基于微机继电保护装置的故障重演方法 【技术领域】
本发明涉及机电故障重演技术，特别是涉及一种基于微机继电保护装置的故障重演方法的技术。
背景技术
电力系统中发生的故障都具有一过性，即不存在2次完全相同的故障，也不可能利用现有的技术手段百分之百的重现一次故障。虽然随着现代数字仿真技术的进步，利用高精度的数字录波设备和继电保护试验仪，可以将故障时的模拟量(主要指电压互感器的二次侧电压和电流互感器的二次侧电流)和数字量(主要指断路器的分合状态)还原，并以此来检验继电保护装置的动作过程是否正确，但这种方法存在以下局限性：
首先，安装继电保护装置的现场必须安装高精度的数字录波设备，这对于35KV及以下的电力系统中往往是难以做到的。而且要在故障现场重现故障还必须提供具有波形回放功能的继电保护试验仪，这对于处在偏远地区的供电站来说，需要花费不小的人力、物力和时间。
其次，电力系统的一次故障，往往会引起继电保护装置一系列的连续动作。例如，输电线路的一次永久性的短路故障，继电保护装置会因为过电流而跳闸，然后重合闸动作，由于是永久性的短路故障，重合闸后又会有短路电流产生，因此继电保护装置的后加速保护动作并跳闸，接着二次重合闸动作，然后再跳闸，整个过程需要持续几秒到几十秒。但是，数字录波设备基于成本考虑，一般都不具备大容量的高速存储器，这就意味着其录波时间不可能很长，最多只能维持几秒钟的时间，因此数字录波设备无法完整记录一次复杂的故障过程。
再次，采用数字录波设备和继电保护试验仪的方式进行故障重演，实际的故障信号是经过数字录波设备的采样和继电保护试验仪的信号放大，然后再进入继电保护装置的，与故障信号直接进入继电保护装置相比多了2个环节，因此不可避免的会引起信号失真。也就是说，采用这种方式进行故障重演，其还原出来的故障信号与继电保护装置采集的实际故障信号相比，是不可能百分之百的相同的。这样当故障信号处于保护动作范围的边界时，如果继电保护装置的动作行为与预设的行为不一致时，就无法确定是继电保护装置的信号采集系统的原因，还是装置的保护动作逻辑的原因。
【发明内容】
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种低成本的，能反复进行多次重演的，操作简单、安全的，能重演复杂故障的，不受软、硬件平台限制的基于微机继电保护装置的故障重演方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种基于微机继电保护装置的故障重演方法，其特征在于，方法的步骤包括：
1)满足故障录波功能的要求：
A)使故障录波的数据格式符合IEC 60255-24：2001的标准；
B)只需记录故障前和故障后地几个周波(电力系统的电压、电流信号都呈周期性变化，通常我们称一个周期的波形为一个周波)即可；
C)除了记录故障信号外，还要记录继电保护装置在故障录波启动的瞬间的运行状态，包括重要的数据指针、保护逻辑元件的变量值等；
2)在继电保护装置的液晶界面上增加启动故障重演的人机界面，其作用主要是选择需要重演的故障和进行必要的设置。
3)采样切换技术，包括以下三部分组成：
A)重演初始化过程，由重演模式取代正常运行模式，包括由重演模式控制数据采集中断，设置采样周期，记录装置当前的运行状态，将装置的运行状态还原成故障录波启动瞬间的状态；
B)重演进行过程，以指定的故障录波数据代替装置正常运行时采集的数据来进行继电保护逻辑判断。
C)重演恢复过程，重演结束后，从重演状态恢复到正常运行状态，包括采样数据缓冲区的恢复，采样周期的恢复，装置运行状态的恢复；
4)稳态信号延拓和信号拼接技术：在整个重演过程中，将多段不连续的录波数据拼接成一次完整地故障数据；
5)装置能够以串口或以太网通讯的方式，接受外来的符合IEC 60255-24：2001标准的录波数据来进行故障重演。
进一步的，在所述的步骤1)B)中，启动录波的条件要求灵敏和多样化；利用电压、电流的突变量来启动录波以实现录波的灵敏性；当电力系统的断路器或刀闸的分合状态发生改变时，启动录波，以实现录波的多样化。
进一步的，在所述的步骤2)中，能在液晶界面上设置在故障重演时禁止或允许继电保护装置操作断路器。
进一步的，在所述的步骤3)B)中，在进行故障重演过程中，使用软件调试器，以在重演的任意时刻设置断点，获取该断面的继电保护逻辑判断的结果，以检验继电保护逻辑是否正确。
进一步的，在所述的步骤4)中，信号拼接技术是：由于录波数据的每个数据采集点都带有时标，因此当将稳态信号延拓至下一段录波数据的起点时刻时，自动调入下一段录波数据。
进一步的，在所述的步骤4)中，稳态信号延拓技术：只要将最后一个周波的数据反复重演就能维持故障后稳态。
本发明提供的基于微机继电保护装置的故障重演方法的有益效果：
1)无需增加额外的设备，利用继电保护装置自身就能实现故障重演功能；
