故障錄波與動(dòng)作分析

故障錄波與動(dòng)作分析

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)規(guī)模不斷增強(qiáng)，電力系統(tǒng)因故障而停止供電，不僅影響生產(chǎn)，也危及電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。盡快了解故障前及故障時(shí)的全過程，判斷事故性質(zhì)，最有效、最直接的途徑是快速讀懂故障錄波圖來了解這個(gè)過程，了解故障過程中電流、電壓幅值和相位，故障性質(zhì)、故障的持續(xù)時(shí)間，以及保護(hù)、斷路器的動(dòng)作時(shí)間等信息。

本次學(xué)習(xí)主要目的是：

1、了解故障錄波原理及作用；

2、了解故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法；

3、了解分析故障錄波的基本方法。

概述

一、故障錄波

1.1故障錄波器工作原理

故障錄波器是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)、準(zhǔn)確記錄故障前、后過程中電氣量和非電氣量以及開關(guān)量的自動(dòng)記錄裝置。

電力系統(tǒng)的各種故障信息是通過故障錄波器及事件記錄(SOE，Seriesofevent)記錄的。變電站采用的微機(jī)保護(hù)和微機(jī)故障錄波器由故障啟動(dòng)，具有信息數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)分析及波形輸出等功能。啟動(dòng)是靠故障特征明顯的電氣量，有電流、電壓突變量;電流、電壓越限;頻率變化量及開關(guān)量等。

采集到的信息數(shù)據(jù)要盡可能保持故障信息完整性和實(shí)時(shí)性，一般不作濾波處理。記錄的數(shù)據(jù)有兩類，電流、電壓瞬時(shí)值的交變信號(hào)和反映正負(fù)躍變的開關(guān)量信號(hào)。

一、故障錄波

為了幫助故障分析，還“記憶”了故障前一段時(shí)間的電流電壓量。反映電流、電壓變化的瞬時(shí)值波形及反映電位變化的開關(guān)量都相對(duì)同一時(shí)標(biāo)繪制。

輸出部分包括簡(jiǎn)要分析報(bào)告、重要故障信息數(shù)據(jù)及故障全過程波形圖。輸出波形的幅度可根據(jù)顯示和打印輸出的需要設(shè)定。

總的來說，故障錄波器通過記錄和監(jiān)視系統(tǒng)中模擬量和事件量來對(duì)系統(tǒng)中發(fā)生的故障和異常等事件生成故障波形，儲(chǔ)存并發(fā)送至遠(yuǎn)方主站，通過分析軟件的處理對(duì)波形進(jìn)行分析和計(jì)算，從而幫助人們對(duì)故障性質(zhì)，故障發(fā)生點(diǎn)的距離，故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷。

1.2故障錄波的作用按照電力系統(tǒng)發(fā)生故障的不同情況，故障錄波器在電力系統(tǒng)中的作用主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面：1.2.1系統(tǒng)發(fā)生故障，繼電保護(hù)裝置動(dòng)作正確可以通過故障錄波器記錄下來的電流量電壓量對(duì)故障線路進(jìn)行測(cè)距，幫助巡線人員盡快找到故障點(diǎn)，及時(shí)采取措施，縮短停電時(shí)間，減少損失。

1.2.2電力系統(tǒng)元件發(fā)生不明原因跳閘通過對(duì)故障錄波器記錄的波形進(jìn)行分析，可以判斷出開關(guān)跳閘的原因。從而采取相應(yīng)措施，將線路恢復(fù)送電或者停電檢修，避免盲目強(qiáng)送造成更大的損失，同時(shí)為檢修策略提供依據(jù)。

一、故障錄波器

1.2.3判斷繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作行為

系統(tǒng)由于繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)造成無故障跳閘；

系統(tǒng)有故障但保護(hù)裝置拒動(dòng)；

系統(tǒng)有故障但保護(hù)動(dòng)作行為不符合預(yù)先設(shè)計(jì)；

利用故障錄波器中記錄的開關(guān)量動(dòng)作情況來判斷保護(hù)的動(dòng)作是否正確，并可以據(jù)此找出保護(hù)不正確動(dòng)作的原因。對(duì)于較復(fù)雜的故障可以通過記錄下來的電流電壓量對(duì)故障量進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)保護(hù)進(jìn)行定量考核。

一、故障錄波1.3故障錄波器在應(yīng)用中存在的問題

故障錄波器在實(shí)際應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)保護(hù)管理機(jī)調(diào)不到故障波形的故障，嚴(yán)重影響了故障波形的分析，在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)將影響對(duì)故障性質(zhì)的判斷，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理的情況有以下幾種原因?qū)е略摴收系陌l(fā)生。保護(hù)管理機(jī)與故障錄波器之間通信中斷。保護(hù)管理機(jī)死機(jī)導(dǎo)致死數(shù)據(jù)。故障錄波器存儲(chǔ)單元損壞。故障錄波器軟件版本低導(dǎo)致數(shù)據(jù)溢出。以上原因中保護(hù)管理機(jī)與故障錄波器之間通信中斷造成調(diào)閱不到波形的次數(shù)最多，也是經(jīng)常困擾運(yùn)行人員的主要原因。

一、故障錄波

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法2.1故障波形圖中讀取準(zhǔn)確事件時(shí)間

