发电机变压器组故障录波监测装置后台分析软件的设计与开发

【摘 要】发电机变压器组故障录波监测装置后台分析软件是运行人员分析处理故障和正常监测的有力工具。本文详细介绍了分析软件的功能设计，介绍了分析软件按照面向对象和自顶而下分层设计的实现方法。

【关键词】发电机变压器组；故障录波监测装置；分析软件

一、引言

发电机变压器组是电力系统的重要设备，其可靠安全运行关系到整个电力系统的安全运行。近年来，随着电力工业的发展，人们越来越重视对发电机变压器等重要电力设备的正常监测和故障分析，而且随着电子技术的发展，人们也越来越多地利用现代电子和计算机技术对发电机变压器组进行监测和故障后的分析处理工作。在这种情况下，微机型发电机变压器组故障录波监测装置便应运而生了。微机型发电机变压器组故障录波监测装置应能做为继电保护及安全自动装置动作行为的分析工具，为发电机组和电网故障的分析提供依据，并记录与监测发电机组的运行状态。

电力故障录波装置发展到今天，在硬件上正朝着通道路数更多、采样速度更快、采样点数更多、精度更高、存储容量更大的方向发展；在分析软件上则朝着界面更友好、操作更方便、功能更强大、通用性更好、组网远传更灵活的方向发展。一个好的分析软件，应该成为运行人员正常监测和故障分析的有力工具。

由于功能上的重大差异，新型发电机变压器组录波监测装置无法照搬原来的线路故障录波装置的分析软件，需要进行重新设计和开发。作者根据多年从事录波器后台分析软件开发的经验，并依据国家标准和现场运行的需要，设计并开发实现了一套发变组故障录波监测装置后台分析软件，成功地应用于生产和运行中。

二、设计原则

微机型发电机变压器组故障录波监测装置后台分析处理软件的设计原则是：

（一）符合国家标准中对分析处理软件的要求[1][2]。

（二）界面友好、直观、操作方便。

（三）除国标中规定的功能外，适当补充其他功能，以满足用户越来越高的要求，形成一套独具特色、功能强大的分析处理软件。

（四）适应各种通讯方式，实现灵活的组网远传方式。

（五）提供国际标准格式（ANSI/IEEE　C37）的转入转出功能。

（六）充分利用现代先进的软件编程技术和开发环境，力求软件的高质量、高可靠性、可重用性和可移植性。

三、功能设计

功能是分析处理软件的灵魂，是分析处理故障的保证。为了满足现场运行人员正常监测及事故后分析处理故障的实际需要，分析处理软件应具有强大的功能。

（一）实时监测功能

实时监测功能是在正常运行情况下，实时监视各个电气量波形及各种数值的变化情况，主要有：

1、模拟量实时监测

（1）实时显示发电机功角、系统频率。

（2）实时显示各个通道模拟量的波形。

（3）各通道有效值显示。

（4）有功功率、无功功率显示。

（5）序分量显示。

（6）各次谐波量显示。

2、开关量实时监测：实时显示各开关量通道波形及开关量状态。

3、差动电流实时显示：显示差动量通道的实时波形、数值，计算后的差动电流波形、数值。

4、主电气接线图实时监测

5、主电气接线图修改工具

（二）故障分析功能

故障分析功能提供对故障发生后形成的录波数据的分析处理功能，可以重现故障发生过程中各电气量的变化过程和各开关量的动作情况，是分析处理软件的核心部分，主要包括：

1、模拟量波形显示与分析

重现故障过程中，各通道模拟量波形及数值的变化过程。数值分析主要包括：瞬时值、有效值、谐波、功率因数、相位、序分量等。

2、开关量波形显示与分析

重现故障过程中，各继电保护、自动装置、断路器等开关量的动作过程。

3、有功、无功功率波形显示与分析

重现故障过程中，有功功率和无功功率波形和数值的变化过程。

4、频率、功角波形显示与分析

重现故障过程中，系统频率和发电机功角波形及数值的变化过程。

5、差动电流波形显示与分析

重现故障过程中，各差动量的波形、差动电流的波形及它们的数值的变化过程。

6、故障结果分析

自动分析本次故障的内容，包括：故障发生时间、启动量分析、开关量动作情况及过程分析、故障前后各通道有效值列表等。如果接有输电线路，还应进行如下分析：故障线路、故障相别、跳闸相别、保护动作时间、断路器跳闸时间、断路器重合时间、再次故障相别、再次跳闸相别、保护再次动作时间、再次跳闸时间、故障测距等。

7、机端阻抗计算分析

计算任意位置的机端阻抗，并以向量图的形式显示分析。

8、相量分析

计算任意位置处所选通道的相量，以不同颜色显示在相量图上。

9、p-δ曲线分析

显示整个故障过程中，发电机输出功率与发电机功角随时间的变化曲线，有全部显示和过程显示两种方式。

（三）开机试验功能

开机试验是发电机的一项重要试验。由于录波装置能够记录发电机的各种电气参数，所以利用录波装置来记录开机试验过程是十分方便的。用录波器记录的实验数据可以帮助试验人员分析检查发电机目前的状态，试验结果可以与以前的结果对照比较，以便及时发现发电机可能存在的问题。开机试验的内容主要包括：