2)对于历时较长的复杂故障也能进行故障重演；
3)由于用于故障重演的录波数据就是装置自己采集的，因此对于一次故障可以反复进行多次重演，而且每次重演使用的故障数据都与实际故障时继电保护装置采集到的故障数据百分之百的相同；
4)操作简单、安全，在继电保护装置的液晶界面上就能完成；
5)该方法使用所有具有故障录波功能的微机型继电保护装置，对软、硬件的要求低，不受软、硬件平台的限制。
【具体实施方式】
以下对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。
本发明实施例所提供的一种基于微机继电保护装置的故障重演方法，其特点是故障重演方法的步骤包括：
1)进行故障重演的前提是必须就有故障录波的功能，这对于现在的微机型继电保护来说基本上都具备，但是为了能够尽可能地还原故障发生时刻继电保护装置的运行状态，要求的故障录波功能必须满足以下要求：
A)故障录波的数据格式应符合IEC 60255-24：2001的标准，该标准是国际上为故障录波设置的统一标准，符合该标准不仅有利于数据的通用性，更重要的是，它规定每个数据采集点都应带有时标，这为下面将要提到的波形拼接提供了前提。
B)由于装置内部的存储空间有限，所以每段录波的时间不需要太长，只需记录故障前和故障后的几个周波(电力系统的电压、电流信号都呈周期性变化，通常我们称一个周期的波形为一个周波)即可，但是要求启动录波的条件要灵敏和多样化，确保电力系统每一次的状态变化都能记录下有效波形。为解决灵敏性问题，利用电压、电流的突变量来启动录波；而录波条件的多样化是指即使没有故障，当电力系统的断路器或刀闸的分合状态发生改变时，也要启动录波，这样就能保证类似重合闸成功之类的动作，都能有波形记录。
C)为了能够尽可能地还原故障发生时刻继电保护装置的运行状态，除了记录故障信号外，还要记录继电保护装置在故障录波启动的瞬间的运行状态，包括重要的数据指针、保护逻辑元件的变量值等。
2)在继电保护装置的液晶界面上增加启动故障重演的人机界面，其作用主要是选择需要重演的故障和进行必要的设置。例如，可在液晶界面上设置在故障重演时是否禁止继电保护装置操作断路器，其目的是：一般情况下，出于安全性考虑，禁止正在故障重演的继电保护装置操作断路器；但是当试验现场缺少继电保护试验仪，又要试验在故障情况下断路器的传动机构是否正常，这时可以利用正在故障重演的继电保护装置来操作断路器(因为重演时装置会检测到故障，从而发出跳闸指令以驱动传动机构)，以验证断路器的传动机构是否正常。
3)采样切换技术。有了故障录波数据和启动故障重演的人机界面，就可以启动一次故障重演，但必须要有一种技术使继电保护装置从正常的运行状态进入到重演状态，在重演结束后又能从重演状态恢复到正常运行状态，称这种技术为采样切换技术。该技术有以下三部分组成：
A)重演初始化过程。该过程是指接收到重演指令后，由重演模式取代正常运行模式，包括由重演模式控制数据采集中断，设置采样周期，记录装置当前的运行状态，将装置的运行状态还原成故障录波启动瞬间的状态；
B)重演进行过程。该过程是指以指定的故障录波数据代替装置正常运行时采集的数据来进行继电保护逻辑判断。此外，在进行故障重演过程中，使用软件调试器，可以在重演的任意时刻设置断点，获取该断面的继电保护逻辑判断的结果，以检验继电保护逻辑是否正确。对于历时较长的复杂故障，该过程还需要稳态信号延拓和信号拼接技术以保证故障过程的完整性。
C)重演恢复过程。该过程是指重演结束后，从重演状态恢复到正常运行状态，包括采样数据缓冲区的恢复，采样周期的恢复，装置运行状态的恢复。
4)稳态信号延拓和信号拼接技术。对于历时较长的复杂故障，继电保护装置记录的是电力系统每一次状态变化时的录波数据，因此在整个重演过程中，必须将多段不连续的录波数据拼接成一次完整地故障数据，称这种技术为稳态信号延拓和信号拼接技术。稳态信号延拓的依据是电力系统故障的暂态过程一般都只有3到8个周波，因此只要每段录波记录的故障后周波数大于8，我们就可以认为每段录波记录的最后一个周波的数据已经是故障后的稳态数据，而电力系统的稳态都具有周期性重复的特性，因此只要将最后一个周波的数据反复重演就能维持故障后稳态，这就是稳态信号延拓技术。上文已经提到录波数据的每个数据采集点都带有时标，因此当将稳态信号延拓至下一段录波数据的起点时刻时，自动调入下一段录波数据，这样就完成了信号的拼接。
5)装置能够以串口或以太网通讯的方式，接受外来的符合IEC 60255-24：2001标准的录波数据来进行故障重演，但由于缺少继电保护装置在故障录波启动的瞬间的运行状态，因此继电保护装置的动作行为可能与实际故障时有所不同，主要表现在继电动作的时刻可能会有毫秒级的误差等，但这种误差在绝大多数情况下并不影响检验继电保护逻辑的准确性。