保護動作報告及故障錄波圖的識別

保護動作報告及故障錄波圖的識別佛山供電局系統(tǒng)運行部黃國平

制2015年10月

課程開發(fā)者介紹課程開發(fā)者：黃國平工作單位：佛山供電局職稱：高級工程師、高級技師專家級別：一級郵箱：huanghuabing.g@163.com課程基本信息課程名稱保護動作錄波圖識別課程編碼課程類別A類適用序列變電技能序列適用班組繼保、運行授課方式演示法,講授法授課時長45.0考核方式現(xiàn)場實操,筆試認證時間課程開發(fā)專家黃國平課程評審專家課程目標學(xué)習(xí)故障錄波圖識別基本知識、判斷錄波圖數(shù)據(jù)是否合理。任務(wù)目標12闡述故障錄波圖識別方法，分析錄波圖數(shù)據(jù)及判斷故障的實例。知識目標引題電力系統(tǒng)中電力線路發(fā)生的故障類型有多種，如單相接地故障、兩相接地故障、兩相或三相短路故障等等。另外還斷線故障、相繼故障。其中單相接地故障發(fā)生概率最高。一、線路故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)二、母線故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)三、主變故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)目錄四、CT飽和波形及變壓器勵磁涌流分析基礎(chǔ)一、線路故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)二、母線故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)三、主變故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)目錄四、CT飽和波形及變壓器勵磁涌流分析基礎(chǔ)一、線路故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)依據(jù)線路發(fā)生故障后錄波圖錄得的信息、事件時間、電流、電壓的幅值及相位，判斷故障性質(zhì)。

某110kV線路區(qū)內(nèi)單相接地故障，如圖1-1所示，該110kV線路保護配置了RCS-941B保護裝置，該保護裝置配置有全線速動的縱聯(lián)距離、縱聯(lián)零序方向主保護及完善的距離保護、零序方向后備保護。

圖1-1110kV線路區(qū)內(nèi)單相接地故障示意圖

區(qū)內(nèi)單相接地故障錄波圖如圖1-2所示10以某110kV線路區(qū)內(nèi)單相接地故障錄波圖為例，識別線路故障發(fā)生后的信息、事件時間、電流、電壓的幅值及相位、故障性質(zhì)。

圖1-2區(qū)內(nèi)單相接地故障錄波圖（1）故障分析簡報測距、故障相別、故障相電流和零序電流。如圖中，測距2kM、故障相別為B相、故障相電流有效值和零序電流有效值均為5A。

變電站及線路名稱、裝置地址。如圖中，變電站為龍華站、線路名為XXX線，編號為1120、裝置地址為009、管理序號00040369、打印時間：10-05-1914:31

故障發(fā)生時保護的動作元件序號、啟動絕對時間和動作相對時間、動作相別、動作元件以及序號。如圖中，故障發(fā)生的動作序號為017；啟動絕對時間為2010-05-1519:56:01:164（2010年5月15日19時56分01秒164毫秒）；各保護元件動作相對時間（即以保護啟動時絕對時間為基準）為：序號01：縱聯(lián)零序方向元件在保護啟動后15ms動作。序號02：縱聯(lián)距離元件在保護啟動后23ms動作。序號03：距離I段在保護啟動后28ms動作。序號04：重合閘元件在保護啟動后923ms動作。序號05：距離加速元件在保護啟動后1240ms動作。啟動時開入量狀態(tài)。如圖中，高頻保護、距離保護、零序保護I段等保護在啟動時開入量狀態(tài)為1，表示相關(guān)保護功能壓板均投入；跳閘位置狀態(tài)為0，合閘位置狀態(tài)為1，表示斷路器在合閘位置。啟動后變位報告狀態(tài)。如圖中，如保護啟動后7ms收信由“0”變?yōu)椤?”、32ms合閘位置由

