電力系統(tǒng)故障模擬微機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)策略探究

王 振 段銀環(huán)

（1.昌吉供電公司 運(yùn)維檢修部變電二次檢修一班，新疆 昌吉831100；2.昌吉供電公司 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所,新疆 昌吉831100）

0 前言

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷提升，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)對(duì)于電力的需求日益增大，并且由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡的現(xiàn)狀，造成常常會(huì)出現(xiàn)較長(zhǎng)距離的電力資源輸送工程， 換句話說就是高壓線路和超高壓線路越來越多，因此對(duì)于高壓輸電線路和超高壓輸電線路的檢測(cè)工作就顯得尤為重要。 在日常的檢測(cè)中，通常需要記錄高壓輸電線路空載和負(fù)載時(shí)所產(chǎn)生的現(xiàn)象，并且要及時(shí)記錄出現(xiàn)故障時(shí)的電力量，用此來檢測(cè)高壓輸電線路和超高壓輸電線路的繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)檢測(cè)裝置的是否正常工作。 再者，電力資源是國(guó)家發(fā)展的重要資源，尤其是高壓設(shè)備，不能出現(xiàn)短路或者其他事故， 否則會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來嚴(yán)重的挫傷。 因此故障模擬系統(tǒng)就顯得尤為重要，電力系統(tǒng)故障模擬系統(tǒng)能夠有效的解決高壓線路檢測(cè)工作不容易操作的難題，通過動(dòng)態(tài)的微機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)于電路上產(chǎn)生的各種暫態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于故障的防范和處理。

1 故障控制與分析系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

1）硬件系統(tǒng)主要微型計(jì)算機(jī)、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備組成。 其中輸入設(shè)備是由可以進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的調(diào)理板組成，外來信號(hào)經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置輸入到中央控制系統(tǒng)即監(jiān)控計(jì)算機(jī)，然后通過可編程控制器也就是PCL 實(shí)現(xiàn)對(duì)電路故障的控制， 通過輸出設(shè)備中的顯示器和打印設(shè)備可以將故障處理的過程顯示出來。中央計(jì)算機(jī)主要作用就是完成模擬系統(tǒng)的線路組成、 錄波數(shù)據(jù)的整理、 故障數(shù)據(jù)的波形分析及處理。PCL 可編程控制器主要是輔助中央計(jì)算機(jī)對(duì)故障進(jìn)行檢測(cè)和控制，PCL 可以根據(jù)從計(jì)算機(jī)中輸出的故障信號(hào)進(jìn)行故障要素的設(shè)定，比如故障線路、故障類型等等。 信號(hào)轉(zhuǎn)化器的主要作用就是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠識(shí)別的電信號(hào)，具體來說是電壓信號(hào)。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，斗會(huì)在信號(hào)轉(zhuǎn)化器上設(shè)計(jì)一個(gè)抗干擾的電路，主要是起保護(hù)的作用。 轉(zhuǎn)化器主要是A/D 轉(zhuǎn)換器和D/A 轉(zhuǎn)換器組成。

2 故障控制與分析系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

現(xiàn)階段電力系統(tǒng)故障模擬微機(jī)控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)大部分選用微軟的3.2 應(yīng)用平臺(tái)，通過LABVIEW 軟件為工具進(jìn)行開發(fā)研究。此工具軟件主要是通過對(duì)于數(shù)據(jù)的采集和處理實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制，與傳統(tǒng)的編程工具軟件不同，LabVIEW 通過圖形將編程語言擴(kuò)充到了可視范圍，操作更為簡(jiǎn)便，功能更加完善和強(qiáng)大，電路系統(tǒng)的故障控制和分析完全可以通過利用此工具軟件在客戶端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的整理和處理等各個(gè)方面的需求。故障控制與處理系統(tǒng)的軟件部分主要包括系統(tǒng)初始化、簡(jiǎn)單及復(fù)雜故障設(shè)置、參數(shù)處理及錄波分析幾部分組成。 其中，系統(tǒng)初始化模塊的主要作用就是完成接入設(shè)備的數(shù)據(jù)初始化、人工操作界面的初始化及設(shè)備原有參數(shù)的初始化設(shè)定功能。

1）對(duì)于故障控制系統(tǒng)而言，最重要的莫過于故障控制模塊。 故障控制模塊主要包括簡(jiǎn)單的故障設(shè)置與故障重復(fù)檢測(cè)模塊，其作用主要是通過既定程序?qū)δM電路進(jìn)行簡(jiǎn)單的故障排查及檢測(cè)。人工可以通過外接設(shè)備比如鍵盤等實(shí)現(xiàn)對(duì)故障控制電路的控制，通過鼠標(biāo)選擇較為重要的故障頻發(fā)點(diǎn)，即線路的初始位置、中間位置和線路的尾端。故障控制系統(tǒng)內(nèi)存有日常經(jīng)驗(yàn)積累的十余種故障線路數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生故障，故障控制系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)故障數(shù)據(jù)與現(xiàn)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而判斷出故障類型和故障產(chǎn)生的位置。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主線路板上故障線路會(huì)出現(xiàn)顏色變化，進(jìn)而提醒操作人員及時(shí)進(jìn)行處理。此時(shí)，中央計(jì)算機(jī)也會(huì)同時(shí)向可編程控制器發(fā)出指令，可編程控制器就會(huì)根據(jù)中央處理器發(fā)出的指令進(jìn)行故障控制， 比如設(shè)定故障檢修的具體步驟，待中央處理器發(fā)出故障維修開始的指令后，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電路系統(tǒng)故障的控制。

