CN211528559U - 一种用于抽水蓄能机组的故障录波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于抽水蓄能机组的故障录波器，包括：变送模块、采集模块、工况判断模块、主控制模块、存储模块、后台控制模块、通讯模块，其中，变送模块的输出端与采集模块的输入端相连，采集模块的输出端通过总线分别与工况判断模块、主控制模块以及存储模块的输入端相连，工况判断模块和后台控制模块之间，以及主控制模块、存储模块、后台控制模块之间分别通过以太网进行通信。通过变送模块的直流电压采样单元和直流电流采样单元，分别获取电压和电流中的直流分量，用于故障判断时做补偿，避免直流分量的影响，解决低频运行时因大量直流分量存在，获取的电压、电流信号发散，而导致的故障录波器录波不准确的问题。

Description

一种用于抽水蓄能机组的故障录波器

技术领域

本实用新型属于电力设备监测和系统故障分析领域，更具体地，涉及一种用于抽水蓄能机组的故障录波器。

背景技术

故障录波器用于电力系统，是保障电力系统安全运行的重要装置。故障录波器可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电压及其导出量，如有功、无功及系统频率的全过程变化现象以及继电保护装置动作信息。利用故障录波器记录下的电气量变化情况和继电保护装置动作信息，可以分析处理故障原因、判断保护动作是否正确，以便迅速排除故障和制定防止对策。

抽水蓄能电站具有发电、发电调相、抽水、抽水调相、停机稳态等多种工况。抽水蓄能机组起停频繁，工况转换复杂，不同工况下电流、电压、频率运行情况不同，且在启动和制动工况的低频运行情况下，电流和电压含有大量的直流分量。现有的发变组保护故障录波装置为通用型故障录波器，在抽水蓄能机组的低频运行情况下，因大量直流分量存在，获取的电压、电流信号发散，无法单独获取电压、电流的直流分量，且故障录波器只有一套定值，在抽水蓄能机组的不同的工况下使用一套定值会造成录波器频繁启动和报警，另外在某些情况下由于不能及时判断发生了故障而导致录波遗漏。以上情况导致故障录波器不能准确录波，给电站的运行工况的分析和故障情况的解决带来了困难，降低了电站的管理效率。

综上所述，提出一种对不同工况下抽水蓄能机组故障准确录波的故障录波器是亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于抽水蓄能机组的故障录波器，其目的在于解决现有技术由于在抽水蓄能机组在低频运行情况下获取的电压、电流信号发散以及不同工况下使用一套定值而导致的故障录波不准确的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于抽水蓄能机组的故障录波器，包括：变送模块、采集模块、工况判断模块、主控制模块、存储模块、后台控制模块、通讯模块；

其中，变送模块的输出端与采集模块的输入端相连，采集模块的输出端通过总线分别与工况判断模块、主控制模块以及存储模块的输入端相连，工况判断模块和后台控制模块之间，以及主控制模块、存储模块、后台控制模块之间分别通过以太网进行通信；

变送模块用于对抽水蓄能机组输入的电流信号、电压信号进行隔离和变换，对继电保护开关信号进行隔离，从而获得交流电压、电流信号和直流电压、电流信号，并使得电压、电流模拟信号满足输入范围要求，且使得输入的电压、电流模拟信号和开关信号与机组及继电保护装置侧隔离，保证后续抽水蓄能机组运行工况判断和故障录波更加准确；

采集模块用于将接收到的隔离和变换后的模拟信号转换成数字信号，将接收到的隔离后的开关信号转换成标准开关信号，方便后续主控制模块的分析和判断；

工况判断模块用于通过对接收到的数字信号和标准开关信号进行分析，从而判断抽水蓄能机组的运行工况，发生工况转换时，向后台控制模块发送查询定值指令；

主控制模块用于根据当前的定值参数判断是否达到故障录波启动要求，当达到故障录波器的启动要求时，向存储模块发出录波指令；当接收到后台控制模块发送的新的定值参数和定值切换指令后，进行故障录波器的定值切换；

