WFBL技术手册.docx

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WFBL技术手册

WFBL-1发电机-变压器故障录波与分析装置技术手册

WFBL-1发电机-变压器故障录波与分析装置是全新一代的广泛应用于发电机变压器组、联络变压器、220KV及以上变电所主变压器的故障录波装置。

它以发变组保护理论为指导，综合应用启动判剧；以先进的计算机软硬件技术为核心，着手于高速度、高精度、大容量、网络化的采样技术、录波储存技术和数字传输技术；以新型的设计、制造工艺为基础，赢取一体化的整体机箱和优异的抗干扰性能；强大的综合监测及波形分析功能，进一步提升装置的整体实用水平。

装置自动完成机组故障和异常工况时的交、直流电气量数据记录，保护与安全自动装置的动作顺序记录，以及非电气量及热工保护装置的动作过程的记录，再现故障和异常运行时各参量的变化过程，并辅助完成故障录波数据的综合分析，作为评价继电保护动作行为、分析故障和异常运行的重要依据

1..装置的主要特点

1针对性强，本装置是专为发电机-变压器故障录波而设计的。

Evaluation

2新型结构设计，优良的电磁兼容技术

3多CPU并行处理的分层分布式、高性能的系统硬件平台，

4录波通道容量大，适用于各种主接线的发变机组大容量的模拟量（64/96）、开关量通道（64/128/192）。

5.录波启动判据齐全、整定方式灵活方便

6.录波记录及存贮完全不倚赖于网络与后台

采用冗余容错技术，录波数据多存储

主要技术原理及指标

1.1额定参数：

工作直流电源：

DC220V/110V±20％；

纹波系数不大于5％

辅助交流电源：

AC220V±20％；

频率50Hz±0.5Hz

交流电压回路:

Un57.7V/100V；

交流电流回路:

In5A/1A；

Evaluation

额定频率：

50Hz；

转子直流电压：

0V～3000V/0V～6000V；

转子直流电流：

0～75mV（直接由分流器提供）；

4～20mA（由变送器提供）；

开关量输入为无源空接点输入。

3.2功率消耗

交流电压回路不大于1VA/相（额定电压下）；

交流电流回路不大于1VA/相（额定电流下）；

直流电源回路不大于80W；

辅助交流回路不大于5

3.4录波通道容量

模拟量输入通道64/96路，

开关量输入通道64/128/192路

3.5模拟量线性工作范围

电压回路：

0.1V～150V

电流回路：

0.1A～100A

3.6采样频率

同步采样频率：

10000Hz；

3.7采样精度

优于0.2%；

3.8开关量分辨率

开关量分辨率：

≤1ms；

3.9谐波分析率

谐波分析率：

99次；

3.10录波启动方式

录波启动方式包括模拟量启动、开关量启动和手动启动三种基本形式。

●手动启动：

人工启动故障录波装置，可就地或远方启动。

用于检查装置运行状况，监测机组正常运行或启动过程中的各路电气量或非电气量的波形。

●开关量启动：

用于监测汽轮机、锅炉、发电机、变压器、继电保护装置等各（电气、非电气）开关量状态是否发生改变。

开关量可任意设定为变位启动、开启动、闭启动或不启动。

模拟量启动：

模拟量越限、突变启动：

1）交流量越限启动、突变启动、负序过流启动、负序过压启动；

2）直流量越限启动、突变启动。

机组专项启动：

1）逆功率启动；2）过激磁启动；3）95％定子绕组接地启动；4）三次谐波电压启动；5）负序增量方向启动；6）发电机低励失磁启动；7）频率越限启动；8）机组振荡启动。

4.软硬件设计说明

新型的WFBL-1发电机-变压器故障录波与分析装置采用多CPU并处理的分布式主从结构，可分为录波主机模块和监控管理模块两大部分，两大模块分别独立工作电源。

录波主机模块为多CPU并行处理的分布式主从结构，采用高性能的32位嵌入式微处理器系统，两级Watchdog电路，完善的软、硬件自检功能；数据采集采用高速数据处理的DSP，高分辨率的16位A/D。

多CPU之间采用双口RAM、PCI总线交换录波数据，极大程度地解决了大容量数据流交换的“瓶颈”。

设备层自带大容量硬盘，直接独立的进行录波记录与存储，录波完全不倚赖厂站层及网络，极大的提高了录波的可靠性

监控管理模块采用PIII级CPU，配有800×600分辨率的大屏幕真彩液晶显示器，并具有Windows的图形化界面。

监控管理模块通过Ethernet与录波主机模块交换数据，完成监控、通讯、管理、波形分析及录波记录的镜像备份双存储.

