DRL600故障录波及测距装置技术说明书国电南自.docx
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DRL600故障录波及测距装置技术说明书国电南自
DRL600故障录波及测距装置技术说明书（国电南自）
国电南自
Q/SDNZ.J.51.02-2005
标准备案号：
1213-2005-K
DRL600
微机型电力系统故障录波及测距装置
技术说明书
安全声明
为保证安全、正确、高效地使用装置，请务必阅读以下重要信息：
（1）装置的安装调试应由专业人员进行；
（2）装置上电使用前请仔细阅读说明书，应遵照国家和电力行业相关规程，并参照说明书对装置进行操作、调整和测试，如有随机材料，相关部分以资料为准；
（3）装置上电前，应明确连线与正确示图相一致；
（4）装置应该可靠接地；
（5）装置施加的额定操作电压应该与铭牌上标记的一致；
（6）严禁无防护措施触摸电子器件，严禁带电插拔模件；
（7）接触装置端子，要防止电触击；
（8）如要拆装装置，必须保证断开所有地外部端子连接，或者切除所有输入激励量，否则，触及装置内部的带电部分，将可能造成人身伤害；
（9）对装置进行测试时，应使用可靠的测试仪；
（10）请勿随意修改各配置文件，为了保证录波软件的正确性和完整性，在MMI模块内均备份了该工程的数据配置文件和安装程序，配置文件如有修改，请立刻更新，便于在发生问题时能够及时恢复；
（11）由于本装置的MMI模块是windows2000平台，为了保证装置能够安全的运行，请勿在MMI模块内安装其它任何应用软件；
（12）详细的使用维护说明请参见“使用说明书”。
版本声明
本说明书适用于DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置V6.0.00版本
产品说明书版本修改登记表
序号
说明书版本号
修改摘要
产品版本号
修改日期
1
V6.0.00
按6.0软硬件重新编写
V6.0.00
2006/12
2
3
4
5
*本说明书可能会被修改，请注意核对实际产品与说明书的版本是否相符
*由于产品的升级，可能会存在与本说明书不一致的情况，恕不另行通知
DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置
总结了
国电南自几十年来二次保护理论与实践的
丰富经验
以
专业化继电保护的可靠性、稳定性设计理念
为要求
以
新型的嵌入式设计
为基础
着手于
高速度、高精度、大容量、多存储、网络化的录波采样、存储及传输
技术
国电南自
专业打造DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置
目次
1.概述
随着国民经济的发展，各种高压、超高压系统以及数字化变电站日益增多，对电网稳定运行的要求越来越高，对继电保护设备的可靠性要求也越来越高。
作为“电力系统黑匣子”的故障录波器，起到了记录保护与安全自动装置的动作顺序，再现系统故障和异常运行时各参量的变化过程，评价继电保护动作行为，分析故障和异常运行的作用，其自身的稳定可靠关系到电网的稳定运行与故障分析。
DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置是新一代的广泛应用于常规变电站及数字化变电站输电线路的故障录波装置。
它是在充分总结了国电南自几十年来在二次设备研发、设计、制造和实践的丰富经验，引进了国外先进的技术动态，以新型的嵌入式设计为基础，以专业继电保护设备一体化、高可靠性、高稳定性的设计理念为指导，着手于高速度、高精度、大容量、网络化的采样及录波存储技术。
DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置采用新型嵌入式一体化机箱结构，彻底抛弃了“交直流变换器箱＋前置机＋后台机”的模式，真正做到了“录波器装置化”，图形化界面简介友好、维护方便，可靠性更高一筹。
它全面完成故障和异常工况时的模拟量数据记录，保护与安全自动装置的动作顺序记录，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。
2.主要特点
DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置是全新一代的广泛应用于110KV～500KV系统的以及数字化变电站的线路及变压器故障录波装置。
它全面贯彻国标，同国内外同类产品相比，具有鲜明的特色。