存储模块用于在接收到录波指令后，记录采集模块通过总线发送过来的故障过程中的电压、电流和继电保护动作信息；

后台控制模块用于当抽水蓄能机组的运行工况发生转换时，接收工况判断模块发送的工况转换指令，并查询当前抽水蓄能机组的运行工况对应的定值信息，向主控制模块发送新的定值参数和定值切换指令，以及当人工操作查看故障录波信息时，通过以太网访问存储模块来获取故障录波信息；

通讯模块用于管理工况判断模块和后台控制模块之间，以及主控制模块、存储模块、后台控制模块之间的以太网通信。

进一步优选地，上述变送模块包括交流电压变送单元、直流电压采样单元、直流电压变送单元、交流电流变送单元、直流电流采样单元、直流电流变送单元和光耦单元；

直流电压采样单元和直流电流采样单元分别与直流电压变送单元和直流电流变送单元相连；

直流电压采样单元包括霍尔传感器电压采样电路，直流电流采样单元包括霍尔传感器电流采样电路，分别用于获得电压和电流的直流分量；

交流电压变送单元、直流电压变送单元、交流电流变送单元、直流电流变送单元分别用于对交流、直流电压和电流进行隔离和变换；

光耦单元用于对继电保护开关信号进行隔离。

进一步优选地，上述工况判断模块包括总线接口、处理器DSP、双口 RAM、以太网接口；

总线接口、双口RAM、以太网接口分别与处理器DSP双向连接；

总线接口为连接总线的连接电路，用于接收来自总线的数字信号和标准开关信号；

处理器DSP用于根据接收到的数字信号和标准开关信号，判断抽水蓄能机组的运行工况；

双口RAM用于对处理器DSP计算过程的数据进行临时存储；

以太网接口为工况判断模与后台控制模块的网络数据连接端口。

进一步优选地，上述存储模块包括总线接口、NANDFLASH、处理器 ARM、双口RAM和以太网接口；

总线接口、NANDFLASH、双口RAM和以太网接口分别与处理器ARM 双向连接；

总线接口为连接总线的连接电路，用于接收来自总线的数据和控制信号；

NANDFLASH用于存储录波数据；

处理器ARM直接控制整个模块的工作，用于接收来自主控制模块的录波指令、后台控制模块的访问申请和管理故障录波数据；

双口RAM用于对录波数据进行临时存储；

以太网接口为存储模块与主控制模块以及后台控制模块的网络数据连接端口。

进一步优选地，上述后台控制模块包括定值信息表存储单元，用于存储抽水蓄能机组的各运行工况所对应的定值信息，

进一步优选地，上述定值信息可以根据不同需要进行人工修改。

进一步优选地，后台控制模块通过以太网可以直接远距离访问存储模块。

进一步优选地，本实用新型所提出的用于抽水蓄能机组的故障录波器，应用于抽水蓄能电站发变组保护和故障分析领域。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本实用新型提供了一种用于抽水蓄能机组的故障录波器，变送模块包括变送模块包括采用霍尔传感器电压采样电路的直流电压采样单元和采用霍尔传感器电流采样电路的直流电流采样单元，可以获取电压和电流中的直流分量，用于故障判断时做补偿，避免直流分量的影响，解决低频运行时因大量直流分量存在，获取的电压、电流信号发散，而导致的故障录波器录波不准确的问题。

2、本实用新型提供了一种用于抽水蓄能机组的故障录波器，在系统开始运行时，通过接入工况转换模块，判断抽水蓄能电站当前运行工况，当判断工况发生改变时，向后台控制模块发送工况转换指令，从而使得主控制器接收新的定值信息，修改故障录波器定值参数，保证故障录波器在不同工况下故障情况的正确判断，避免了故障误判和录波遗漏，从而解决了现有的故障录波器录波不准确的问题。

3、本实用新型所提供的用于抽水蓄能机组的故障录波器，工况判断模包括处理器DSP，能够完成复杂运算，快速准确地判断出当前的工况。

4、本实用新型所提供的用于抽水蓄能机组的故障录波器，存储模块包括处理器ARM，直接控制故障录波数据存储、数据文件管理和后台访问等工作进程的有序执行，保证主控制器故障判断任务免受冲突，减轻了主控制器的工作负担。

5、在本实用新型所提供的用于抽水蓄能机组的故障录波器中，其后台控制模块包括定值信息表存储单元，用于存储抽水蓄能机组的各运行工况所对应的定值信息，方便定值信息的查询、调用和根据不同需要对定值信息进行人工修改。

