CN110907848B - 直流电源故障智能录波与分级告警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流电源故障智能录波与分级告警装置，采用多片ADC并行采样，并且每片ADC均通过电容隔离技术与主CPU相连，隔离电压达到3000V，既保证高精度数据采样又保证不同分组信号之间完全隔离、互不干扰和影响；所述ADC为多核心24位高精度Sigma‑Delta模数转换器。本发明适用于直流系统异常时间段对直流电源重要数据进行针对性录制记录存储，对于母线过欠压、电池组过欠压、母线对地电压异常、交流窜入直流母线、交流过欠压、缺相、停电、电池组电流异常、波动、负荷电流波动、异常等故障情况均可启动录波，为事故分析提供有力数据支撑，并根据故障严重程度，智能分级告警。

Description

直流电源故障智能录波与分级告警装置

技术领域

本发明属电力系统变电站直流系统技术领域，具体涉及一种直流电源故障智能录波与分级告警装置，用于直流电源故障自动录波及智能分级告警。

背景技术

随着我国电力工业建设的突飞猛进，现代电力系统正朝着大电网、大机组、大容量、超高压的方向发展。在现代电网建设中，伴随智能电网的发展和电气设备自动化程度的提高，直流电源的作用也显得更加突出。电力系统是弱电控制强电系统，而保护自动装置控制回路电源来源于变电站直流电源系统。直流电源是厂、站安全运行的基础，是保证保护装置、自动化设备动作、开关跳合、防止事故扩大和恢复系统正常运行所必不可少的系统和设备，其安全稳定运行是保障电力系统安全稳定运行的关键，在厂、站设备发生故障的关键时刻，直流电源如果出现异常或故障，必将造成主设备严重损坏，甚至殃及电网安全。所以，厂、站直流电源的安全可靠运行，确实给保护及其自动装置提供可靠电源，保障了电网安全可靠运行。

近来在电力系统内因变电站直流系统出现异常的情况下而引起保护装置误动和拒动的事故呈现上升趋势，而直流系统在事故异常状态情况下却无法捕捉到准确和详细的信息，缺乏事故分析的数据支撑，给事故原因分析增添了许多不确定因素。2016年6月18日，陕西330kV南郊变电站在电缆沟着火后，由于直流系统异常导致事故扩大，最终3台主变烧毁，8座110kV变电站失压，直接损失负荷28万千瓦，事故暴露出直流电源系统在安全性和故障监测告警方面存在隐患和不足。

目前国内普遍缺乏对变电站直流系统运行状况更准确和详细的监测，对直流系统在静态和动态状态下信息不能完全掌握，特别在动态状态下，如交流电源失电、开关模块故障、直流系统接地、交流电窜入、蓄电池容量下降、直流负载突变、直流系统绝缘监测装置选线动作等对直流系统的扰动情况知之甚少。目前变电站常规配置的直流电源的监控系统、蓄电池检测装置、直流系统绝缘监测装置，只是直流系统在常态下的信息采集，提供实时数据，未能实现直流系统在发生异常或直流系统崩溃时相关信息的采集与记录，不能有效对事故异常数据进行提取，一旦在变电站保护或自动装置发生故障而同时直流系统发生故障时，将无法捕捉到相关的直流系统有关信息，给事故分析带来极大的困难。

因此，亟需提供一种解决上述问题的直流电源故障智能录波与分级告警装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种直流电源故障智能录波与分级告警装置，适用于直流系统异常时间段对直流电源重要数据进行针对性录制记录存储，对于母线过欠压、电池组过欠压、母线对地电压异常、交流窜入直流母线、交流过欠压、缺相、停电、电池组电流异常、波动、负荷电流波动、异常等故障情况均可启动录波，为事故分析提供有力数据支撑，并根据故障严重程度，智能分级告警。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种直流电源故障智能录波与分级告警装置，采用多片ADC并行采样，并且每片ADC均通过电容隔离技术与主CPU相连，隔离电压达到3000V，既保证高精度数据采样又保证不同分组信号之间完全隔离、互不干扰和影响；

