构成的纯嵌入式故障录波和分析装置。
它是国内第一款在高可靠性实时操作系统VxWorks上，实现了基于嵌入式图形系统的图形界面的录波装置，可广泛适用于110kV~1000kV电压等级的变电站和换流站。
ZH-5嵌入式电力故障录波分析装置，符合以下主要标准：❖DL/T663-1999：《220～500kV电力系统故障动态记录装置检验测试要求》❖DL/T553-94：《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》❖IEC 60255-24:2001：《电气继电器第24部分：电力系统暂态数据交换的通用格式(COMTRADE)》2. 工作原理2.1. 总体结构ZH-5嵌入式电力故障录波分析装置主要由嵌入式CPU 系统、嵌入式DSP 系统和信号变送部分三大部分构成。
DSP 系统负责A/D 采样、判据计算以及GPS 对时处理等。
256路开关量存储器32位嵌入式CPU+VxWorks+嵌入式图形界面4个网口3个USB 口串口A/D A/DA/D A/D…96路模拟量(交流和直流)FPGAIRIG-B 对时脉冲对时告警接口32位浮点DSP12.1" 工业级液晶显示器CF 卡打印机键盘/鼠标32位嵌入式CPU+VxWorks连续记录插件存储器网络存储器NAS选配件图2.1系统结构图嵌入式CPU 系统采用VxWorks 作为实时嵌入式操作系统，以及针对VxWorks 设计的嵌入式图形操作系统，负责故障数据的分析、存储、通信，以及人机交互等。
ZH-5录波装置的嵌入式图形系统提供与Window 风格的界面，可以支持键盘、鼠标和USB 存储设备，配合12.1〞工业级液晶显示器，整套装置非常简单易用。
ZH-5在嵌入式图形操作系统上，提供包括波形显示、波形分析、公式编辑器、定值整定等全部录波器功能。
软件功能并没有因为采用嵌入式设计而有任何的缩水。
2.2. 抗病毒原理ZH-5整套录波装置采用高可靠性的VxWorks 实时嵌入式操作系统，并针对录波装置的需求和特点开发专用软件，有针对性的对VxWorks 进行组件裁减。
因此不会感染病毒，不会被恶意程序入侵，不会成为病毒和恶意软件攻击其他联网设备的跳板，也有利于增强其它联网设备和整个网络的稳定性。
同时，虽然ZH-5录波装置所有的功能都不需要Windows软件。
但由于录波装置不可避免的需要与电力系统很多电脑、服务器以及其它电力设备联网运行，而这些设备还大量使用Windows操作系统，并可能被病毒、恶意软件入侵。
ZH-5具有抵抗病毒、恶意软件入侵和攻击的能力，在这种的恶劣工况，具有特别重要的意义。
2.3. IEC 61850建模和服务2.3.1. 逻辑设备建模录波装置在物理功能上分为暂态录波和稳态连续记录。
对应一个物理设备，建模应为一个server，而对对应于该设备上不同的物理功能模块则采用建立多个逻辑设备LD。
因此，将同一个录波装置上的暂态录波和稳态连续记录功能对象分别建立为两个不同的逻辑设备。
2.3.2. 逻辑节点建模录波装置的逻辑设备至少应包含LLN0、LPHD、RDRE三个逻辑节点。
RDRE包含了具备共同功能相关、系统相关的数据对象以及数据属性，对于所有的录波装置，该逻辑节点是强制的。
对于录波装置所有的系统功能扩展都放在RDRE中。
在这三个逻辑节点中除标准中规定的强制数据对象以外，再规定以下强制数据对象：逻辑节点数据对象说明LLN0 LEDRs 装置复归RDRE FltNum 故障序号RcdMade 暂态录波状态RcdStr 稳态连续记录状态RcdTrg 远程启动录波2.3.3. 录波装置模型服务1) 应用关联、服务器模型录波装置同时支持不同客户的访问，建议最大客户端数目8个。
当MMS通信意外中断时，服务器端和客户端检出通信故障的时间应不大于1分钟；2) 数据集、定值组服务对于录波装置，产生新故障录波应该有事件上送重要状态信号：录波状态(RDRE$RcdMade$stVal)、故障序号(RDRE$FltNum$stVal)等。
同时录波装置提供以数据集方式访问定值信息，并符合DL/T860规定的排序规则。
定值组服务定义了录波装置定值整定、切换、激活等功能；3) 报告服务录波装置主要过报告服务上送SOE事件(新录波、装置故障)。
此服务为录波装置强制服务，并至少提供4个报告使能实例；4) 控制服务录波装置有远程启动录波和远程装置复归的控制服务。
录波装置控制服务采用增强安全的操作前选择控制模型(SBOw)；5) 文件服务录波文件名录波文件名称采用：装置名_LD名称_FltNum故障号_故障时间，总长度不应超过255个八位位组；6) 时间和时间同步服务支持SNTP对时协议。
2.4. 暂态录波原理ZH-5录波器由FPGA负责控制都所有的模拟量通道的模数转换，和采集开关量通道状态。
FPGA对采集每一帧数据，再打上绝对时间的标签后，提供给DSP读取，DSP 根据启动判据进行实时计算，一旦判据满足，就进入录波状态，录波告警继电器动作。
此时，DSP将启动时刻以前的部分数据(即A段长度)，以及后续数据(即B段长度)以高采样率的方式保存下来，同时通过内部高速通道，传输给嵌入式CPU，嵌入式CPU 将录波数据保存为文件。
录波结束后，经过一段时间的延时(可设置)DSP自动复归录波告警继电器。
同时，嵌入式CPU自动对数据进行故障分析和测距，并给出分析报告。
如果分析结果表明是区内故障，则打印故障报告和波形。