录波主机模块和监控管理模块既紧密相关相互联系，又在软、硬件上相互独立运行，互不依赖互不干扰；既独立可靠迅速的进行了录波记录与存储，又做到了监控、通讯、管理及波形分析，还完成了录波记录的备份存储。

因此WFBL-1机组录波器不再需要另配后台机，从而从根本上避免了因后台机不稳定而使整个录波器无法正常工作。

4.1录波主机模块

录波主机模块以高性能的32位嵌入式微处理器系统为核心，包括：

系统主板；采集单元；

辅助信号板。

4.1.1系统主板

录波系统主板以高性能的32位嵌入式微处理器系统为核心，采用ALL－IN－ONE设计，将几乎全部的PC计算机的标准设备集成于一块模板上。

正常运行情况下，将DSP板传送的采样数据存于指定的RAM区中，循环刷新，同时穿插进行硬件自检等工作，并向监控管理模块传送实时采样数据。

一旦启动条件满足，则按故障记录时段的要求，进行数据记录，同时启动相关信号继电器。

录波数据文件就地存放于录波主机模块自带的硬盘，并自动上传至监控管理模块进行备份存储，监控管理模块将录波数据文件分两个区域进行镜像双存储。

由于记录数据量大，需通过高端内存进行缓存。

在软件设计中，对高端内存的数据存储采用“实模式”直接寻址方式。

它与常规的“保护模式”相比，具有数据读写速度快，无需专用驱动程序支持，以及不影响硬件中断响应等突出优点，可以很好的满足大容量数据实时记录的要求。

另外，大容量内存可以很好的满足监录系统大容量数据记录的要求。

装置具有变速率和分段录波的功能，也是由该模块的软件功能实现的。

4.1.2采集单元

采集单元在功能上分为模拟量采集子单元、开关量采集子单元；结构上分为信号变换输入部分、DSP采样系统主板。

采集单元由DSP系统为核心构成，完成模拟量、开关量的数据采集，同时判断是否启动录波，并把采集的时实数据（录波数据）送给双口RAM储存，由主CPU读取，作录波数据处理；采集单元也接收主CPU的命令。

4.1.2.1交流变换（AC）

将现场CT、PT的二次电流、电压信号隔离变换为A/D所需的弱电压信号。

每块交流插件的电流或电压信号的具体分配由工程设计定义。

4.1.2.2直流变换（DC）

转子电压、转子电流经该插件完成隔离变换，送A/D数据采集。

直流采集采用高相应速度、高阻抗、高耐压的模块，响应速度可达15μS，输入阻抗可达4MΩ，采集范围0～3000V/0～6000V。

4.1.2.3开入隔离插件（DI）

开关量信号输入经该插件光电隔离后输入。

每块开关量插件可光电隔离64路开关量输入。

4.1.2.4DSP采样系统主板（DSP）

DSP采样系统主板接收采样频率发生器通过总线统一发出的同步采样脉冲信号，同步控制32路采样保持器，实现32路同步采集；再经过16位高速A/D转换成并行数据输出，由DSP读入处理，结果移存入双口RAM内，供主CPU读取；另一方面，DSP依据各种原理，经计算判别是否启动录波，供主CPU处理。

每块DSP采样系统主板可实现32路模拟量的同步采集。

该DSP板具有高速度、高精度、高可靠性等特点，高性能的DSP芯片；高速转换的16位A/D，128KEPROM存放CPU程序；8KE2PROM存放各种启动方式的定值；WATCHDOG看门狗电路，DC-DC电源隔离模块，双口RAM，完成与主CPU的数据交换；