6、本实用新型所提供的用于抽水蓄能机组的故障录波器，在存储模块和后台控制模块之间建立以太网通信，方便远距离访问存储模块，从而快速获取用于分析故障原因并排除故障的故障录波信息。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种用于抽水蓄能机组的故障录波器的结构示意图；

图2是本实用新型所提供的变送模块的结构示意图；

图3是本实用新型所提供的采集模块的结构示意图；

图4是本实用新型所提供的工况判断模块的结构示意图；

图5是本实用新型所提供的存储模块的结构示意图；

图6是本实用新型所提供的通讯模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提供了一种用于抽水蓄能机组的故障录波器，如图1所示，包括：变送模块1、采集模块2、工况判断模块3、主控制模块4、存储模块5、后台控制模块6、通讯模块7；

其中，变送模块1的输出端与采集模块2的输入端相连，采集模块2 的输出端通过总线分别与工况判断模块3、主控制模块4和存储模块5的输入端相连，工况判断模块3和后台控制模块6之间，以及主控制模块4、存储模块5、后台控制模块6之间分别通过以太网进行通信。

变送模块1用于对抽水蓄能机组输入的电流信号、电压信号进行隔离和变换，对继电保护开关信号进行隔离；抽水蓄能机组输入的信号中通常具有较大电平差或者包含着噪声信号，会影响数据的精确性，采用变送模块1对抽水蓄能机组输入的电流信号、电压信号和继电保护开关信号进行隔离，可以大大减少较大电平差和噪声信号的干扰，使得后续抽水蓄能机组运行工况判断和故障录波更加准确；此外抽水蓄能机组输入的高电压、大电流会损坏故障录波器，不能直接采集，采用变送模块1对抽水蓄能机组输入的电流、电压进行转换，满足输入范围要求。

优选地，如图2所示，变送模块1包括交流电压变送单元11、直流电压采样单元12、直流电压变送单元13、交流电流变送单元14、直流电流采样单元15、直流电流变送单元16和光耦单元17。

其中，直流电压采样单元12和直流电流采样单元15分别与直流电压变送单元13和直流电流变送单元16相连。交流电压变送单元11用于将抽水蓄能机组输入的0-200V的电压隔离后转换为0-10V的电压模拟信号输出给采集模块；直流电压采样单元12包括霍尔传感器电压采样电路，用于采样电压中的直流分量，输出给直流电压变送单元13，隔离和转换为0-10V 的电压模拟信号输出给采集模块；交流电流变送单元14用于将抽水蓄能机组输入的0-200A电流隔离后转换为0-10V电流模拟信号输出给采集模块；直流电流采样单元15包括霍尔传感器电流采样电路，用于采样电流中的直流分量，输出给直流电流变送单元16，隔离和转换为0-10V的电压模拟信号输出给采集模块；光耦单元17用于对抽水蓄能机组输入的继电保护开关信号进行隔离后输出给采集模块。通过获取电压和电流中的直流分量，用于故障判断时补偿直流分量的影响，从而解决低频运行时因大量直流分量存在，获取的电压、电流信号发散，故障录波器录波不准确的问题。

采集模块2用于将接收到的隔离和变换后的模拟信号转换成数字信号，将接收到的隔离后的开关信号转换成标准开关信号，方便后续主控制模块3 进行分析和判断。

优选地，如图3所示，采集模块包括模拟信号调理单元21、AD转换单元22、开关信号调理单元23、锁存器24、双口RAM25和总线接口26。

其中，模拟信号调理单元21用于将接收到的表征交流和直流电压、电流的0-10V电压模拟信号转换成标准模拟信号，输入到AD转换单元22中； AD转换单元22将接收到的标准模拟信号转换成数字信号；开关信号调理单元23用于将接收到的隔离后的开关信号转换为标准开关信号；锁存器24 用于进行信号缓冲；双口RAM25用于对数据进行临时存储；总线接口26 为连接总线的连接电路。