2）參數(shù)模塊主要是控制整個(gè)模擬微機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參數(shù)，比如波形的長(zhǎng)度和電壓、電流數(shù)據(jù)等。 模擬微機(jī)控制系統(tǒng)的頻率可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行微調(diào)，通常情況下不能超過500ks/s，對(duì)于錄波的長(zhǎng)度可以根據(jù)具體的頻率進(jìn)行變動(dòng)， 一般都會(huì)先錄取一段時(shí)間的正常數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生故障，操作人員可以通過事先錄好的波形進(jìn)行參考，根據(jù)電壓與電流的變化才調(diào)整相關(guān)技術(shù)參數(shù)。參數(shù)模塊與錄波模塊是相互依存的關(guān)系，錄波模塊的主要功能是對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)然后通過示波器顯示出來，并自動(dòng)完成對(duì)波形的分析處理。 現(xiàn)階段故障控制系統(tǒng)有外部信號(hào)刺激啟動(dòng)和按鍵控制兩種開啟方式，錄波功能開啟后，中央計(jì)算機(jī)會(huì)想可編程控制器發(fā)出故障啟動(dòng)指令，可編程控制器按照既定程序進(jìn)行故障處理和模擬故障。中央計(jì)算機(jī)按照基礎(chǔ)頻率及錄波來分析故障數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過示波器顯示出來，從而實(shí)現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，錄波模塊由波形分析與頻譜分析模塊組成，其中波形分析模塊主要是將各種數(shù)據(jù)傳送到示波器窗口，方便人工對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，頻譜分析模塊主要是負(fù)責(zé)分析諧波的功率譜和相關(guān)數(shù)據(jù)。 微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要作用就是模擬系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的參數(shù)， 包括對(duì)于數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示等。 其主要元件還是中央計(jì)算機(jī)，在工業(yè)上通常是采用采集卡來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理。

3 國(guó)內(nèi)電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展概述

3.1 電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度的自動(dòng)化建設(shè)

在電網(wǎng)調(diào)度的自動(dòng)化控制中， 首先要對(duì)電網(wǎng)的靜態(tài)運(yùn)行進(jìn)行分析，并通過對(duì)電網(wǎng)調(diào)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真來檢驗(yàn)其靜態(tài)運(yùn)行的效果，通過對(duì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的仿真模擬， 進(jìn)一步保障了電力資源的優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)了電廠電力的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。 多年來我國(guó)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展，使得其在自動(dòng)化建設(shè)的理論和實(shí)踐中都取得了多項(xiàng)發(fā)展成果，為我國(guó)的電力系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)作出了突出貢獻(xiàn)，也逐漸成為我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)中的重要組成部分。 在當(dāng)下電網(wǎng)建設(shè)尤其是自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)中，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的自動(dòng)化有效保障了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，使得我國(guó)的電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展能夠達(dá)到國(guó)際化發(fā)展水平，并在國(guó)家各級(jí)電力部門及政府的科學(xué)調(diào)配下進(jìn)一步完善調(diào)度機(jī)制，為我國(guó)的電力系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展奠定電網(wǎng)調(diào)度的穩(wěn)固基礎(chǔ)。

3.2 火力發(fā)電廠電力系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)

我國(guó)大量的煤炭?jī)?chǔ)備促進(jìn)了火力發(fā)電站的發(fā)展，在火力發(fā)電廠的發(fā)展進(jìn)程中， 科學(xué)技術(shù)的有效利用使得電力系統(tǒng)在建設(shè)中不斷完善。在火力發(fā)電廠的發(fā)展中，電力設(shè)備由最初的人工操作，發(fā)展至現(xiàn)代化電力系統(tǒng)的自動(dòng)化控制， 科學(xué)技術(shù)在其中的推動(dòng)作用是不可或缺的。當(dāng)下我國(guó)的火力發(fā)電廠電力的供給主要是通過大型火力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化運(yùn)行得以實(shí)現(xiàn)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電機(jī)工作過程的有效控制，通過加強(qiáng)發(fā)電機(jī)組之間的系統(tǒng)耦合，實(shí)現(xiàn)對(duì)火力發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)一步調(diào)控。 在火力發(fā)電站的自動(dòng)化電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的單元機(jī)組能夠在自動(dòng)化控制下完成機(jī)組的發(fā)電操作，機(jī)組的自動(dòng)化控制還能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)維護(hù)與檢修，保證發(fā)電機(jī)組正常的電力供給。

4 總結(jié)語

電力系統(tǒng)故障模擬微機(jī)控制系統(tǒng)通過簡(jiǎn)單的電子元件就能實(shí)現(xiàn)對(duì)電力故障的模擬和監(jiān)測(cè)，具有成本低操作簡(jiǎn)便的先天優(yōu)勢(shì)，而且整個(gè)過程安全。利用實(shí)驗(yàn)處理不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和基本的物理現(xiàn)象，還能通過在模擬電路中設(shè)置各種故障，來觀察故障發(fā)生時(shí)線路各點(diǎn)的具體數(shù)據(jù)，電力系統(tǒng)故障模擬微機(jī)控制系統(tǒng)符合當(dāng)下各種繼電保護(hù)裝置的實(shí)際需求。

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