1、励磁机空载特性试验

记录该试验过程中，励磁机转子电流和励磁机输出电压之间关系曲线。

2、发电机空载特性试验

记录该试验过程中，发电机转子电流与发电机输出电压之间关系曲线。

3、发电机短路特性试验

记录该试验过程中，发电机转子电流与发电机输出电流之间关系曲线。

4、发电机灭磁试验

记录该试验过程中，灭磁前后发电机机端电压、发电机转子电压及发电机转子电流随时间变化曲线，并自动计算灭磁时间常数。

5、同期试验

记录该试验过程中，发电机与系统之间在同期前后两组电压的波形、幅值差和相位差的变化过程，以检测同期装置的性能。

（四）通道整定功能

通道整定是保证录波器测量精度的重要措施，通道整定包括通道变比校正和通道间相位差校正两种。整定的方法是在各通道上加同相位的电压电流信号（直流通道加直流信号），按一定的间隔改变电压电流的值，采用最小二乘法计算通道变比和相位误差。

（五）参数设置功能

分析软件应具有灵活方便的参数设置功能，包括：

1、系统设置：名称、标识、ABCD段的段长设置等。

2、模拟量设置：通道名称、通道类型、通道变比参数、启动定值、启动屏蔽等设置。

3、开关量设置：通道名称、启动屏蔽。

4、线路属性设置：线路名称、长度、阻抗参数等。

5、序分量设置：正序、负序、零序限值及屏蔽。

6、差动设置：差动量选择。

7、远传及GPS串口设置。

（六）管理及组网远传功能

分析软件除具有分析功能外，还应具有一定的管理功能，这主要包括对故障文件的分类管理、删除过时文件、故障档案管理等。另外，还应提供多种故障查询方法以方便操作人员的故障检索，如按故障档案查询、按日期查询和按断路器动作查询等。

对后台软件而言，组网远传功能就是能够适应各种通讯方式，提供统一的接口，保证组网远传功能的实现。

四、开发与实现

（一）运行环境

运行环境应本着选择可靠性高、易于操作、统一的基于图形的用户界面、支持多线程多任务的操作系统为原则，所以选择Windows　98、Windows　NT或Windows　2000作为分析软件的运行平台。

（二）开发工具

选择Visual　C++　作为分析软件的开发工具。Visual　C++是Microsoft公司推出的针对Windows操作系统的编程语言，现在已经发展到6.0版本。作为开发Windows应用程序的工具，它具有明显的特点：1、开发出的Windows应用程序具有统一的用户操作界面。2、与操作系统紧密配合，不存在兼容性的问题，与硬件无关。对于同一类型硬件，不论型号、厂家，只要Windows操作系统支持，开发出的Windows应用程序就一定能够支持。3、功能强大，实用面广。4、操作简单，效率高。5、代码可靠性高，便于维护。基于Visual　C++的上述特点以及其对面向对象的支持和提供的MFC基本类库的支持，选择Visual　C++作为开发工具，无疑会大大减轻开发工作量，进而开发出功能强大、结构合理、容易扩充的分析软件来。

（三）软件实现

针对不同的功能模块，按面向对象的方法进行分类设计，充分利用Windows操作系统支持多线程多任务的特点，利用不同的窗口线程或工作线程来描述不同的模块。

以故障分析功能模块为例说明软件实现的方法，如图1所示为故障分析模块按面向对象和自顶而下方法设计的类的层次图。其中，类CFaultAnalysisThread定义了一个单独的窗口线程，专门分析处理故障；类CFaultAnalysisFrame为CFaultAnalysisThread的主框架窗口，负责主要的管理任务；类CFaultAnalysisView为CFaultAnalysisFrame下唯一的视窗口，负责波形显示、数值分析结果显示等任务，其下按显示内容分为四个子窗口：类CChildWndT负责显示故障时间标尺，类CChildWndM负责显示通道名称，类CChildWndG负责显示各种波形，类CChildWndV则负责显示各种数值量。

在软件开发中，正是由于采用了面向对象和自顶而下分层设计的思想和方法，使得软件结构更加合理，功能扩充更加容易。

五、结论

发电机变压器组是电力系统的重要设备，针对发变组而开发的录波监测装置及其后台分析软件，是运行人员分析处理故障的有力工具。后台分析软件设计的好坏和功能的强弱，直接影响到运行人员分析故障和处理故障的能力。本文介绍了根据国家标准和用户需求而设计开发的发电机变压器组故障录波监测装置后台分析软件，它具有功能强大、设计合理、实用方便等特点，已成功地运用到生产和运行中。

参考文献：

[1]《220—500KV电力系统故障动态记录技术准则》，DL/T　553-94.

[2]《微机型发电机变压器组故障录波装置技术准则》，中华人民共和国电力行业标准.