“1”變?yōu)椤?”、76ms跳閘位置由“0”變?yōu)椤?”、938ms跳閘位置又由“1”變?yōu)椤?”、989ms合閘位置又由

“0”變?yōu)椤?”、1108ms收信由“1”變?yōu)椤?”、1224ms收信由“0”變?yōu)椤?”、1257ms合閘位置又由

“1”變?yōu)椤?”、1301ms跳閘位置由

“0”變?yōu)椤?”、。（2）故障波形圖信息故障波形圖即整個故障過程中的各相電流、電壓有效值變化曲線以及開關(guān)量的變位情況。制定電流、電壓、時間比例尺及單位。如圖中，電壓標度U為45V/格（瞬時值）、電流標度I為4A/格（瞬時值）、時間標度T為20ms/格。（2）故障波形圖信息故障波形圖通道名稱。包括了啟動、發(fā)信、收信、跳閘、合閘共5個開關(guān)量通道及9個模擬量通道，其中I0為零序電流（實際為3I0），U0為零序電壓（實際為3U0），IA、IB、IC分別為A、B、C三相電流、UA、UB、UC分別為母線A、B、C三相電壓，UX為線路抽取電壓。（2）故障波形圖信息------時間縱坐標。如圖所示,錄波圖中均以故障發(fā)生保護啟動時刻為0ms計時，后續(xù)保護動作時間均是相對于啟動時刻的時間，如T=-40ms表示保護從啟動前40ms開始記錄數(shù)據(jù)（即前兩個周波），每格為40ms。（2）故障波形圖信息發(fā)信：大約在保護啟動2～3ms后發(fā)信，持續(xù)1074ms消失，1220ms(1140+80）合閘于故障時再次發(fā)信。

——啟動：B相模擬通道采集到故障電流時，保護在0ms時啟動。（2）故障波形圖信息

1、收信：大約在發(fā)信后4～5ms后保護收到對側(cè)信號。保護此時判斷為正方向區(qū)內(nèi)故障（相對于本站母線）1108ms消失，1224ms（1140+84）合閘于區(qū)內(nèi)故障時再次收信。

2、跳閘：保護判斷為正方向區(qū)內(nèi)故障后15ms動作出口跳斷路器，持續(xù)105ms（120-15）跳閘脈沖消失；1240ms（1140+100）合閘于區(qū)內(nèi)故障保護再次動作跳開斷路器。

3、合閘：當(dāng)保護動作出口跳斷路器后，在923ms重合閘動作，持續(xù)151ms合閘脈沖消失。（1074-923=151ms）（2）故障波形圖信息

因發(fā)生B相接地故障，出現(xiàn)零序電流、電壓分量直到故障被切除，持續(xù)約60ms；1200ms合閘于區(qū)內(nèi)B相故障時，再次出現(xiàn)零序電流、電壓分量，持續(xù)約60ms。

因發(fā)生B相接地故障，0ms啟動時B通道上有故障電流存在，持續(xù)60ms消失；1200ms合閘于區(qū)內(nèi)B相故障時，通道上又有故障電流存在，持續(xù)60ms消失。（2）故障波形圖信息

A、C相電流模擬通道IA、IC?；緸樨摵呻娏?，無故障電流存在。

A、C相電壓模擬通道UA、UC。A、C電壓在故障前后無變化。因發(fā)生B相接地故障，故障期間B相電壓明顯降低；1200ms合閘于區(qū)內(nèi)B相故障時，B相電壓又明顯降低（2）故障波形圖信息根據(jù)故障波形圖分析得知：第一個階段B相采集到故障電流，15ms后保護動作跳開斷路器以隔離故障，923ms時重合動作將斷路器合上；第二個階段系統(tǒng)電流、電壓恢復(fù)正常后持續(xù)126ms左右

(1200-1074）；第三個階段在1200ms合閘于區(qū)內(nèi)B相故障，40ms后保護動作再次跳開斷路器且不再重合（保護動作復(fù)歸后充電還需要10～15秒）。

（3）故障波形圖中讀取準確事件時間保護裝置根據(jù)開關(guān)量變位時刻給出了各事件發(fā)生的時間，有時并不十分準確：如斷路器跳開或合上時間，一般取決于斷路器輔助觸點動作時間，但斷路器輔助觸點與主觸頭并不精確同步，會有一定時差。因此需要從波形圖中直接讀取各事件的相對時間，通常以電流或電壓波形變化比較明顯的時刻為基準，讀取各事件發(fā)生的相對時間。因為電流變大和電壓變小時刻可較準確判斷為故障已發(fā)生；故障電流消失和電壓恢復(fù)正常的時刻可判斷為故障已切除。