4.1.3辅助信号板（SIGNAL）

该板将装置运行、录波、自检等状态量输出，包括录波动作信号接点输出，各种运行状态的灯光信号输出。

灯光信号输出直接显示于面板，直观、明了地显示运行工况：

a）运行

b）数据

c）正在录波

d）录波信号

正常运行时，运行灯闪烁；

启动录波时，点亮录波信号灯和正在录波灯；录波过程结束，正在录波灯自动熄灭，录波信号灯直到人工按复归按钮熄灭；

开机上电时，全面自检主机、DSP子单元、通信回路，自检通过时进入正常运行状态。

4.2监控管理模块

监控管理模块采用PIII级CPU，配有800×600分辨率的大屏幕真彩液晶显示器，并具有Windows的图形化界面。

监控管理模块通过Ethernet与录波主机模块交换数据，完成监控、通讯、管理、波形分析及录波记录的镜像备份双存储。

4.2.1实时监视SCADA/DAS功能

●画面编辑；用于制作、修改主接线画面，并设有常用电气设备组件图库。

●实时数据监视；

系统正常工作时，实时监测系统的运行参数，并以电气主接线图的形式

显示实时数据的有效值（如上图）。

●密码管理；

系统设置了授权密码管理，密码设置可创建、修改和删除。

●修改定值：

各项启动的投退及定值整定，开关量启动投退及启动方式整定。

●修改时钟：

使监控管理模块与录波主机模块人工对时。

●手动录波；

用于检查维护装置整体的运作状态。

●通信远传；

录波文件集中通过监控管理模块远传

4.2.2故障录波数据波形的分析、管理：

该功能用来查看故障数据文件，将二进制数据转化为可视化波形曲线，以实现对故障波形分析。

●标明录波启动时间：

故障发生时刻；

●标注故障性质：

模拟量启动方式或某开关量启动方式；

●图形编辑与分析：

a、电压、电流的幅值、峰值、有效值分析；

b、电压、电流波形的滚动、放大、缩小、比较；

●输出打印录波分析报告：

包括录波文件路径名、启动时间、启动方式、系统频率、模拟量波形、

开关量动作情况等；

●录波文件管理：

存取、拷贝、删除、排序等；

●序电压/电流的分析、显示；

●谐波分析；

●有功功率、无功功率、阻抗分析：

根据所录波形，分析发电机或变压器的有功、无功分量及机端阻抗轨迹图；

●负序功率分析；

●功角分析

●有效值计算与分析

WFBL-1装置运行和异常处理

装置面板上有8个指示灯，表示含义如下：

a、运行：

绿色，装置正常工作时，运行灯保持闪烁状态。

录波启动时，指示灯为录波前的状态（常亮或常灭）。

b、DSP1运行灯：

正常运行时与运行灯同步闪烁。

c、DSP2运行灯：

正常运行时与运行灯同步闪烁。

d、数据：

绿色，装置正常工作时，数据灯保持闪烁状态。

录波启动时，指示灯为录波前的状态（常亮或常灭）。

e、通信灯：

与后台机通信正常时闪烁。

f、正在录波：

红色，装置初始化运行后，正在录波灯处于熄灭状态；录波启动时，正在录波灯保持常亮；录波停止后，正在录波灯返回熄灭。

g、录波信号：

红色，装置初始化运行后，录波信号灯处于熄灭状态；录波启动时，录波信号灯保持常亮；录波停止后，录波信号灯继续保持常亮；按信号复归按钮或进行远方复归后返回熄灭。

h、装置故障灯：

装置故障时常亮。

1.电气运行值班人员每班应检查两次录波装置，发现录波信号灯时，通过面板上的复归键，复归该信号。

2、巡检发现故障灯亮时，应及时通知电热班处理。

装置故障检查处理

1..不能录波

该故障一般由两个原因造成：

1．定值设置不当。

应重新校对参数，重新设置相应通道的各项定值。

2．通道电气连接不当

在调整了定值后仍然不起动录波，可进行手动录波，然后进行波形分析。