2.1“装置化”设计，电磁兼容性能优，组屏简洁、运行维护方便
新型嵌入式一体化机箱结构，将交直流通道变换、录波采集与启动、波形数据记录与多存储、数据分析、网络通讯、人机界面完全集成于装置，彻底抛弃了交直流变换器箱＋前置机＋后台机的模式，真正做到了“录波器装置化”。
录波器装置化设计，抗干扰能力明显提高，全部实验结果表明快速瞬变、静放电等各项电磁兼容指标均优于录波国标标准，达到保护装置电磁兼容标准。
录波器装置化设计，组屏简洁、维护方便，可靠性更高一筹。
2.2完全基于专业继电保护产品设计理念的嵌入式装置化故障录波器
DRL600微机型电力系统故障录波装置总结了国电南自几十年来继电保护产品的设计、生产、制造经验，以专业继电保护产品的设计理念，彻底摒弃传统故障录波以“工控机、或一体化工作站、或工控主板及其板卡拼装”为核心的通用工控硬件系统，专门针对故障录波装置要求而开发了专有硬件系统。
软件上采用了VxWorks嵌入式操作系统，实时性好、效率高、性能强、系统资源占用小，解决了高速记录与缓存有限之间的矛盾，做到了真正的高速实时录波
结构上一体化、装置式的电气与机械设计，真正形成了国内首家的嵌入式装置化故障录波器。
故障录波的嵌入式装置化设计，产品性能更加稳定可靠，组屏更加简洁美观，维护更加容易方便。
2.3面向对象的、针对故障录波功能要求的高性能的嵌入式硬件平台
DRL600基于嵌入式硬件设计的面向对象的基本要求，彻底摒弃传统故障录波以“工控机、或一体化工作站、或工控主板及其板卡拼装”为核心的通用工控硬件系统，根据故障录波功能要求专门定制硬件系统：
以高性能DSP及32位嵌入式双CPU为核心，采用高分辨率16位A/D、大规模可编程逻辑阵列FPGA/CPLD、大容量FLASH存储器、高性能移动硬盘、大屏幕真彩TFT液晶屏等先进器件，辅以冗余双电源设计、4～6层印刷电路板、SMT表贴加工技术、背插式结构等先进技术……
DRL600故障录波装置总体硬件框架：
2.4基于专业继电保护产品设计理念的录波主CPU独立记录与存储
DRL600装置的录波记录与存储直接由录波主CPU独立完成，完全不倚赖于网络及后台工控机，彻底解决了采用“前置处理+后台记录”的“前后台模式的记录方式”中因网络或后台工控机故障导致的录波失败；录波主CPU采用大容量存储器，可保存不少于300次的故障录波数据文件，存满后采用循序刷新、先进先出原则。
2.5面向对象的镜像分布多存储
DRL600装置的波形文件既独立的存储于主CPU，同时镜像备份存储在MMI中，此外MMI还为数据远方传输开辟独立的存储空间并共享在FTP服务器上，分别面向现场、运行和调度，从而形成了面向对象的录波数据分布多存储。
主CPU和MMI还直接支持基于USB的移动存储。
2.6完全独立的双以太网设计
DRL600微机型电力系统故障录波装置采用两个独立的对外以太网接口设计，可工作于不同网段，全面满足现场对通讯组网的要求。
2.7冗余双电源设计
双CPU各自独立电源供电；每块电源直流为主，交流为辅，互为备用，无缝自动切换。
2.8友好的人机界面，完善的分析功能，
Windows图形化界面。
方便实用的实时运行监视辅助功能，可在装置液晶显示屏上按设备实时显示电流、电压、负序量、有功功率、无功功率、视载功率、频率、向量图等相关参数，实现运行监视。
录波系统的分析除可查阅、显示、打印输出录波波形，应用缩放、比较、标定等定量手段分析电压、电流的幅值和相位、开关量的状态和动作顺序，还可进一步进行序量分析、谐波分析、阻抗分析、功率P、Q分析、功角δ、δ′、δ″分析、故障测距以及各电气量波形任一点的有效值分析计算。
2.9数字化接口，方便实现数字化变电站
装置设有百兆光纤接口，支持IEC61850协议，可方便实现数字化变电站的建设。
3.主要技术指标
3.1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；
额定频率：
50Hz；
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0.5VA/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500W。
3.3过载能力
交流电流回路2倍额定电流，连续工作
10倍额定电流，允许工作10s
40倍额定电流，允许工作1s
交流电压回路2倍额定电压，连续工作
直流电源回路80％－120％额定电压，连续工作
3.4录波通道容量
模拟量输入通道24/48/72/96路，