工况判断模块3用于通过对接收到的数字信号和标准开关信号进行分析，从而判断抽水蓄能机组的运行工况，发生工况转换时，向后台控制模块发送查询定值指令；

优选地，如图4所示，工况判断模块3包括总线接口31、处理器DSP32、双口RAM33和以太网接口34。

其中，总线接口31、双口RAM33、以太网接口34分别与处理器DSP32 双向连接；总线接口31为连接总线的连接电路，用于接收来自总线的数字信号和标准开关信号；处理器DSP32用于根据接收到的数字信号和标准开关信号，判断抽水蓄能机组的运行工况；双口RAM33用于对处理器DSP32 计算过程的数据进行临时存储；以太网接口34为网络数据连接的端口。

主控制模块4用于根据当前的定值参数判断是否达到故障录波启动要求，当达到故障录波器的启动要求时，向存储模块5发出录波指令；当接收到后台控制模块6发送的新的定值参数和定值切换指令后，进行故障录波器的定值切换。

存储模块5用于在接收到录波指令后，记录采集模块2通过总线发送过来的故障过程中的电压、电流和继电保护动作信息；

优选地，如图5所示，存储模块5包括总线接口51、NANDFLASH52、 ARM53、双口RAM54和以太网接口55。

其中，总线接口51、NANDFLASH52、双口RAM54和以太网接口 55均与ARM53双向连接。总线接口51为连接总线的连接电路，用于接收数据和控制信号；NANDFLASH52用于存储录波数据；ARM直接控制整个模块的工作，用于接收来自主控制模块的录波指令、后台控制模块的访问申请和管理故障录波数据；双口RAM54用于对录波数据进行临时存储；以太网接口55为网络数据连接的端口。

后台控制模块6用于当抽水蓄能机组的运行工况发生转换时，接收工况判断模块3发送的工况转换指令，并查询当前抽水蓄能机组的运行工况对应的定值信息，向主控制模块4发送新的定值参数和定值切换指令，以及当人工操作查看故障录波信息时，通过以太网访问存储模块5来获取故障录波信息。具体的，后台控制模块6包括定值信息表存储单元，用于存储抽水蓄能机组的各运行工况所对应的定值信息，此外定值信息表可以根据不同需要进行人工修改。具体的，后台控制模块6通过以太网可以直接远距离访问存储模块5。

通讯模块7用于管理工况判断模块3和后台控制模块6之间，以及主控制模块4、存储模块5、后台控制模块6之间的以太网通信。

优选地，如图6所示，通讯模块7包括光纤转换器71、调制解调器72、交换机73和路由器74。

其中，光纤转换器71用于进行串口和光纤之间的数据转换，调制解调器72用于进行数字信号和模拟信号之间的转换，交换机73用于进行信号转发和网络互通，路由器74用于进行信息的寻址和转送。

将本实用新型所提供的故障录波器用于抽水蓄能机组，抽水蓄能电站发变组的电流、电压和继电保护动作信号经变送模块1隔离和转换得到交直流电压、电流和隔离后的开关信号后，送入采集模块2完成信号采集，并将所得的数字信号和标准开关信号输入到总线中，工况判断模块3通过总线3获取上述数字信号和标准开关信号，并对上述信号进行分析，从而得到抽水蓄能机组的运行工况。当抽水蓄能电站稳定运行于某一种工况时，障录波器的定值参数不变；当抽水蓄能电站的运行工况发生转变时，工况判断模块3通过以太网向后台控制模块6发出查寻定值指令，后台控制模块6接收到查寻定值指令后，从定值信息表存储单元中查询到当前抽水蓄能电站运行工况所对应的障录波器的定值参数，并将所得定值参数和定值切换指令发送到主控制模块4中，主控制模块4基于接收到的定值参数进行故障录波器的定值切换。以上存储单元中的定值参数表可以根据具体应用需要进行人工修改。定值切换完成后，主控制模块4根据当前的定值参数判断是否达到故障录波启动要求，当满足启动要求时，主控制模块4通过以太网向存储模块5发出录波指令，存储模块5在接收到录波指令后，记录采集模块2通过总线发送过来的故障过程中的电压、电流和继电保护动作信息，完成故障录波功能。人工操作查看故障录波信息时，通过以太网访问存储模块获取故障录波信息。