若相应通道无正常波形，则该通道不正常，原因可能是接线不好或接错线等原因。

2.电源故障

若整机掉电，应检查供电电源及各个空气开关是否完好。

3..录波处理

启动录波时，录波信息灯会被点亮，同时“录波启动”信号开出接点闭合，利用面板上的复归按钮将信号复归，并及时通知相关部门取走录波数据。

4．网络连接错误。

首先确认通讯线已经连好，然后试试重新连接命令，具体方法是选择【系统管理】主菜单，然后点击【重新连接子站】子菜单项；

5．监视画面无数据。

先确认装置是否在运行状态下（看装置的运行指示灯是否在闪烁），如果是在运行状态，则进行复位子站，方法是选择【系统管理】主菜单中的【通讯监视】子菜单的【复位子站】命令。

如果检查报警信息窗口里有“网络错误”的提示信息，则说明是网络连接错误，可参考上面的解决方法。

6．开关量变位，没有录波。

请先检查通道。

再检查开关量启动方式，看相应的启动方式有没有投入。

7．频繁启动录波，检查频繁录波信息窗口中哪些量频繁启动，一般情况下为模拟量定值设置不当造成的，适当修改定值即可解决。

另外在发电机组录波中，发电机起机或停机过程也可能出现暂时性的频繁录波现象。

8．不停连续的录波（模拟量启动），如果在录波信息窗口中报同一种或两种启动标志，请检查该启动的定值设置，如果没有定值问题，先退掉启动，查看模拟量监视表里面该通道采样和输入是否正确。

如果在信息窗口中一次弹出报很多启动标志而且不是一个模拟量通道的启动，这种情况可能为某块DSP插件被人为复位或者装置内部出错引起的，请复位录波主机模块（RCU）或者断电重启系统（把电源插件上的开关重开一次）。

9．录波文件不能自动上传和转换，请查看配置是否正确。

7．频繁启动录波

装置在5分钟内连续启动15次以上，则出现了频繁启动故障，该故障一般是定值设置不当造成的。

可根据故障报告判断是由那一通道引起的，然后将定值适当调整，重新设置即可。

8．不停启动录波

装置长时间连续不停的录波（之前运行正常），一般有两种情况：

I.模拟量通道输入不正常，例如：

模拟量输入缺相或者发电机在启机过程中的模拟量变化大，这种情况一般在信息窗口内会有相应的故障报告，而且不会在一条报告中有大于5个以上的故障类型。

解决方法：

检查模拟量的输入。

II.模拟量定值设置不当。

解决方法：

重新设置定值。

III.DSP插件运行不正常（被复位），这时装置会不停的录波，在信息窗口中，一条故障报告中报出大于10个故障类型而且每条故障报告均相同（有规律）解决方法：

复位录波装置（断电重启）。

9．电源故障

若整机掉电，应检查供电电源及各个空气开关是否完好。

10．系统复位

若需要复位录波装置，关闭电源插件的开关进行断电重启,对系统进行复位。

注意：

在DSP插件背部的复位按钮只是对DSP插件进行复位，当DSP被复位后，会使系统异常，运行中请不要对DSP插件进行复位操作

发变组故障录波装置的调试和检修

1.整柜检查

1.1.图纸资料检查

检查设计图纸及其资料、调试记录是否齐全。

1.2.调试工具及调试设备的准备

每个工程人员均配有调试工具包一套，包括：

一字起、十字起、斜口钳、尖嘴钳、电烙铁、吸锡器、焊锡丝各一个。

万用表为公用工具。

1.3.产品配置是否齐全

检查产品的型号、数量是否与设计图纸及配置清单一致；各种插件、模件的数量、位置是否与图纸一致；电源线、数据线及其它配件是否齐全。

1.4.产品外观检查

屏柜外观无破损、划伤痕迹；柜体铭牌、标签框布置合理且准确；柜门开、关合宜；柜上空开布置合理且标签正确；端子排及扎线布置合理且无杂乱，端子排标签正确；简单查看配线是否与图纸一致；柜体接地是否良好。