开关量输入通道48/72/144/192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：
最高10000Hz；
3.7采样精度
优于0.5%；
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：
10次；
3.10测距精度
金属性短路远方短路测距误差小于2％；近处短路测距误差小于2km；
3.11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。
●开关量启动：
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：
除高频信号外，所有模拟量均可作为启动量，主要概括如下：
a、电压各相和零序电压突变量启动
b、正序、负序和零序电压越限启动
c、主变中性点零序电流越限启动
d、电流各相和零序电流突变量启动（用户可整定）
e、线路相电流、负序和零序电流越限启动（用户可整定）
f、10%电流变差启动
g、频率越限、频率变化率启动
h、过激磁启动（针对变压器）
i、负序功率增量方向（针对变压器）
3.12录波记录
3.12.1暂态记录
A时段：
系统大扰动开始前的状态数据，输出原始波形（采样率大于4800Hz），记录时间0.12S到0.5S可调，调节步长0.02秒。
默认（4800Hz/0.12S）。
B时段：
系统大扰动后初期的状态数据，输出原始记录波形（采样率大于4800Hz），记录时间0.1S到0.3S可调调节步长0.02秒。
默认（4800Hz/0.2S）。
C时段：
系统大扰动的中期状态数据，输出低采样率的原始波形（采样率600Hz），记录时间3S。
D时段：
系统动态过程数据，每0.1S输出一个工频有效值，记录时间20S。
如果D时段20S记录结束后启动量依然没有复归，新开文件按照D时段记录10min，如果10min记录满启动量依然没有复归，追加10min，最多追加20min文件结束。
●记录方式
1.启动条件
符合任一模拟量启动或开关量启动条件，按A→B→C→D时段顺序执行。
2.新启动
新启动是指：
A．突变量启动；B．断路器跳合闸信号启动。
a.在已经启动记录的B阶段过程中，如遇新启动，则继续延长B阶段（B1），从新启动点按B→C→D执行（B1→C1→D1）；
b.在已经启动记录的C阶段过程中，如遇新启动，则按A→B→C→D执行（A1→B1→C1→D1）；已经记录的C阶段数据和A1阶段数据重复的用A1阶段数据替换，已经记录的C阶段数据时间小于A1阶段的全部用A1阶段数据替换，A1阶段记录时间自动减少。
c.在已经启动记录的D阶段过程中，如遇新启动，则结束本文件，新开录波文件按A→B→C→D执行（A1→B1→C1→D1）。
●自动终止条件
1.同时满足C阶段结束、所有启动量复归
2.同时满足第一个D阶段记录满20S，所有启动量复归
3.同时满足第二个文件D阶段每记录满10min，所有启动量全部复归
4.第二个文件D阶段记录满30min
●单个文件限制
1.容量限制：
10M，针对B阶段较多；
2.录波阶段限制：
20个录波阶段切换。
当单个文件限制满足时录波仍在进行，则重新开新文件按A→B→C→D录波。
3.12.2稳态记录
采用大型数据库服务器，每0.02s记录一个有效值，可保留至少4天的稳态数据。
3.13录波存储及输出方式
3.12.1暂态记录
●自动存于录波CPU模块的硬盘中，可存储不少于350个波形文件，循环覆盖；
●自动镜像储存于MMI模块的硬盘中，存储波形文件的数量受硬盘大小限制；
●监控管理模块为数据远方传输开辟独立的存储空间，并共享在FTP服务器上，远方的技术管理部门可通过FTP像在本地一样，方便、快捷、可靠的查看和传输文件；
●USB移动存储介质；
●以太网通讯输出；
●MODEM通讯输出；
●打印输出。
3.12.2稳态记录
●存储在MMI模块的数据库中；
●本地、远方均可按时段提出数据，提出的数据将自动转换为COMTRADE格式文件；
●USB移动存储介质；
●以太网通讯输出；
●打印输出。
3.14GPS对时
PPM、PPS＋串口通讯。
3.15联网及通讯远传
●基于TCP/IP的联网；
●FTP文件传输；
●断点续传；
●采用103规约与监控系统相联。
3.16绝缘性能
3.16.1绝缘电阻
装置带电部分和非带电部分及外壳之间以及电气上无联系的各电路之间用开路电压500V的兆欧表测量其绝缘电阻值，正常试验大气条件下，各等级的各回路绝缘电阻不小于10MΩ。
3.16.2介质强度