所述ADC为多核心24位高精度Sigma-Delta模数转换器。

作为本发明的进一步改进，每组分组信号对应一片ADC，具体信号分组情况如下,共13个采样通道:

1)1#交流系统A/B/C电压采样,公共端为本组交流系统N线，该组为三个通道；

2)2#交流系统A/B/C电压采样,公共端为本组交流系统N线，该组为三个通道；

3)电池组电压、控制母线电压、合闸母线电压采样，公共端为负母线；该组为三个通道；

4)控制母线正极、负极分别对地电压同步采样,公共端为大地，该组为两个通道；

5)模块负荷电流、电池电流隔离采样，通过霍尔电流传感器隔离，由装置直接提供电源，公共端为霍尔传感器电源负极，该组为两个通道。

作为本发明的进一步改进，每片多核心24位高精度Sigma-Delta模数转换器共享系统主控制器发出的同步采样信号，所有通道同步采样，采样完成后实时将采集结果传输到主控制器单元，并将采样结果在系统内存中缓存，循环队列缓存最近4秒内所有通道的采样数据，同时主控制器单元实时运行快速傅里叶、小波变换和低通滤波分析，并计算出每个通道的交流周期分量、直流分量、低频分量和高频分量数据分析结果后，然后再根据设定条件由软件综合判断后进行录波启动；

每个通道均设有独立的SD24核心。

作为本发明的进一步改进，所述录波启动条件及逻辑判据对应13个采样通道具有13种类型；分别为交流窜入直流母线故障启动录波、直流母线对地压差启动录波、直流母线对地电压波动故障启动录波、控制母线过压告警启动录波、直流母线欠压告警启动录波、电池组过压告警启动录波、电池组欠压告警启动录波、交流输入过压告警启动录波、交流输入欠压告警启动录波、交流输入缺相告警启动录波、交流输入停电告警启动录波、电池组电流异常告警启动录波和负荷电流波动告警启动录波。

作为本发明的进一步改进，所述交流窜入直流母线故障启动录波：使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、傅里叶分析出的周期交流分量值、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足傅里叶分析交流分量值≥交流窜入启动设置值并且小波分析高频数据部分为0并且正负母线对地电压直流分量存在差值并且交流窜入录波标志为0，则立即启动录波，并且设置交流窜入录波标志为1，交流窜入故障消失后标志自动复位；

所述直流母线对地压差启动录波:使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足正控母对地、负控母对地电压直流分量差值的绝对值≥对地压差设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且压差启动录波标志为0，则立即启动录波，并设置压差启动录波标志为1，直流母线对地母线压差故障消失后标志复位；

直流母线对地电压波动故障启动录波: 使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、傅里叶分析出的周期交流分量值、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足傅里叶分析交流分量值<交流窜入启动设置值，并且小波分析高频数据部分为≥交流窜入启动设置值，并且正负母线对地电压直流分量正常，并且对地电压波动启动标志为0，则立即启动录波，并设置对地电压启动标志为1，直到对地电压波动故障消失标志自动复位；

控制母线过压告警启动录波: 使用控制母线电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足控制母线电压直流分量≥控母过压设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且母线电压曾经正常，则立即启动录波，并将母线电压曾经正常标志复位，母线电压恢复正常后标志自动置一；

直流母线欠压告警启动录波: 使用控制母线电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足控制母线电压直流分量≤控母欠压设定值，并且小波分析高频数据部分为0并且，母线电压曾经正常，则立即启动录波，并将母线电压曾经正常标志复位，母线电压恢复正常后标志自动置一；

电池组过压告警启动录波: 使用电池组电压采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足电池组电压直流分量≥电池组过压设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且电池组电压曾经正常，则立即启动录波，并将电池组电压曾经正常标志复位，电池组电压恢复正常后标志自动置一；

电池组欠压告警启动录波: 使用电池组电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足电池组电压直流分量≤电池组欠压设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且电池组电压曾经正常，则立即启动录波，并将电池组电压曾经正常标志复位，电池组电压恢复正常后标志自动置一；

交流输入过压告警启动录波: 使用1#或2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足交流A/B/C三相电压交流分量≥交流过压设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且交流电压曾经正常，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志自动置一；