装置外观无破损、划伤痕迹；机箱及面板符合要求，字符清晰；紧固件无缺损，安装牢固；插件标注准确无误；指示灯及面板或其它构件安装适度、匀称；面板按钮使用良好。

若配备了计算机，还应检查计算机的数量、型号是否与设计图纸及配置清单一致；整个计算机系统外观无破损、划伤痕迹，操作系统可正常开启、运行、关闭且符合要求。

1.5.软件版本检查

检查各软件版本是否与设计资料一致。

2.绝缘、耐压试验

2.1.绝缘试验

a）试验前确保试验体与外界绝缘，必须严格按要求接线，注意安全。

b）在正常试验大气条件下，装置的带电电路部分和外露非带电金属部分及外壳之间，以及电气上无任何联系的各电路之间，用兆欧表进行绝缘耐压试验。

具体如下：

试验回路

试验电压

绝缘电阻（MΩ）

交流电流、电压回路对地

500V

≥50MΩ

交流回路与直流回路之间

500V

≥50MΩ

开关量输入回路对地

500V

≥50MΩ

整机带电部分对地

500V

≥50MΩ

信号和报警输出触点对地

500V

≥50MΩ

c）试验时间不小于5s，要求绝缘电阻值不低于要求绝缘电阻

2.2.工频耐压试验

试验前确保试验体与外界绝缘，必须严格按要求接线，注意安全。

a）在正常大气条件下，装置应能承受频率为50Hz的工频耐压试验。

b）试验前应先进行绝缘试验。

c）试验电压从零开始，在5s内逐渐升到规定值并保持1min，随后迅速平滑地降到零值。

具体如下：

试验回路

试验电压

交流电压、电流回路对地

2000V

交流回路与直流回路之间

2000V

励磁直流回路对地

2000V

开关量输入回路对地

2000V

整机带电部分对地

500V

信号和报警输出触点对地

2000V

d）要求试验期间应不发生击穿或闪络现象，以及泄漏电流明显增大或电压突然下降等现象，同时无元器件损坏现象。

备注：

测试完毕断电后，必须用接地线对被试品进行安全放电。

3.电源、信号、GPS对时检查

3.1.开关电源的调试

在相应端子接入工作电源。

将所有插件（除信号板、交流插件外）拔出，打开开关电源，同时应注意有无烟气及特殊气味，否则应立刻关闭电源，检查有无短路现象，接入电源是否正确，或直流电压是否偏高。

输入直流电源允许偏差为-20%～+20%。

如不满足要求，应调节相应输入电源。

3.2.开出信号调试

录波启动：

装置录波时，接点闭合，按信号复归按钮后接点返回。

该接点一般带保持。

电源消失：

工作电源消失时，接点闭合。

3.3.GPS回路测试

打开监控系统的“时间设置”菜单，监视录波CPU时间；

A.无源输入测试：

模拟短接GPS输入接点，录波主CPU时间秒读数返回零。

B.有源输入测试：

模拟输入额定电压，录波主CPU时间秒读数返回零。

注：

当秒数小于30时，收到GPS的脉冲信号，则秒数返零，分数不变。

当秒数不小于30时，收到GPS的脉冲信号，则秒数返零，分数加1。

3.4.信号复归回路测试

短接信号复归回路，装置将复归“录波启动”接点，同时返回“录波信号”灯。

3.5.指示灯

A.“运行”指示灯：

绿色，正常时，指示灯保持闪烁；录波时保持原来状态。

B.“数据”指示灯：

绿色，正常时，指示灯保持闪烁。

C.“正在录波”指示灯：

红色，正常时，指示灯不亮；录波时，指示灯保持常亮，录波结束后熄灭。

D.“录波信号”指示灯：

红色，录波启动后，指示灯保持常亮；信号复归后，指示灯熄灭。

4.通道检查

4.1.零漂检查（交流回路）

a）装置各交流回路不加任何激励量（交流电压回路短路、交流电流回路开路），手动启动录波。

b）要求交流电压回路的零漂值在0.05V以内,交流电流回路的零漂值在0.01In以内。

注：