（3）故障波形圖中讀取準確事件時間

A段---故障持續(xù)時間：故障持續(xù)時間為從電流變大、電壓降低開始到故障電流消失、電壓恢復(fù)正常的時間，故障持續(xù)時間為60ms。

B段----保護動作時間：保護動作時間是從故障開始到保護出口的時間，即從電流變大、電壓開始降低，到保護跳閘繼電器動作的時間，保護動作最快時間為15ms。

C段----斷路器跳閘時間：斷路器跳閘時間是從跳閘繼電器動作到故障電流消失的時間，斷路器跳閘時間為45ms。

（3）故障波形圖中讀取準確事件時間

D段----保護返回時間：保護返回時間是指故障電流消失時刻到跳閘繼電器返回的時間，保護返回時間約為30ms。

E段----重合閘動作時間：重合閘動作時間是從故障消失開始計時到發(fā)出重合命令的時間，圖中重合閘動作時間為862ms（922-60）。

F段----斷路器合閘時間：斷路器合閘時間是從重合閘繼電器動作到斷路器合閘成功，出現(xiàn)負荷電流的時間，斷路器合閘時間為218ms（1140-922）。

（3）故障波形圖中讀取準確事件時間將110kV線路區(qū)內(nèi)單相接地故障事件時間匯集在時間軸上

（4）故障波形中電流、電壓的幅值讀取根據(jù)故障波形圖，可計算出故障期間電流、電壓的幅值。如圖所示。B相故障，B相電流大幅增加，非故障A、C相電流在故障前后基本不變；B相電壓明顯降低，非故障A、C相電壓相位基本沒有變化。零序電流、電壓增大。

（4）故障波形中電流、電壓的幅值讀取故障電流計算方法：先找出IB通道上的故障電流波形兩邊的最高波峰在刻度標尺上的位置，計算在標尺截取格數(shù)除以2，再乘以電流標尺4.0A/格，最后除以就得到二次電流有效值，再乘以該間隔的TA變比，即得到一次電流有效值。

假設(shè)本間隔TA變比為1200/1，則B相短路的一次電流：IkB=[（總格*電流標度I）/（2*）]×變比=[（3.8×4）/（2*）]*1200/1=6450(A)零序電流的計算方法與IkB相同，需要說明的是實際計算出的是3I0。

（4）故障波形中電流、電壓的幅值讀取故障電壓計算方法：先找出IB通道上的故障電壓波形兩邊的最低波峰在刻度標尺上的位置，計算在標尺截取格數(shù)除以2，再乘以電壓標尺45V/格，最后除以就得到二次電壓有效值，再乘以該間隔的母線PT變比，即得到一次電壓有效值。

假設(shè)本間隔母線PT變比為1100/1，則B相短路的一次電壓：UkB=[（總格*電壓標度U）/（2*）]×變比=[（2×45）/（2*）]*1100/1=35(kV)，故障時電壓降計算U=110-35=75(kV)，零序電壓的計算方法與UkB相同，需要說明的是實際計算出的是3U0。

（5）故障波形圖中電流、電壓相位的讀取區(qū)內(nèi)單相接地故障電流、電壓相位如圖所示。圖中以故障出現(xiàn)時的電壓、電流波形過零點的時間差來測量故障相電壓、相電流及零序電壓、零序電流的相位，判斷保護是否正確動作。

（5）故障波形圖中電流、電壓相位的讀取以電壓為參考，若電流過零時間滯后于電壓過零時間，若波形不在同一側(cè)，則電流滯后電壓；若波形在同一側(cè)，則電流超前電壓。如圖中的B相電流過零點滯后B相電壓過零點約4ms，且波形不在同一側(cè)，相當(dāng)于B相電流滯后B相電壓約18°×4=72°，由此可以判斷故障發(fā)生在正方向（相對于本站母線），且金屬性接地故障。若實測相電流超前相電壓110°左右，則表明是反向故障，相量圖。

360°/20ms=18°，即每ms對應(yīng)的角度為18°

小結(jié)上述僅以線路區(qū)內(nèi)B相單相接地故障保護動作故障波形識別為例說明，A、C相識別方法類似。綜上所述，歸納單相接地故障時電流、電壓量、開關(guān)量特征如下：①：故障相電流增大、電壓降低；同時出現(xiàn)零序電壓、零序電流；②：故障相電壓超前故障相電流約70°；零序電流超前零序電壓約110°；

③：零序電流相位與故障相電流相位相同，零序電壓相位與故障相電壓相位相反；④：保護開關(guān)量變?yōu)橄鄤e與故障相別一致，保護啟動、跳閘、重合閘、通道交換信息與保護動作情況一致。