2.4.1. 暂态录波数据记录方式数据记录采用A-B-C段方式，A、B、C段全部采用采样值记录。
如下图所示：t=0,系统大扰动开始时刻A B C图2.4.1暂态录波记录方式❖A段：系统大扰动开始前的数据，记录时间为40ms～1000ms，采样率最高为10,000Hz；❖B段：系统大扰动后初期的数据，记录时间为400ms～10s，采样率与A段相同；❖C段：系统大扰动后中后期数据，记录时间最大为600s，采样率固定为1000Hz。
2.4.2. 不定长暂态录波的实现如果在C段录波时，有突变量判据或开关量判据满足启动条件，则DSP以此时为新的扰动开始时刻，再次进入A→B→C录波状态。
直到C段不再出现突变量和开关量判据满足启动条件，最后一个C段达到整定长度后，本次录波才结束。
因此，对于某些复杂故障，可能在一个录波数据中，出现多次A→B→C→A→B→C→……→A→B →C的现象。
2.5. 稳态连续记录原理2.5.1. 暂态录波插件内置的连续记录装置自从启动后，DSP不停的以1000Hz采样率向暂态录波插件发送实时采样值，暂态录波插件利用实时采样值，生成实时监测数据和画面，同时将这些数据保存，成为稳态连续记录数据。
暂态录波插件内置的连续记录采用1000Hz为采样率，可以查看到波形的相位信息，比有效值记录方式更具有使用价值，同时数据量也大得多。
通过配置大容量的存储器，ZH-5可以保存最近至少7天的稳态连续记录数据。
稳态连续记录数据采用自动循环覆盖，滚动更新，无需人工手动清除。
2.5.2. 独立的连续记录插件ZH-5可选配独立的连续记录插件，配置后，暂态录波插件内置的连续记录功能将自动被禁用。
独立的连续记录插件可支持1000Hz, 2000Hz, 5000Hz的采样率。
配有独立的连续记录插件后，DSP以另一个独立的通信通道，向连续记录插件发发送实时采样值。
连续记录插件将这些数据每隔1分钟保存成一个录波数据，形成连续的波形记录。
连续记录插件可支持所有标准的网络存储器(NAS)，对NAS的型号和品牌没有特殊要求。
连续记录插件也支持内置的本地存储器，如果同时配有网络存储器和本地存储器，则优先使用网络存储器，本地存储器将作为后备存储设备，仅当网络存储器无法访问时才使用。
连续记录插件保存录波数据时，默认采用我公司专用的ZYD格式保存所有通道的连续记录数据，用这种方式存储的数据可按照任意时间段进行提取，用户不需要关心数据的记录方式。
连续记录插件也可以挑选部分重要的模拟量通道和所有的开关量通道进行保存，这是数据被保存为COMTRADE 1999格式，采用这种方法，如果只选取部分通道进行存储，可在相同的存储空间下，保存更长时间的数据。
但这种方法保存的数据，不能按照任意时间段进行提取，只能按照每分钟一个的文件进行访问。
2.6. 定值和整定范围序号定值项单位范围启动精度建议值控制参数1 AB段采样率Hz 1,000～10,000 10,0002 A段长度毫秒0.1～1秒100毫秒3 B段长度毫秒0.4～10秒400毫秒4 C段长度秒1～30秒5秒5 连续记录插件采样率Hz 2,000、5,000 5,000交流电压6 相电压突变量V 1%～20%U N5% 9%U N7 相电压高越限V 100%～130%U N2% 115%U N8 相电压低越限V 1%～100%U N2% 85%U N9 零序电压突变量(开口三角电压) V 1%～20%U N5% 6%U N10 零序电压高越限(开口三角电压) V 1%～20%U N2% 6%U N11 电压正序高越限V 80%～130%U N2% 110%U N12 电压正序低越限V 1%～120%U N2% 90%U N13 电压负序越限V 1%～20%U N2% 3%U N14 3次谐波越限% 1～200 2% 3015 5次谐波越限% 1～200 2% 3016 7次谐波越限% 1～200 2% 30交流电流17 相电流突变量 A 2%～30%I N5% 10%I N18 相电流高越限 A 50%～130%I N2% 110%I N19 相电流1.5秒内电流变差% 5～30 5% 1020 零序电流突变 A 1%～30%I N5% 10%I N21 零序电流高越限 A 1%～30%I N2% 10%I N22 电流负序越限 A 1%～30%I N2% 10%I N频率23 频率高越限Hz 50～55 0.002 50.524 频率低越限Hz 45～50 0.002 49.525 频率变化率Hz/s 0.01～10 0.005 0.1直流（含电压和电流）26 直流突变量V,A 1%～50%U N,I N5% 10%U N,I N27 直流高越限V,A 70%～150%U N,I N2% 110%U N,I N28 直流低越限V,A 1%～130%U N,I N2% 90%U N,I N变压器29 变压器纵差 A 10%～100%I N5% I N30%I N30 自耦变分侧差动 A 10%～100%I N5% I N30%I N31 自耦变零序差动 A 10%～100%I N5% I N30%I N32 变压器过激磁 1.0～5.0 0.05 1.1开关量33 开关量启动、不启动启动整定原则：❖“连续记录插件采样率”定值仅当配有独立的连续记录插件时有效；❖交流电压、交流电流按照二次值整定；❖直流电压、直流电流按照一次值整定；❖自耦变零序差动按照零序电流整定，而不是3倍零序电流。