交流输入欠压告警启动录波: 使用1#/2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足交流A/B/C三相电压交流分量同时≤交流欠压设定值，并且交流A/B/C三相电压中任意相均不为零或大于30V，并且小波分析高频数据部分为0，并且交流电压曾经正常，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志自动置一。

交流输入缺相告警启动录波: 使用1#或2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足交流A/B/C三相电压中任意一相≥交流欠压设定值，并且交流A/B/C三相电压中任意一相为零或小于30V，并且小波分析高频数据部分为0，并且交流电压曾经正常，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复后标志自动置一；

交流输入停电告警启动录波: 使用1#或2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足交流A/B/C三相电压同时≤30V，并且小波分析高频数据部分为0，并且交流电压曾经正常，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志置一。

电池组电流异常告警启动录波: 使用电池组电流采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足电池组电流≥蓄电池电流设定值，并且持续时间≥允许持续时间，并且小波分析高频数据部分为0，蓄电池电流曾经正常，则立即启动录波，并将蓄电池电流曾经正常标志复位，蓄电池电流恢复正常后标志自动置一、并且复位持续时间。

负荷电流波动告警启动录波: 使用负荷电流采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足小波分析高频数据≥电流波动设定值，并且持续时间≥允许持续时间，负荷电流曾经正常，则立即启动录波，并将负荷电流曾经正常标志复位，负荷电流恢复正常后标志自动置一、并且复位持续时间。

作为本发明的进一步改进，母线电压曾经正常是指在启动前确定满足: 控母欠压设定值<母线电压直流分量<控母过压设定值,加入此判据为了防止母线过/欠压后录波装置只记录从正常变为故障时的数据，而非始终处于启动状态，防止录波数据将很快写满并开始数据覆盖，保证异常启动时的重要录波数据得以保存。

作为本发明的进一步改进，启动录波执行过程如下：首先生成录波文件头保存启动录波原因并将保留故障、故障前数据时间设定的缓存数据写入机身录波内存，机身录波内存采样循环覆盖使用方式确保每个SLC NAND FLASH块具有同等使用次数，保障FLASH使用寿命，然后再设置录波启动标志，实时写入后续的录波数据，直到录波时间达到参数设定中的最长录波时间后自动停止录波。

作为本发明的进一步改进，本装置具有采样7英寸寸全中文液晶屏，完全触摸操作，实时查看当前所有通道实时运行数据波形、查看异常录波数据。

作为本发明的进一步改进，还具有IRIG-B码校时接口，实现与全站系统时钟同步，保证数据的时效性。

作为本发明的进一步改进，装置自带有2Gbit NAND Flash并通过USB接口和网络接口将录波数据导出到U盘或电脑，或通过网络接口或RS485接口直接连接到后台监控系统。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：

1、直流电源故障智能录波与分级告警装置基于并行采样和电容隔离技术，可实现同时对直流系统重要运行参数的高精度数据采集和信号完全隔离。

2、直流电源故障智能录波与分级告警装置具有多种录波启动条件，如：母线过欠压、电池组过欠压、母线对地电压异常、交流窜入直流母线、交流过欠压、缺相、停电、电池组电流异常、波动、负荷电流波动、异常等情况均可启动录波。

3、直流电源故障智能录波与分级告警装置具有IRIG-B码校时接口，可实现与全站系统时钟同步，保证数据的时效性。

4、直流电源故障智能录波与分级告警装置具有智能分级告警功能，可根据故障严重程度，自动分级告警。

附图说明

附图1是本发明硬件部分原理框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

如图1所示，一种直流电源故障智能录波与分级告警装置采用多片多核心24位高精度Sigma-Delta模数转换器并行采样，并且每片ADC均通过电容隔离技术与主CPU相连，隔离电压达到3000V，即可保证高精度数据采样又保证不同分组信号之间完全隔离、互不干扰和影响，具体信号分组(每组一片多核SD24芯片)情况如下,共13个采样通道:

