针对变电站隔离开关智能I-O装置故障的软件分析.doc

《针对变电站隔离开关智能I-O装置故障的软件分析.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、针对变电站隔离开关智能I/O装置故障的软件分析针对变电站隔离开关智能I/O装置故障的软件分析　　基于虚拟仪表的理念和方法，参照Fluke示波表波形操作显示的方法完成了软件人机交互界面的设计。所设计的软件符合用户技术规范书的要求，并投入工程应用。　　1.引言　　隔离开关智能I/O装置是智能变电站的一种一次设备的智能组件，主要用于隔离开关工作状态的监控，并接收间隔层设备下达的命令控制隔离开关分合，监控操作机构储能电机的工作状态，一旦电机运行出现异常，立即切断电机操作电源，防止电机损坏，并记录电机异常时电机工作电压、电流等工作参数的波形数据。

2、电机故障后，还要利用装置记录的电机启动波形和故障波形数据定量分析故障原因，用于改进电机设计或为电机选型提供依据。　　根据与协作企业签订的技术规范书[1],课题组在完成装置本体设计的同时，还要完成储能电机故障波形分析软件设计，用于装置记录波形的后台分析显示。　　根据教育部推行的大学生创新创业训练计划，本创新训练团队选取上述项目中波形分析软件设计作为研究课题，完成软件需求分析、概要设计、编码调试、应用推广等方面的创新过程训练，并设计与实现了该软件项目的。　　2.需求分析　　根据本创新训练项目申报表提出的实施方案,本项目主要完成一种操作机构储

3、能电机启动和故障波形分析软件的设计与实现，其启动和故障波形由智能I/O装置实时运行过程中记录，并保存在装置的非易失性存储器中。为了实现对故障波形的分析显示，首先需要实现智能I/O装置的通信协议包，获取其采集和记录的波形数据；根据装置记录的波形信息的特点，需要设计相应的信息对象模型，对采集的数据信息进行管理、存储和访问操作；按照技术规范书的要求，选取傅里叶变换算法计算基波分量的有效值，并选用均方根算法计算交流信号的有效值；设计友好的人机交互界面，实现对所获取波形的显示、平移、放大/缩小等操作，为电机专业工程师分析故障原因提供直观的分析工具

4、。　　3.概要设计　　根据上述分析，本软件主要由人机交互界面、底层串行通信线程、Modbus协议软件包和数据对象访问操作等四部分组成，各部分的信息交互关系如图1所示。　　图1中各组成模块主要的访问操作和数据流向关系如下：操作人员通过用户界面发出通信请求后，相应的界面操作函数立即向通信线程发送指定的请求消息；通信线程收到消息后，调用Modbus协议包中的相应函数组织请求报文，并调用串口通信对象中的发送函数将请求命令发送给智能I/O装置；之后等待接收装置的响应报文，并调用解帧函数提取装置上报的信息，并将提取的数据保存到相应的数据对象之中。　

5、　　　4.软件设计　　4.1数据处理方法　　根据用户需求，在界面上显示马达工作的电压、电流的有效值，电压电流的直流分量和基波分量的有效值。智能I/O装置进行交流信号采样时，每周波采样24个点的数据。这里选用每周波24点采样的离散均方根算法和傅里叶变换算法[2]进行交流采样数据的处理，离散均方根算法的计算方法如式（1）、（2）所示：　　　　　　式中N=24为一周波内采样的点数，k表示第k次采样。　　傅里叶变换算法计算电压电流有效值的算法思想如下：假设交流电气信号的离散表示如式（3）所示：　　　　将一周采样的24个采样点代入公式（4）和（5

6、），计算得出Xs和Xc,再由Xs和Xc计算基波的有效值。　　4.2数据对象管理　　本软件需要管理的波形信息对象包括3个电机启动波形和8个故障波形。每个电机启动波形由750个周波的交流采样信号组成，每个故障波形由故障前30个周波和故障后20个周波，共计50个周波的交流采样信号组成。此外，本软件还需要管理电机运行参数对象。软件实现时，采用C++面向对象的信息模型对所获取的信息进行管理和访问操作，设计了三个类CProcessWaveData、CFaultWaveData和CConfigData分别对上述三种信息对象进行封装管理。为了方便起见，

7、3.1节选用的数据处理方法封装在前两个类中，用于波形信息的分析处理。每个类设计了专门的属性访问方法，用于通信协议包和人机交互界面模块访问信息对象中的数据。　　4.3Modbus通信协议包　　智能I/O装置采用Modbus协议[3,4]与便携式主机通信，将录波信息上传给主机。　　由于录波信息量大，Modbus协议的基本命令不支持此类详细的传送，为此智能I/O装置扩展了3条命令用于发送录波信息。　　其中2条命令分别用于传送启动波形和故障波形的概貌信息，1条命令用于传送交流采样信号的波形信息。　　由于Modbus协议报文通信的流程有比较严格的

8、时序要求，为了实现正常的报文通信，本文设计了一个专门的子线程用于实现底层Modbus报文交互。　　Modbus协议包主要实现报文发送/接收、组帧/解帧、通信出错检测等功能，其中组帧/解帧部分要与数据对象管理