对变比大于180/3.53=51的PT，其零漂要求的计算公式为N/25*0.05，式中N为选用PT的实际变比。

4.2.线性度

a）按图纸依次输入，打开监控系统“模拟量监视”菜单，并作记录。

b）要求各回路的测量范围和测量误差分别满足下表的规定

各相电压（Un=57.7V）回路：

输入电压

3.00V

10.0V

30.0V

60.0V

90.0V

120V

测量误差

≤5%

≤2.5%

≤1%

≤0.5%

≤1%

≤5%

开口三角3U0（Un=100V）的电压回路：

输入电压

5.00V

20.0V

50.0V

100V

150V

180V

测量误差

≤5%

≤2.5%

≤1%

≤0.5%

≤2.5%

≤5%

交流电流通道：

输入电压

0.10In

0.20In

0.50In

1.0In

5.0In

20In

测量误差

≤5%

≤2.5%

≤1%

≤0.5%

≤1%

≤5%

直流电压（300V/75mV）：

输入电压

0.10Ue

0.5Ue

1.0Ue

1.5Ue

2.5Ue

测量误差

≤10%

≤5%

≤1%

≤2.5%

≤5%

直流电流（4～20mA）：

输入电压

4.8mA

8mA

12mA

16mA

20mA

测量误差

≤5%

≤2.5%

≤1%

≤2.5%

≤5%

对于上述没有涉及到交流电压的，参照下表执行：

交流电压回路：

输入电压

0.05Ue

0.2Ue

0.5Ue

Ue

1.5Ue

1.8Ue

测量误差

≤10%

≤2.5%

≤1%

≤0.5%

≤1%

≤5%

通道的精度调节方法：

打开“CTPT系数设定”菜单，更改相应通道的“通道微调系数”即可。

（此项为出厂调试内容，现场不需操作）

5.模拟量启动调试

在此调试大纲中，如没有特殊要求或位作特殊说明，施加交流量的频率均为基波，即50Hz；In=5A；Un=100V。

在作模拟量启动时，应注意以下几点：

A.录波启动标志：

一般情况下，可观察装置面板的“录波启动”灯。

对于较好的调试仪，可采取使用“录波启动”这开出信号，自动测试保护动作值及动作时间。

通过观察的试验，手动增减模拟量幅值的速度不宜过快，以提高调试的准确度。

B.录波启动时指示灯的说明：

录波启动时“录波信号”和“正在录波”灯处于常亮状态；“数据”灯的状态此时处于“锁定”状态，其状态由启动前的状态决定；其它指示灯不受影响。

C.调试模拟量启动前，应现将所有启动关闭，即设置为“OFF”，以防止多个启动元件同时启动。

以下分四个方面说明：

5.1.通用电压启动

5.1.1.电压突变量启动

Ø设置相电压突变量启动为“ON”，定值为5％Un。

Ø以（1+20％）×5％Un为变化量，以一个周波为变化时间,连续4次试验应可靠启动。

Ø以（1-20％）×5％Un为变化量，以一个周波为变化时间,连续4次试验应可靠不启动

Ø同时监控系统提示“xxx相电压突变量启动”报告信息，取出相应故障波形，检查是否正确。

Ø通过监控系统将xxx相电压突变量启动设置为“OFF”。

Ø注意要保证测试仪器的初始输出值为突变的起始值。

5.1.2.电压过量启动

Ø设置相应相电压过量启动为“ON”，定值为110％Un。

Ø以（1+5%）×110％Un为输入量，连续2次试验应可靠启动。

Ø以（1-5%）×110％Un为输入量，连续2次试验应可靠不启动。

Ø同时监控系统提示“xxx相电压过量启动”报告信息，取出相应故障波形，检查是否正确。

ØB、C两相启动类似。

Ø通过监控系统将xxx相电压过量启动设置为“OFF”。

5.1.3.电压欠量启动

Ø设置相应相电压欠量启动为“ON”，定值为90％Un。

Ø以（1-5%）×90％Un为输入量，,