1)1#交流系统A/B/C电压采样,公共端为本组交流系统N线，该组为三个通道，以分别采样1#交流系统三相线A/B/C的电压；

2)2#交流系统A/B/C电压采样,公共端为本组交流系统N线，该组为三个通道，以分别采样2#交流系统三相线A/B/C的电压；

3)电池组电压、控制母线电压、合闸母线电压采样，公共端为负母线；该组为三个通道，以分别采样电池组电压、控制母线电压和合闸母线电压；

4)控制母线正极、负极分别对地电压同步采样,公共端为大地，该组为两个通道，以分别采样控制母线正极和负极的对地电压；

5)模块负荷电流、电池电流隔离采样，通过霍尔电流传感器隔离，由装置直接提供电源，公共端为霍尔传感器电源负极，该组为两个通道，以分别隔离采样模块负荷电流、电池电流。

每片24位高精度Sigma-Delta模数转换器共享主控制器发出的同步采样信号，确保所有通道(每通道都有独立SD24核心)同步采样，采样完成后实时将采集结果传输到主控制器单元，并将采样结果在系统内存中缓存，循环队列缓存最近4秒内所有通道的采样数据，同时主控制器单元实时运行快速傅里叶、小波变换、低通滤波等分析，并计算出每个通道的交流周期分量、直流分量、低频分量、高频分量等数据分析结果后，然后再根据设定条件由软件综合判断后进行录波启动，主要启动条件及逻辑判据介绍如下:

(1) 交流窜入直流母线故障启动录波: 使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、傅里叶分析出的周期交流分量值、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(傅里叶分析交流分量值≥交流窜入启动设置值)并且(小波分析高频数据部分为0)并且(正负母线对地电压直流分量存在差值)并且(交流窜入录波标志为0)，则立即启动录波，并且设置交流窜入录波标志为1，交流窜入故障消失后标志自动复位。

启动录波执行过程如下(本段内容在所有录波启动后执行过程相同，以下其他启动条件启动后不再重复)，首先生成录波文件头保存启动录波原因并将【保留故障故障前数据时间设定】的缓存数据，则立即写入机身录波内存，机身录波内存采样循环覆盖使用方式确保每个SLC NAND FLASH块具有同等使用次数，能有效保障FLASH使用寿命，然后再设置录波启动标志，实时写入后续的录波数据，直到录波时间达到参数设定中的最长录波时间后自动停止录波。

(2) 直流母线对地压差启动录波: 主要使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(正控母对地、负控母对地电压直流分量差值的绝对值≥对地压差设定值)并且(小波分析高频数据部分为0)并且(压差启动录波标志为0)，则立即启动录波，并设置压差启动录波标志为1，直流母线对地母线压差故障消失后标志复位。

(3) 直流母线对地电压波动故障启动录波: 使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、傅里叶分析出的周期交流分量值、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(傅里叶分析交流分量值<交流窜入启动设置值)并且(小波分析高频数据部分为≥交流窜入启动设置值)并且(正负母线对地电压直流分量正常)并且(对地电压波动启动标志为0)，则立即启动录波，并设置对地电压启动标志为1，直到对地电压波动故障消失标志自动复位。此种故障多因高频信号通过线缆或电容感应方式窜入直流系统。

(4) 控制母线过压告警启动录波: 使用控制母线电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(控制母线电压直流分量≥控母过压设定值)并且(小波分析高频数据部分为0)并且(母线电压曾经正常)，则立即启动录波，并将母线电压曾经正常标志复位，母线电压恢复正常后标志自动置一。

（母线电压曾经正常）是指在启动前确定满足: 控母欠压设定值<母线电压直流分量<控母过压设定值,加入此判据为了防止母线过/欠压后录波装置只记录从正常变为故障时的数据，而非始终处于启动状态，防止录波数据将很快写满并开始数据覆盖，保证异常启动时的重要录波数据得以保存。再有此判据原因雷同,将不再重述。

(5) 直流母线欠压告警启动录波: 使用控制母线电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(控制母线电压直流分量≤控母欠压设定值)并且(小波分析高频数据部分为0) 并且(母线电压曾经正常)，则立即启动录波，并将母线电压曾经正常标志复位，母线电压恢复正常后标志自动置一。