思考：線路相間短路故障時保護動作情況的分析線路單相（A相）接地故障電流、母線電壓相量圖及錄波圖線路相間（BC）短路故障電流、母線電壓相量圖及錄波圖線路相間（BC）接地短路故障電流、母線電壓相量圖及錄波圖一、線路故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)二、母線故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)三、主變故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)目錄四、CT飽和波形及變壓器勵磁涌流分析基礎(chǔ)母線的作用及引起故障的原因母線是發(fā)電廠和變電站重要組成部分之一。母線又稱匯流排，是匯集電能及分配電能的重要設(shè)備。母線上連接有變壓器、出線、電壓互感器及電流互感器等多種元件。運行實踐表明：在眾多連接元件中，由于絕緣老化，污穢引起的閃絡(luò)接地故障和雷擊造成的短路故障次數(shù)較多；母線電壓互感器、電流互感器的故障，運行人員帶負荷拉隔離開關(guān)，帶接地線合斷路器的誤操作事故也時有發(fā)生。在實際生產(chǎn)運行中母線故障主要以單相接地故障為主，相間短路故障也時有發(fā)生。對于母線保護而言區(qū)分區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障尤其重要。本節(jié)以單相接地故障為例講解母線區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障時保護動作錄波形圖識別方法，其它短路故障分析同理，區(qū)別在于故障電流、電壓的變化特征不同。以RCS-915系列母差保護為例。

1M母線區(qū)內(nèi)單相故障保護動作分析

如圖所示。以某雙母線接線變電站的1M母線A相接地為例講解母線故障時錄波圖的識別方法。1M母線區(qū)內(nèi)單相故障保護動作分析故障前0001與（0002、0020同向）A相電流反向，負荷電流從IM流向IIM。

故障后0001A相電流增大但方向不變，而0002與0020A相電流增大且方向翻轉(zhuǎn)180°，并與0001同向，短路電流均流向IM。

1M母線區(qū)內(nèi)單相故障保護動作分析差動量通道：大差DIA的A相通道中有突變差流存在并持續(xù)60ms；同時1M小差DIA1的A相通道中有突變差流存在并持續(xù)60ms，并與DIA大差A(yù)相通道中的突變電流相位相同。以上說明故障時母差保護大差元件和1M小差元件均感受到差流，UA1、UA2電壓明顯降低，滿足母差保護動作條件：母差保護大、小差元件動作且電壓閉鎖開放。

1M母線區(qū)內(nèi)單相故障保護動作分析開關(guān)量通道從波形圖可知：開關(guān)量1（代表母差跳ⅠM）在故障發(fā)生3-5ms后有突變，即工頻變化量差動保護跳1M上的所有間隔（含母聯(lián)6和分段5）；上述開關(guān)量變位說明保護有動作出口現(xiàn)象。

小結(jié)（1）、從0001、0002中看出故障時電流方向相同，均流向故障點，方向相同進一步說明故障為區(qū)內(nèi)故障。再結(jié)合0020可以看出故障前負荷電流從1M母線流向2M母線。結(jié)合開關(guān)量通道、差動量通道、電壓通道、電流通道綜合分析得知本次故障為1M母線區(qū)內(nèi)A相故障，故障持續(xù)時間為60ms,保護正確動作。（2）、同理分析II母故障

思考：BP-2B型母線區(qū)內(nèi)A相故障時保護動作情況的分析思考：請根據(jù)錄波圖分析母線發(fā)生了什么故障？分析母差保護的動作情況，保護動作是否正確？一、線路故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)二、母線故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)三、主變故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)目錄四、CT飽和波形及變壓器勵磁涌流分析基礎(chǔ)線路保護的配置主變的作用及引起故障的原因變壓器是將不同電壓等級的系統(tǒng)聯(lián)系起來的電壓轉(zhuǎn)換設(shè)備，是電力系統(tǒng)中的一個重要電氣設(shè)備之一。它的功能是把一種電壓等級的電能轉(zhuǎn)換為另一種電壓等級的電能。變壓器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，其主要組成部分是鐵芯和繞組。變壓器的故障可分為內(nèi)部故障和外部故障。內(nèi)部故障是指箱殼內(nèi)部發(fā)生的故障，如繞組相間、匝間短路，繞組與鐵芯間的短路等。外部故障是指箱殼外部引出線間的各種相間和接地短路故障。針對這些故障，電力系統(tǒng)中運行的變壓器均裝設(shè)了能靈敏反映油箱內(nèi)部故障的非電量保護和主要反映繞組相間及接地短路、短路匝數(shù)較多的匝間短路等故障的縱差保護（含比率制動差動保護、差動速斷保護等）。