本实用新型提供了一种用于抽水蓄能机组的故障录波器，变送模块包括直流电压采样单元和直流电流采样单元，可以获取电压和电流中的直流分量，用于故障判断时做补偿，避免直流分量的影响，从而解决低频运行时因大量直流分量存在，获取的电压、电流信号发散，故导致的障录波器录波不准确的问题。在系统开始运行时，通过接入工况转换模块，判断抽水蓄能电站当前运行工况，当判断工况发生改变时，向后台控制模块发送工况转换指令，从而使得主控制器接收新的定值信息，修改故障录波器定值参数，保证故障录波器在不同工况下故障情况的正确判断，解决故障录波器故障误判和录波遗漏问题，使得故障录波更加准确。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于抽水蓄能机组的故障录波器，其特征在于，包括：变送模块、采集模块、工况判断模块、主控制模块、存储模块、后台控制模块、通讯模块；

所述变送模块的输出端与所述采集模块的输入端相连，所述采集模块的输出端通过总线分别与所述工况判断模块、所述主控制模块以及所述存储模块的输入端相连，所述工况判断模块和所述后台控制模块之间，以及所述主控制模块、所述存储模块、所述后台控制模块之间分别通过以太网进行通信；

所述变送模块用于基于霍尔传感器、发送器和光耦对抽水蓄能机组输入的电流信号、电压信号进行隔离和变换，对继电保护开关信号进行隔离，从而获得交流电压、电流信号和直流电压、电流信号，并使得电压、电流模拟信号满足输入范围要求，且使得输入的电压、电流模拟信号和开关信号与机组及继电保护装置侧隔离；

所述工况判断模块用于通过对接收到的数字信号和标准开关信号进行分析，从而判断抽水蓄能机组的运行工况，当发生工况转换时，向后台控制模块发送查询定值指令。

2.根据权利要求1所述的用于抽水蓄能机组的故障录波器，其特征在于，所述变送模块包括交流电压变送单元、直流电压采样单元、直流电压变送单元、交流电流变送单元、直流电流采样单元、直流电流变送单元和光耦单元；

所述直流电压采样单元和所述直流电流采样单元分别与所述直流电压变送单元和所述直流电流变送单元相连；

所述直流电压采样单元包括霍尔传感器电压采样电路，所述直流电流采样单元包括霍尔传感器电流采样电路的，用于获得电压和电流的直流分量。

3.根据权利要求1所述的用于抽水蓄能机组的故障录波器，其特征在于，所述工况判断模块包括总线接口、处理器DSP、双口RAM、以太网接口；

总线接口、双口RAM、以太网接口分别与处理器DSP双向连接；

总线接口为连接总线的连接电路，用于接收来自总线的数字信号和标准开关信号；

处理器DSP用于根据接收到的数字信号和标准开关信号，判断抽水蓄能机组的运行工况；

双口RAM用于对处理器DSP计算过程的数据进行临时存储；

以太网接口为工况判断模块与后台控制模块的网络数据连接端口。

4.根据权利要求1所述的用于抽水蓄能机组的故障录波器，其特征在于，所述存储模块包括总线接口、NAND FLASH、处理器ARM、双口RAM和以太网接口；

总线接口、NAND FLASH、双口RAM和以太网接口分别与处理器ARM双向连接；

总线接口为连接总线的连接电路，用于接收来自总线的数字信号和标准开关信号；

NAND FLASH用于存储录波数据；

处理器ARM直接控制整个模块的工作，用于接收来自主控制模块的录波指令、后台控制模块的访问申请和管理故障录波数据；

双口RAM用于对录波数据进行临时存储；

以太网接口为存储模块与主控制模块以及后台控制模块的网络数据连接端口。

5.根据权利要求1所述的用于抽水蓄能机组的故障录波器，其特征在于，所述后台控制模块包括定值信息表存储单元，用于存储抽水蓄能机组的各运行工况所对应的定值信息。

6.根据权利要求5所述的用于抽水蓄能机组的故障录波器，其特征在于，所述定值信息可以根据不同需要进行人工修改。

7.根据权利要求1所述的用于抽水蓄能机组的故障录波器，其特征在于，所述后台控制模块通过以太网可以直接远距离访问所述存储模块。

8.根据权利要求1所述的用于抽水蓄能机组的故障录波器，其特征在于，应用于抽水蓄能电站发变组保护和故障分析领域。

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