基于COMTRADE录波文件的单端离线测距方法

王力+赵德基+刘裕桦

摘要：目前对COMTRADE文件的分析主要是绘制图形展示和进行谐波分析等。本文提出了使用计算机程序对COMTRADE文件中的数据进行提取分析，结合输电线路测距原理及算法，计算出故障距离的新思路。

关键词：COMTRADE文件；离线；单端测距

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0078-04

COMTRADE文件是IEEE在1991年提出的“电力系统瞬态数据交换的通用格式”标准，以解决微机测试装置、数字故障录波装置、数字保护之间数据交换问题，并在1999年进行了完善和修订。

输电线路故障测距是在线路发生故障时对故障数据进行分析，得到故障发生点至保护安装处的距离，从而能及时找到故障发生点，达到修复故障线路、保证输电的稳定性的目的，对电力系统的稳定经济运行有重要的意义。

目前对COMTRADE文件的分析主要包括图形绘制和谐波分析，本文使用计算机程序对COMTRADE文件中的数据进行提取分析，结合输电线路测距算法，计算出故障距离，不失为一种新的COMTRADE文件数据处理的新思路。

1 COMTRADE文件

COMTRADE文件由“标题文件（.HDR）”、“配置文件（.CFG）”、“数据文件（.DAT）”、“信息文件（.INF）”组成。其中“配置文件”和“数据文件”是必须的，“标题文件”和“信息文件”是可选的。

1.1 COMTRADE文件组成

由于1999版本的COMTRADE文件能兼容1991版本的文件，两者区别也仅在于配置文件中的变比和P/S标志说明，因此以下仅对1999版本的文件结构做介绍。COMTRADE包含标题文件、信息文件、配置文件和数据文件。