正常试验大气条件下，装置能承受频率50HZ，电压2000V历时1分钟的工频耐压试验而无击穿闪络及元件损坏现象。
试验过程中，任一被试回路施加电压时其余回路等电位互联接地。
3.16.3冲击电压
在正常试验大气条件下，装置的电压输入回路、交流输入回路、输出触点回路对地，以及回路之间，能承受1.2/50μs的标准雷电波的短时冲击电压试验，开路试验电压5KV。
3.16.4耐湿热性能
装置能承受GB/T2423.9-1989规定的湿热试验。
最高试验温度＋40℃、最大湿度95%，试验时间为48小时，每一周期历时24小时的交变湿热试验，在试验结束前2小时内根据3.16.1的要求，测量各导电电路对外露非带电金属部分及外壳之间、电气上不联系的各回路之间的绝缘电阻不小于1.5MΩ，介质耐压强度不低于3.16.2规定的介质强度试验电压幅值的75%。
3.17抗电磁干扰性能
3.17.1脉冲干扰
装置能承受GB/T14598.13-1998规定的干扰试验，试验电源频率为100KHZ和1MHZ，试验电压为共模2500V，差模1000V的衰减振荡波。
试验时被试装置预先施加电源，按GB/T14598.13-1998表所列临界条件叠加干扰试验电压，装置不误动、不拒动。
3.17.2快速瞬变干扰
装置能承受GB/T14598.10-1996标准规定III级（2KV±10%）快速瞬变干扰试验。
3.17.3静电放电
装置能承受GB/T14598.14-1998标准规定的Ⅳ级（空间放电15KV，接触放电8KV）静电放电试验。
3.18机械性能
3.18.1振动
装置能承受GB/T2423.10-1995规定的严酷等级为I级的振动耐久能力试验。
3.18.2冲击
装置能承受GB/T2423.5-1995规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验。
3.18.3碰撞
装置能承受GB/T2423.6-1995规定的严酷等级为I级的冲击耐久能力试验。
3.19正常工作大气条件
环境温度：
-5℃～＋40℃；-10℃～＋55℃。
相对湿度：
5%～95%。
大气压力：
86kPa～106kPa；66kPa～110kPa。
4.原理说明
4.1硬件结构及功能
DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置采用多CPU并行处理的分布式主从结构，可分为模拟量采集模块、开关量隔离模块、录波主机模块和MMI模块4部分。
DRL600的硬件系统结构图
模拟量采集模块由小CT、PT、直流采集模块、16位A/D及FPGA组成，将强电信号转换成弱电信号，然后进行模数转换，最终将数字数据传送给DSP。
开关量隔离模块由阻容元件及光电隔离器组成，完成开关量信号的隔离变换。
录波CPU模块为DSP＋CPU主从结构，独立工作电源。
其采用高性能的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；数据计算采用高速DSP。
多DSP与CPU之间采用FPGA以及工业级总线交换录波数据，极大程度地解决了大容量数据流交换的“瓶颈”。
录波CPU模块自带大容量存储器，直接独立的进行录波记录与存储，录波完全不倚赖MMI模块及网络，极大的提高了录波的可靠性。
录波CPU模块还设置了百兆光纤以太网接口，支持IEC61850协议，可方便实现数字化变电站的建设。
MMI模块也采用32位嵌入式微处理器系统，独立工作电源，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。
MMI模块通过以太网总线与录波CPU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CPU模块和MMI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多存储，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DRL600微机型电力系统故障录波及测距装置不再需要另配后台机，从而从根本上避免了因后台机或网络不稳定而使整个录波器无法正常工作。
4.1.1模拟量采集模块
模拟量采集模块由FPGA、高精度16为A/D、高精度录波专用CT、PT及直流采集模块组成。
完成了模拟量的隔离、采集、模数变换。
4.1.2开关量隔离模块
开关量隔离模块采用了高精度宽温军用级阻容元件及光电隔离器，稳定可靠，可直接采集110/220V开关量信号。
4.1.3录波CPU模块