(6)电池组过压告警启动录波: 使用电池组电压采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(电池组电压直流分量≥电池组过压设定值)并且(小波分析高频数据部分为0) 并且(电池组电压曾经正常)，则立即启动录波，并将电池组电压曾经正常标志复位，电池组电压恢复正常后标志自动置一。

(7英寸)电池组欠压告警启动录波: 使用电池组电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(电池组电压直流分量≤电池组欠压设定值)并且(小波分析高频数据部分为0) 并且(电池组电压曾经正常)，则立即启动录波，并将电池组电压曾经正常标志复位，电池组电压恢复正常后标志自动置一。

(8)交流输入过压告警启动录波: 使用1#/2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(交流A/B/C三相电压交流分量≥交流过压设定值)并且(小波分析高频数据部分为0) 并且(交流电压曾经正常)，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志自动置一。

(9)交流输入欠压告警启动录波: 使用1#/2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(交流A/B/C三相电压交流分量同时≤交流欠压设定值)并且(交流A/B/C三相电压中任意相均不为零(>30V))并且(小波分析高频数据部分为0) 并且(交流电压曾经正常)，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志自动置一。

(10)交流输入缺相告警启动录波: 使用1#/2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(交流A/B/C三相电压中任意一相≥交流欠压设定值)并且(交流A/B/C三相电压中任意一相为零(<30V))并且(小波分析高频数据部分为0) 并且(交流电压曾经正常)，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复后标志自动置一。

(11)交流输入停电告警启动录波: 使用1#/2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(交流A/B/C三相电压同时≤30V)并且(小波分析高频数据部分为0)并且(交流电压曾经正常)，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志置一。

(12)电池组电流异常告警启动录波: 使用电池组电流采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足(电池组电流≥蓄电池电流设定值)并且(持续时间≥允许持续时间)并且(小波分析高频数据部分为0)并且(蓄电池电流曾经正常)，则立即启动录波，并将蓄电池电流曾经正常标志复位，蓄电池电流恢复正常后标志自动置一、并且复位持续时间。

(13)负荷电流波动告警启动录波: 使用负荷电流采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为主要启动条件，一旦满足 (小波分析高频数据≥电流波动设定值)并且(持续时间≥允许持续时间)并且(负荷电流曾经正常)，则立即启动录波，并将负荷电流曾经正常标志复位，负荷电流恢复正常后标志自动置一、并且复位持续时间。

一种直流电源故障智能录波与分级告警装置，实现变电站直流电源系统故障自动录波及智能分级告警，该装置的主要硬件部分：直流电源故障智能录波与分级告警装置采用多片24位高精度Sigma-Delta模数转换器并行采样和电容隔离技术，可保证高精度数据采集和信号完全隔离，可实现同时对直流系统重要运行参数(两路交流进行A/B/C电压、电池组电压/电流、控/合母线电压、负荷电流、正/负母线对地电压)进行实时采样和缓存，一旦监测到信号异常即可立即保存当前缓存内容并启动录波连续记录指定时间数据，以备将来分析事故提供有力数据。

直流电源故障智能录波与分级告警装置采样7英寸全中文液晶屏，完全触摸操作，可实时查看当前所有通道实时运行数据波形、查看异常录波数据，并且具有IRIG-B码校时接口，可实现与全站系统时钟同步，保证数据的时效性，自身带有2Gbit NAND Flash并可通过USB接口和网络接口将录波数据导出到U盘或电脑，也可通过网络接口或RS485接口直接连接到后台监控系统。

直流电源故障智能录波与分级告警装置同时具有多种录波启动条件，如母线过欠压、电池组过欠压、母线对地电压异常、交流窜入直流母线、交流过欠压、缺相、停电、电池组电流异常、波动、负荷电流波动、异常等情况均可启动录波。

本发明的优点：

1、直流电源故障智能录波与分级告警装置基于并行采样和电容隔离技术，可实现同时对直流系统重要运行参数的高精度数据采集和信号完全隔离。

2、直流电源故障智能录波与分级告警装置具有多种录波启动条件，如：母线过欠压、电池组过欠压、母线对地电压异常、交流窜入直流母线、交流过欠压、缺相、停电、电池组电流异常、波动、负荷电流波动、异常等情况均可启动录波。