線路保護的配置主變變高側(cè)發(fā)生區(qū)內(nèi)單相接地故障如圖所示。某220kVY/△-11變壓器變高側(cè)發(fā)生區(qū)內(nèi)A相接地短路。主變變高側(cè)發(fā)生A相接地故障電流向量圖變高側(cè)只有A相有故障電流變低側(cè)A、C相均有故障電流，且方向相反主變變高側(cè)發(fā)生A相錄波圖開關(guān)量通道：開關(guān)量QD在故障發(fā)生10ms前有突變，即保護啟動；開關(guān)量TZ在故障發(fā)生4-5ms后有突變，即為保護動作開出，說明保護有動作出口現(xiàn)象，41ms后均消失。

電流量通道：IHa、IMa在50ms有突變，

IHa電流增大方向不變，IMa電流增大方向翻轉(zhuǎn)180°后與IHa同向，B、C相通道中大小和方向均未發(fā)生變化，持續(xù)41ms后均消失。

電壓量通道：UHa、UMa在50ms有突變，電壓明顯減小，B、C相整個過程均沒變化，持續(xù)41ms后均消失。

主變變高側(cè)發(fā)生A相錄波圖電流量通道：由于該主變差動保護采用Y向?進行相位調(diào)整，對?側(cè)電流而言存在右圖關(guān)系：因此，當(dāng)高壓側(cè)區(qū)內(nèi)發(fā)生A相接地短路時，變低A相和C相均有電流，且相位相反，持續(xù)41ms后均消失。

圖中，故障前變高和變中電流方向相反，故障后方向相同；故障電流均流向故障點，證明故障為區(qū)內(nèi)故障，均由極性端流向非極性（TA極性均靠母線側(cè)）。結(jié)合各通道綜合分析，保護正確動作。

請思考：主變變高側(cè)發(fā)生A相接地短路，

?向Y進行相位調(diào)整的錄波情況高壓側(cè)（即Y側(cè))進行相位調(diào)整后的電流計算公式，A相短路電流的大小為：（2/3）IAH，B、C相短路電流為：（-1/3）IAH。

低壓側(cè)（即?側(cè)）進行相位調(diào)整后的電流計算公式，a相短路電流的大小是(1/√3)Iah、b相短路電流的大小是(-1/√3)Iah，a、b相短路電流大小相等、方向相反。

Y側(cè)?側(cè)主變變高側(cè)發(fā)生AB相短路高、低側(cè)電流相量圖高壓側(cè)電流：C相短路電流為零，A、B相短路電流大小相等，方向相反。

低壓側(cè)電流：a相短路電流的大小是b、c相短路電流的兩倍，并與b、c相短路電流的方向相反，b、c相短路電流方向相同。

主變變高側(cè)發(fā)生AB相短路高、低側(cè)電壓相量圖低壓側(cè)電壓：a相短路電壓為零；b、c相短路電壓大小相等、方向相反.

高壓側(cè)電壓：C相短路電壓為正常電壓；A、B相短路電壓大小相等、方向相同且為C相電壓的一半，并與C相相反。

主變變低側(cè)發(fā)生AB相短路高、低側(cè)電流相量圖低壓側(cè)電流：c相短路電流為零，a、b相短路電流大小相等，方向相反。

高壓側(cè)電流：B相短路電流的大小是A、C相短路電流的兩倍，并與A、C相電流的方向相反，A、C相電流方向相同。

主變變低側(cè)發(fā)生AB相短路高、低側(cè)電壓相量圖高壓側(cè)電壓：B相短路電壓為零；A、C相短路電壓大小相等、方向相反.

低壓側(cè)電壓：c相短路電壓為正常電壓；a、b相短路電壓大小相等、方向相同且為c相電壓的一半，并與c相相反。

思考：請根據(jù)錄波圖分析主變發(fā)生了什么故障？分析主變保護的動作情況，保護動作是否正確？思考：請根據(jù)錄波圖分析主變發(fā)生了什么故障？一、線路故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)二、母線故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)三、主變故障保護動作錄波圖分析基礎(chǔ)目錄四、CT飽和波形及變壓器勵磁涌流分析基礎(chǔ)CT飽和電流波形圖及采取的措施1、

限制短路電流；2、

增大保護級CT的變比；3、減小二次負載,并使各側(cè)二次負載匹配；4、采用抗飽和