1.2 标题文件

标题文件中数据的目的是打印或者是供使用者阅读的。其中内容没有固定的格式，可以随意的包含任何信息。标题文件采用ASCII编码，使用“.HDR”后缀。是可选文件。

1.3 信息文件

信息文件是文件创建者给其他人提供的除有用信息之外的附加信息。内容没有固定格式。信息文件采用ASCII编码，使用“.INF”后缀，是可选文件。

1.4 配置文件

配置文件以ASCII格式编码，功能是为相应的DAT数据文件数据结构进行说明。配置文件中有固定的记录格式，在2.1节中有讲解。是必须文件。

1.5 数据文件

数据文件可以是ASCII编码或者Binary编码，数据存储格式需要严格按照配置文件中规定的格式填写。在2.1节中有具体说明。是必须文件。

2 COMTRADE文件结构

现仅对“配置文件”和“数据文件”文件结构进行说明。

2.1 配置文件

配置文件以”行”为单位进行数据交换，每一行的末尾以结尾，每行的数据以英文逗号分割，若对应的数据没有逗号也需要保留，且逗号间不能有空格。

配置文件统一格式如下所示：

station_name，rec_dev_id，rev_year

TT，##A，##D

An，ch_id，ph，ccbm，uu，a，b，skew，min，max，primary，secondary，PS

Dn，ch_id，ph，ccbm，y

Lf

nrates

samp，endsamp

dd/mm/yyyy，hh：mm：ss.ssssss

dd/mm/yyyy，hh：mm：ss.ssssss

ft

2.2 数据文件

COMTRADE数据文件有两种编码形式分别为“ASCII”和“Binary”，一般来说两种编码格式可以相互转换。

数据文件中包含采样点数、采样时间、模拟量通道值、数字量通道值。

2.2.1 ASCII编码

ASCII编码的数据文件以“逗号间隔格式”存储数据，每个完整数据之后用分隔。数据存储格式如下：

n， timestamp， A1， A2，…，Ak， D1， D2，…，Dm

含义如下：

n采样数。必须，整型，最小值1，最大值9999999999；

timestamp采样时间。整型，最小长度1，最大长度10。单位毫秒。

A1， A2，…，Ak 模拟通道数据，用逗号隔开。非必须，整型，最小值-99999，最大值99998。

D1， D2，…Dm 开关量通道数据，用逗号隔开。非必须，整型，長度为1字符，值为0或者1。

2.2.2 Binary编码

Binary编码的数据存储与ASCII编码相同的字段，有采样数、采样时间、模拟量通道数据、开关量通道数据。但是数据之间没有用逗号分隔，在每个完整数据之后也没有。

Binary数据文件采用LSB/MSB记录数据，也即是低字节放前面，高字节放后面。

数据存储格式如下：

n timestamp A1 A2…Ak S1 S2…Sm

含义如下：

n采样点数。长度4个字节，最小值是00000000，最大值是FFFFFFFF；

timestamp采样时间。长度4个字节，最小值是00000000，最大值是FFFFFFFF；

A1 A2...Ak模拟通道数值。长度2字节，最小值8001（-32767），最大值7FFF（32767），缺少的数据用8000填充，正数以原码表示，负数以补码表示；

S1 S2...Sm开关通道数值。长度2字节，每两个字节可以描绘16个通道的开关状态。状态保存时，低位在前，高位在后。例如六个通道的开关量状态为（0、0、0、0、1、1），将被储存为110000，用0补充高位成16位，则变为0000 0000 0011 0000，即00 30，然后采用LSB/MSB的DOS标准格式储存为30 00。

注：每个采样所占用的字节数为。其中4代表用于记录采样点数和采样时间的字节数，是模拟量通道数量，表示开关量通道数除以16之后上取整。

3 单端测距算法

3.1 单端测距原理

因为要分析的COMTRADE文件是单侧变电站提供的，因此本文采用的测距算法是单端量法。单相系统故障原理如图1所示。

假设端为测量端，则测量阻抗可表示为：

3.2 故障启动算法

故障启动主要是用来判断故障发生的时刻，使得启动程序开始运行。本文采用的是型如的算法，这种算法受频率变化较小[6]。

3.3 故障选相算法

在故障选相中主要有突变量电流选相和对称分量选相两种方法。突变量电流选相在故障初始阶段有较高的灵敏性，对称分量选相在非故障初始阶段也能保证较好的选相准确性[5]。为了计算方便，本文采用的是相电流差突变量选相算法。其流程如图2所示。

4 离线测距流程

离线测距流程思路主要是通过程序读取CFG文件配置，再读取DAT文件数据至计算机内存中，然后使用测距算法取得需要的数据进行测距计算。

其流程如图3所示。

5 离线测距结果与现场结果对比分析

通过分析两个电站主一主二保护提供的4份COMTRADE文件，使用“单电源法”和“双电源法”计算测距结果，对比结果如表1至表4。

通过以上表格数据可以发现，测距差最小的是0.899%，误差较大的是9.785%。误差较大的原因是因为算法使用的是COMTRADE文件中的数据，此数据受记录仪器影响较大，会引入仪器误差。但是若COMTRADE文件數据受影响较小，测距结果也相对准确。在实际中，在有些厂站保护不提供测距结果的时候也能提供较为准确的故障距离。

6 结语

本文通过分析电力系统数据交换COMTRADE文件格式，对其中数据进行读取，使用单端测距原理对记录的数据进行测距分析，提出了根据COMTRADE文件进行离线测距的新思路。根据离线分析的结果可以在现场保护装置没有给出测距结果的情况下给工程人员巡线检查参考。

本文使用单端测距算法计算出故障距离，通过本文的思路还可以使用其他的算法来对录波数据进行分析，得出多个测距结果，再使用计算机的数据处理能力对测距结果进行分析，得出更为准确的测距结果。

参考文献

[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理（增订版）[M].中国电力出版社，2004.

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[4]张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）[M].中国电力出版社，2010.

[5]许建安.电力系统微机继电保护（第二版）[M].中国水利水电出版社，2008.

[6]杨奇逊，黄少锋.微型机继电保护基础（第二版）[M].中国电力出版社，2005.

[7]张艳霞，李志果.基于单端电气量的故障测距算法[J].天津大学学报，Vol39，No.8，Aug2006，928-931.

[8]IEEE Std C37.111-1999， IEEE Standard Common Format for Transient Data Exchange （COMTRADE） for Power Systems[S].

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[10]Ivor Horton（著），苏正泉，李文娟（译）.Visual C++ 2010入门经典（第5版） [M].清华大学出版社，2010.endprint