3、直流电源故障智能录波与分级告警装置具有IRIG-B码校时接口，可实现与全站系统时钟同步，保证数据的时效性。

4、直流电源故障智能录波与分级告警装置具有智能分级告警功能，可根据故障严重程度，自动分级告警。

以上所述实例表达了本发明的优选实施例，描述内容较为详细和具体，但并不仅仅局限于本发明；特别指出的是，对于本领域的研究人员或技术人员来讲，在不脱离本发明的结构之内，系统内部的局部改进和子系统之间的改动、变换等，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直流电源故障智能录波与分级告警装置，其特征在于：采用多片ADC并行采样，并且每片ADC均通过电容隔离技术与主CPU相连，隔离电压达到3000V，既保证高精度数据采样又保证不同分组信号之间完全隔离、互不干扰和影响；

所述ADC为多核心24位高精度Sigma-Delta模数转换器；

每组分组信号对应一片ADC，具体信号分组情况如下，共13个采样通道：

1)1#交流系统A/B/C电压采样,公共端为本组交流系统N线，该组为三个通道；

2)2#交流系统A/B/C电压采样,公共端为本组交流系统N线，该组为三个通道；

3)电池组电压、控制母线电压、合闸母线电压采样，公共端为负母线；该组为三个通道；

4)控制母线正极、负极分别对地电压同步采样，公共端为大地，该组为两个通道；

5)模块负荷电流、电池电流隔离采样，通过霍尔电流传感器隔离，由装置直接提供电源，公共端为霍尔传感器电源负极，该组为两个通道；

每片多核心24位高精度Sigma-Delta模数转换器共享系统主控制器发出的同步采样信号，所有通道同步采样，采样完成后实时将采集结果传输到主控制器，并将采样结果在系统内存中缓存，循环队列缓存最近4秒内所有通道的采样数据，同时主控制器实时运行快速傅里叶、小波变换和低通滤波分析，并计算出每个通道的交流周期分量、直流分量、低频分量和高频分量数据分析结果后，然后再根据设定条件由软件综合判断后进行录波启动；

每个通道均设有独立的SD24核心；

所述录波启动条件及逻辑判据对应13个采样通道具有13种类型；分别为交流窜入直流母线故障启动录波、直流母线对地压差启动录波、直流母线对地电压波动故障启动录波、控制母线过压告警启动录波、直流母线欠压告警启动录波、电池组过压告警启动录波、电池组欠压告警启动录波、交流输入过压告警启动录波、交流输入欠压告警启动录波、交流输入缺相告警启动录波、交流输入停电告警启动录波、电池组电流异常告警启动录波和负荷电流波动告警启动录波；

所述交流窜入直流母线故障启动录波：使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、傅里叶分析出的周期交流分量值、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足傅里叶分析交流分量值≥交流窜入启动设置值并且小波分析高频数据部分为0并且正负母线对地电压直流分量存在差值并且交流窜入录波标志为0，则立即启动录波，并且设置交流窜入录波标志为1，交流窜入故障消失后标志自动复位；

所述直流母线对地压差启动录波:使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足正控母对地、负控母对地电压直流分量差值的绝对值≥对地压差设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且压差启动录波标志为0，则立即启动录波，并设置压差启动录波标志为1，直流母线对地母线压差故障消失后标志复位；

直流母线对地电压波动故障启动录波: 使用正控母对地、负控母对地电压采样通道中直流分量、傅里叶分析出的周期交流分量值、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足傅里叶分析交流分量值<交流窜入启动设置值，并且小波分析高频数据部分为≥交流窜入启动设置值，并且正负母线对地电压直流分量正常，并且对地电压波动启动标志为0，则立即启动录波，并设置对地电压启动标志为1，直到对地电压波动故障消失标志自动复位；

控制母线过压告警启动录波: 使用控制母线电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足控制母线电压直流分量≥控母过压设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且母线电压曾经正常，则立即启动录波，并将母线电压曾经正常标志复位，母线电压恢复正常后标志自动置一；

直流母线欠压告警启动录波: 使用控制母线电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足控制母线电压直流分量≤控母欠压设定值，并且小波分析高频数据部分为0并且，母线电压曾经正常，则立即启动录波，并将母线电压曾经正常标志复位，母线电压恢复正常后标志自动置一；

