摘要：　是基于Windows平台的发电机-变压器组微机故障录波数据综合分析软件开发工作的总结，提出了几种新的数据综合分析方法，重点对软件分析功能的扩展和算法的改进作了阐述。
关键词：　机组录波； 录波分析； 算法

Research on Microprocessor Based Fault Waveform Recorder Data of G-T Set on Windows Platform

CHEN Hao,ZHANG Zhe,CHEN De-shu,NIE Long,WU Wei
(Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)
(Nanjing Electric Power Automation Equipment General Factory,Nanjing 210004,China)
(Shanghai Electric Power Supply Bureau,Shanghai 200080,China)

0　引言
　　大型发电机-变压器组故障种类多、故障原因各异，同时配套有大量不同工作原理的保护和安全自动装置，从这一实际情况出发，与专用故障录波装置配套的数据综合分析软件也应适合大型发变组的特点，满足下面的要求：
　　(1) 提供足够、丰富的电气量和非电气量，满足事故分析需要；
　　(2) 采用的算法应具有良好的滤波能力，对暂态数据的处理能力要好；
　　(3) 配合电网自动化要求，具备数据远传或网络交换功能；
　　(4) 针对以往的故障数据综合分析软件功能单一的缺陷，进行功能扩充；
　　(5) 适应工业现场环境，使用简单、方便、直观。
　　基于以上考虑，华中理工大学、南京电力自动化设备总厂联合研制了NHL－801型大型发电机－变压器组微机故障录波装置，并编制了基于Windows平台的故障数据综合分析软件，目前已经投入现场运行，取得了良好的效果。
　　下面就故障数据综合分析软件的开发，功能扩展和算法改进方面做的工作进行介绍。

1　综合分析软件的特点
　　软件采用面向对象的可视化编程软件作为开发工具，采用友好的Windows界面，全中文菜单及对话框，适应当今应用软件中文化、视窗化的要求；综合考虑了工业现场的特殊需要，鼠标和键盘双兼容，适合现场使用；建立了完善的错误处理机制，避免了出现异常运行和死机现象；数据处理和图形显示迅速，并有多种输出方式；软件采用模块化结构，可以灵活扩展和修改。

2　综合分析软件的功能扩展
2.1　分析信息的扩展
　　大型发电机－变压器组配置的保护多达20～30种^［5］，各种保护构成原理涉及不同的电气量，因此进行发变组事故分析和保护动作行为评判，不能仅仅依靠基本的电压、电流量，需要进行分析信息的扩展。本软件的开发工作考虑了最大的保护配置方案(30种)，并结合现场技术人员的运行经验，统计了进行故障分析和保护动作评判所需要的电气量和非电气量，除了提供常规的电压、电流、谐波、功率，还根据现场的要求提供机端阻抗、100 Hz电气量、开关变位信息等，以满足现场故障分析需要。
2.2　分析功能的扩展
　　软件提供了波形、相序量、谐波、频率、功率、机端阻抗的分析及开关量变位顺序记录等功能，并允许按其要求将所获得的信息进行编排，以方便比较。
2.2.1　波形分析
　　以6种波形方式显示多达16路的模拟量、开关量波形；可以方便地查看模拟量通道的电压和电流的瞬时值大小或开关量的断合状态；可以灵活地输出波形、控制波形显示。显示方式除了常规的模拟量选择显示、开关量选择显示，新增了4种方式。
　　(1) 混合显示：可任意选择8路模拟量和8路开关量同屏显示，该功能便于分析保护动作前后或断路器开合时各相电压、电流的变化。
　　(2) 合成显示：可任意选择4路模拟量在同一时轴显示，分析各相或不同电气量的相位关系。
　　(3) 局部放大显示：对一段波形单独局部放大显示和测量，可以分析电气量在故障点、开关动作点的细部波形和幅值变化。
　　(4) 波形压缩显示：波形可以1/2，1/3，1/4，1/5，1/6的压缩比显示，用于发生振荡时的观察测量。
2.2.2　谐波分析
　　谐波分析在算法上进行了改进，增强了对衰减非周期分量的处理能力，不仅可以比较精确地计算各谐波分量，还能计算出衰减非周期分量的幅值和衰减时间常数；可分析的最高次谐波频率为450 Hz。
2.2.3　相/序量计算
　　相/序量计算功能为现场人员提供一个强有力的计算工具。序量计算功能可以计算任意时刻A，B，C三相基频电压或电流的幅值、相位以及正序、负序、零序分量的幅值、相位。相量计算的功能非常灵活，对任一电气量信号都可以进行分析，计算基频量和100 Hz量的平均值、有效值、相位。两种计算功能均允许用户通过键盘或手动输入迅速查看感兴趣的时间点的计算值，软件可自动识别用户的输入是否有效，从而充分发挥了计算机在数据处理方面的优势，为现场人员节省大量的计算时间。
2.2.4　机端测量阻抗分析
　　可计算发电机端测量阻抗值，并在阻抗平面中图示机端测量阻抗变化轨迹；同时以表格显示当前时间游标值对应的测量阻抗的实部、虚部及其幅值和相位，对现场分析基于阻抗原理的保护动作评判很有帮助。
2.2.5　开关量变位顺序记录
　　软件可以对录波装置接入的所有开关量信号进行统计，并按照时间顺序以表格的形式显示出来，结合功能2.2.1中的开关量选择显示和混合显示，现场人员可迅速查看各开关的分、合，对故障过程中的开关动作情况有一个全面的了解。
2.2.6　功率分析
　　可以帮助现场人员分析故障过程发电机和变压器端有功、无功的变化趋势，对于发电机失步和失磁故障分析尤其有利。
2.2.7　频率分析
　　该功能设置可帮助用户分析各种故障情况下机组频率的变化。
2.3　远传功能的加强
　　电厂发变组发生故障时，电力调度中心快速、及时地接收到现场的故障数据并进行分析，对查找故障原因、判断保护动作行为、保证电网稳定运行具有重大的意义。大型机组故障录波对综合分析软件的通信功能部分提出了更为严格的要求，如传输通道的多样性、容错纠错能力、传输速率及时间、统一时钟等等。考虑到现场情况，软件大大降低了对配套硬件(如Modem)的要求，做到了“设备无关性”，即远传设备不影响分析软件的就地分析，软件通信部分对不同的远传设备类型具有通用性；数据文件远传在后台进行，不影响分析软件和其它应用程序的运行；软件可以通过Modem经电话线将录波数据迅速传送到调度或控制中心。由于采用了可靠的硬件，可以支持的波特率最高可达33.6 kbps；从传输速率和纠错能力考虑，通信协议采用了Zmodem协议，该协议不仅具有纠错功能，而且还是一种流式协议，它按连续的数据流处理发送的数据，并把错误校验码遍布文件的始终，支持出错重传错误部分、多文件传输、断点重传，不仅适应了电力系统通信环境，而且提高了数据远传的效率。

3　综合分析软件主要算法的研究
3.1　基频分量算法
　　基频分量算法主要用于故障状态的基频分量计算以及各种异常运行状态下的基频电量的计算，由于故障和异常运行状态下，输入的电压、电流信号中除基频分量外，还包含有相当丰富的各种谐波分量，为了保证计算结果的准确性，基频分量算法本身应具有良好的滤波能力。目前，常用的基本算法是“全周傅氏算法”^［3］。
　　基频分量算法描述：假设输入信号u(t)中包含有基频分量、恒定直流分量以及整次谐波分量，即

表1　仿真结果