录波CPU模块以高性能的32位嵌入式微处理器系统及工业级总线为核心，包括DSP部分和CPU部分。
A.DSP部分
DSP部分由高性能的DSP芯片及FPGA构成，完成付氏变换及相关量的计算，同时判断是否启动录波，并把采集的时实数据发送给主CPU，，同时也接收主CPU的命令。
为了更好的与数字化变电站接口，DSP部分还设有百兆光纤以太网接口，由DSP及FPGA完成控制，接收光CT、光PT的数字通信。
B.CPU部分
CPU部分以高性能的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MMI模块传送实时稳态数据。
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及装置面板信号灯。
录波数据文件就地存放于CPU部分自带的大容量存储器，并自动上传至MMI模块进行备份存储，MMI模块将录波数据文件分两个区域进行镜像双存储。
软件上采用了VxWorks嵌入式操作系统，实时性好、效率高、性能强、系统资源占用小，解决了高速记录与缓存有限之间的矛盾，做到了真正的高速实时录波
4.1.4辅助信号板
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；
内部数据交换时，数据灯闪烁；
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；
4.1.5MMI模块
MMI模块采用嵌入式32为处理器，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内部总线与录波主机模块交换数据，完成监控、通讯、管理、波形分析、稳态录波及录波记录的镜像备份双存储。
A.稳态录波功能
MMI模块将录波CPU模块传送过来的实时稳态数据写入数据库，将最新数据保留4天，对过期数据进行删除。
MMI模块还对本地/远方用户提供数据库的按时段查找，并将提出的数据自动转换为COMTRADE格式文件，供本地/远方用户使用。
B.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，计算派生数据，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。
●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：
●有效值计算与分析
●故障测距
C.实时监视功能
●实时数据监视：
系统正常工作时，实时监测系统的运行参数，并显示实时数据。
●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：
在没有GPS对时情况下，可修改装置自身的时钟，使录波主机模块与监控管理模块人工对时。
●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模拟量启动原理
4.2.1过流启动
启动原理：
启动反应工频电流过量。
启动动作判据：
I>
式中
I-------------相电流（A、B、C），零序电流，负序电流
-------------启动动作阈值
4.2.2过压启动
启动原理：
启动反应工频电压过量。
启动动作判据：
U>
式中
U-------------相电压（A、B、C），负序电压，零序电压
-------------启动动作阈值
4.2.3欠压启动
启动原理：
启动反应工频电压欠量。
启动动作判据：
U<
式中U-------------相电压（A、B、C）
-------------启动动作阈值
4.2.4突变量启动
启动原理：
启动反应工频电压、电流突变。
启动动作判据：
|ΔU|>
或|ΔI|>
式中U-------------相电压（A、B、C），零序电压
I-------------相电流（A、B、C），零序电流
-------------启动动作阈值
-------------启动动作阈值
4.2.51.5秒内10%电流变差启动（振荡）
启动原理：
装置通过在1.5秒内测定机端电流Ia的变化启动。
启动动作判据：
式中Imax-------------1.5秒内电流的最大值
Imin-------------1.5秒内电流的最小值
Iver-------------1.5秒内电流的平均值
-------------启动动作阈值（推荐采用0.1）
4.2.6频率越限启动
启动原理：
该启动主要用于频率异常，频率
升级会员 