电池组过压告警启动录波: 使用电池组电压采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足电池组电压直流分量≥电池组过压设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且电池组电压曾经正常，则立即启动录波，并将电池组电压曾经正常标志复位，电池组电压恢复正常后标志自动置一；

电池组欠压告警启动录波: 使用电池组电压采样通道中直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足电池组电压直流分量≤电池组欠压设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且电池组电压曾经正常，则立即启动录波，并将电池组电压曾经正常标志复位，电池组电压恢复正常后标志自动置一；

交流输入过压告警启动录波: 使用1#或2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足交流A/B/C三相电压交流分量≥交流过压设定值，并且小波分析高频数据部分为0，并且交流电压曾经正常，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志自动置一；

交流输入欠压告警启动录波: 使用1#或2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足交流A/B/C三相电压交流分量同时≤交流欠压设定值，并且交流A/B/C三相电压中任意相均不为零或大于30V，并且小波分析高频数据部分为0，并且交流电压曾经正常，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志自动置一；

交流输入缺相告警启动录波: 使用1#或2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足交流A/B/C三相电压中任意一相≥交流欠压设定值，并且交流A/B/C三相电压中任意一相为零或小于30V，并且小波分析高频数据部分为0，并且交流电压曾经正常，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复后标志自动置一；

交流输入停电告警启动录波: 使用1#或2#交流A/B/C三相电压采样通道中傅里叶变换分析出的交流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足交流A/B/C三相电压同时≤30V，并且小波分析高频数据部分为0，并且交流电压曾经正常，则立即启动录波，并将交流电压曾经正常标志复位，交流电压恢复正常后标志置一；

电池组电流异常告警启动录波: 使用电池组电流采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足电池组电流≥蓄电池电流设定值，并且持续时间≥允许持续时间，并且小波分析高频数据部分为0，蓄电池电流曾经正常，则立即启动录波，并将蓄电池电流曾经正常标志复位，蓄电池电流恢复正常后标志自动置一、并且复位持续时间；

负荷电流波动告警启动录波: 使用负荷电流采样通道中的直流分量、小波分析中的高频数据部分作为启动条件，一旦满足小波分析高频数据≥电流波动设定值，并且持续时间≥允许持续时间，负荷电流曾经正常，则立即启动录波，并将负荷电流曾经正常标志复位，负荷电流恢复正常后标志自动置一、并且复位持续时间。

2.根据权利要求1所述的直流电源故障智能录波与分级告警装置，其特征在于：母线电压曾经正常是指在启动前确定满足: 控母欠压设定值<母线电压直流分量<控母过压设定值,加入此判据为了防止母线过/欠压后录波装置只记录从正常变为故障时的数据，而非始终处于启动状态，防止录波数据将很快写满并开始数据覆盖，保证异常启动时的重要录波数据得以保存。

3.根据权利要求1所述的直流电源故障智能录波与分级告警装置，其特征在于：启动录波执行过程如下：首先生成录波文件头保存启动录波原因并将保留故障、故障前数据时间设定的缓存数据写入机身录波内存，机身录波内存采样循环覆盖使用方式确保每个SLCNAND FLASH块具有同等使用次数，保障FLASH使用寿命，然后再设置录波启动标志，实时写入后续的录波数据，直到录波时间达到参数设定中的最长录波时间后自动停止录波。

4.根据权利要求1-3任一项所述的直流电源故障智能录波与分级告警装置，其特征在于：本装置具有7英寸全中文液晶屏，完全触摸操作，实时查看当前所有通道实时运行数据波形、查看异常录波数据。

5.根据权利要求4所述的直流电源故障智能录波与分级告警装置，其特征在于：还具有IRIG-B码校时接口，实现与全站系统时钟同步，保证数据的时效性。

6.根据权利要求5所述的直流电源故障智能录波与分级告警装置，其特征在于：装置自带有2Gbit NAND Flash并通过USB接口和网络接口将录波数据导出到U盘或电脑，或通过网络接口或RS485接口直接连接到后台监控系统。

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