基于双嵌入式系统的新型故障录波器设计

中文摘要:

  介绍采用Nucleus Plus 和WinCE 嵌入式操作系统的新型一体化故障录波器的原理、总体结 构、软硬件设计及其特点。该装置创造性地将采集站与分析站进行一体化设计, 具有可靠性高、测量精度高及GPS 高速同步采样的特点, 能同时记录和分析系统相量的稳态值及故障暂态数据, 是适用于发变组与线路的兼有相角测量单元功能的新一代故障录波装置。

英文摘要：

  The principles, structure and characteristics of a fault recorder based on Nucleus Plus and WinCE embedded operation systems is described. Both the data acquisition station and the data analysis station are the device are designed together, which has excellent performance of high -reliability, high-accuracy and high-speed GPS synchronous sampling. Both stable and transient data of power system are recorded and analyzed. It is a new type recorder with the function of phase measuring unit, and is suitable for generator-transformer set and power lines.

0 引言
     电力系统故障录波装置用于记录当系统发生故 障时的电流、电压、频率、温度及其导出量变化的全 过程。故障录波装置是分析电力系统故障特别是分 析继电保护动作行为的不可缺少的重要依据。故障 录波装置的主要作用是及时记录发电机组发生故障 和异常运行时电气量或非电气量变化过程, 事后将 该过程再现, 作为分析继电保护的动作行为、分析故 障和异常运行的重要依据, 以积累运行经验, 提高系 统安全运行水平, 并根据故障录波情况的统计分析, 对故障情况、故障概率统计积累科学依据。 随着电力系统广域测量技术的发展, 电力自动装 置采用嵌入式系统设计是个发展方向。本文研究的 新型一体化WGL-800 故障录波分析装置基于 Nucleus Plus 和WinCE 实时多任务嵌入式操作系 统, 在软件和硬件2 方面采用先进的嵌入式计算机 技术和嵌入式GPS 同步采集技术[6 -7] , 克服了一般故 障录波器的不足, 极大地提高了装置的可靠性。装 置同时能记录和分析系统相量的稳态值及故障暂态 数据, 是适用于发变组与线路的兼有相角测量单 元PMU( Phasor Measurement Unit) 功能的新一代故 障录波装置。
2 硬件设计
     装置的硬件部分采用分层设计思想, 系统硬件 分为3 层。最底层的DSP 数据采集模块负责采集模 拟量和开关量信号。中间层为嵌入式工控机, 从 DSP 数据采集模块获得的数据( 故障数据) 存储在嵌 入式工控机的硬盘( 电子盘) 上, 同时读取开关量, 将 稳态数据直接存储在硬盘中, 故障暂态数据存在电 子盘中, 同时对本采集站进行在线管理、控制与维 护, 对故障录波文件进行分析、事故再现、打印及数 据远传。系统硬件的最高层为中心分析站计算机, 对现场采集站进行在线管理、控制与维护, 对故障录 波文件进行分析、事故再现、打印及数据远传等功能 均在这一层中实现。 采集分析站完成实时信号的采样、故障录波和 故障分析功能。各路模拟量采样信号经过交流变换 插件变为5 V 弱电信号, DSP 数据采集模块对所接 入的模拟量按5 kHz / s 的速率进行GPS 同步采样, 各路开关量采样信号在DSP 数据采集模块中经过 光电耦合隔离变换为高低电平后也按5 kHz / s 的速 率进行采样, 并对所采集的各种模拟量、开关量和频 率量利用录波启动算法进行计算。 由于采集分析站在硬件上完全采用嵌入式技 术进行设计, 采用嵌入式工控机作为主机, DSP 数 据采集模块由APCI5467① 构成, DSP 数字量采集模 块由APCI5970 构成, 主机与DSP 数据采集之间通 过双口RAM实现数据交换。由于装置无风扇等旋 转设备, 同时DSP 数据采集模块与主机之间采用AT 96 总线进行“针孔式”连接, 避免了“金手指”连接方 式的不足, 在硬件结构上使录波器的整体可靠性得 到了很大提高。
4 结论
     本文介绍了采用Nucleus Plus 和WinCE 双嵌 入式操作系统的新型一体化故障录波器的原理、结 构及其特点。 该装置具有如下特点: a. 在硬件设计上采用完全嵌入式计算机技术和 嵌入式GPS 同步采集技术, 装置无风扇等旋转设备, 采用“针孔式”连接, 避免了“金手指”连接方式的不 足, 提高了录波器的可靠性; b. 在软件上采用Nucleus Plus 和WinCE 双嵌 入式操作系统设计, 克服了常见录波器存在的“录 波死区”和操作系统易崩溃等缺陷; c. 创造性地将采集站与分析站进行一体化设 计, 优化了录波器的结构, 提高了装置的性价比; d. 装置能同时记录和分析系统相量的稳态值及 故障暂态数据, 是适用于发变组和线路的兼有PMU 功能的新一代故障录波装置。