故障分析簡(jiǎn)報(bào)根據(jù)相關(guān)量的開入時(shí)刻給出了各事件發(fā)生的時(shí)間。由保護(hù)自動(dòng)給出的分析報(bào)告，有時(shí)并不十分準(zhǔn)確。如斷路器跳開或合上時(shí)間，一般來自斷路器位置觸點(diǎn)。斷路器位置觸點(diǎn)與主觸頭并不精確同步，會(huì)有一定時(shí)差。此外，給出的信息不一定完整。

因此往往需要從波形圖中直接讀取各事件的相對(duì)時(shí)間，即以電流或電壓波形變化比較明顯的時(shí)刻為基準(zhǔn)，讀取各事件發(fā)生的相對(duì)時(shí)間。因?yàn)殡娏髯兇蠛碗妷鹤冃r(shí)刻可較準(zhǔn)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(shí)刻可判斷為故障已切除。以以下故障波形圖為例說明讀取準(zhǔn)確事件時(shí)間的方法。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法A故障持續(xù)時(shí)間為從電流開始變大或電壓開始減低開始到故障電流消失或電壓恢復(fù)正常的時(shí)間,故障持續(xù)時(shí)間60ms。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法B保護(hù)動(dòng)作時(shí)間是從故障開始到保護(hù)出口的時(shí)間,即從電流開始變大或電壓開始降低，到保護(hù)輸出觸點(diǎn)閉合的時(shí)間，保護(hù)動(dòng)作最快時(shí)間為15ms。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法C開關(guān)跳閘時(shí)間是從保護(hù)輸出觸點(diǎn)閉合到故障電流消失的時(shí)間。開關(guān)跳閘時(shí)間為45ms。一般不用斷路器位置觸點(diǎn)閉合或返回信號(hào)。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法D保護(hù)返回時(shí)間是指故障電流消失時(shí)刻到保護(hù)輸出觸點(diǎn)斷開的時(shí)間，保護(hù)返回時(shí)間為30ms。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法E合閘裝置出口動(dòng)作時(shí)間是從故障消失開始計(jì)時(shí)到發(fā)出重合命令(重合閘觸點(diǎn)閉合)的時(shí)間，重合閘動(dòng)作時(shí)間為862ms。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法F開關(guān)合閘時(shí)間是從重合閘輸出觸點(diǎn)閉合到再次出現(xiàn)負(fù)荷電流的時(shí)間，斷路器合閘時(shí)間為218ms。一般不用斷路器位置觸點(diǎn)閉合或返回信號(hào)。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法-40mst0msB:15msC:45msA:60msD:30msE:862msF:218ms故障持續(xù)時(shí)間保護(hù)動(dòng)作時(shí)間開關(guān)跳閘時(shí)間保護(hù)返回時(shí)間重合閘裝置出口時(shí)間開關(guān)合閘時(shí)間

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法2.2故障波形圖中電流、電壓的有效值的讀取

可以利用故障波形圖中的電流、電壓波形，測(cè)量出故障期間電流、電壓的有效值。如下圖所示，B相故障，B相電流通道上呈現(xiàn)故障電流(A、C相僅呈現(xiàn)負(fù)荷電流);B相通道上電壓明顯降低。而非故障A、C相電壓相位基本沒有變化。故障電流計(jì)算方法:

先以IB通道上的故障電流波形兩邊的最高波峰在刻度標(biāo)尺上的位置，計(jì)算在標(biāo)尺截取格數(shù)除以根號(hào)2乘以顯示“I∶4.0A/格”比率，除以2就得到二次電流有效值。最后再乘以故障設(shè)備間隔的CT變比，即得到一次電流有效值。假設(shè)本間隔CT變比為1200/1。則B相短路的一次電流零序電流的計(jì)算方法與IkB相同。需要說明的是實(shí)際計(jì)算出的是3I0。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法故障電壓計(jì)算方法:先以UB通道上存在的故障電壓波形兩邊的最低波峰在度標(biāo)尺上的位置,計(jì)算出兩邊最低波峰之間截取的標(biāo)尺格數(shù)除以2，乘以在圖中顯示的“U:45V/格”比率再除以根號(hào)2就得到二次電壓有效值。最后再乘以故障設(shè)備間隔母線PT的變比，即得到一次電壓有效值。假設(shè)本間隔PT變比為1100/1。則B相短路的一次電壓零序電壓的計(jì)算方法與UkB相同。需要說明的是實(shí)際計(jì)算出的是3U0。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法2.3故障波形圖中電流、電壓相位的讀取

準(zhǔn)確分析清楚故障的相位必須借助波形圖。

故障電流、電壓相位讀取:可以利用故障波形圖中的電流、電壓波形，測(cè)量故障期間電流、電壓的相位，分析故障時(shí)的測(cè)量阻抗角?？梢酝ㄟ^測(cè)量電流、電壓波形過零的時(shí)間差來計(jì)算相位。若電流過零時(shí)間滯后于電壓過零時(shí)間，則為滯后相位;反之則為超前相位。圖中電流過零變負(fù)滯后電壓過零變負(fù)約4ms，相當(dāng)于滯后角18°×4=72°。由此可以判斷故障發(fā)生在正方向。并且從這種阻抗角可推斷是線路金屬性接地故障。若實(shí)測(cè)電流超前電壓110°左右，則表明是反向故障。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法以上介紹的是波形圖中關(guān)鍵數(shù)據(jù)讀取方法的基本原理，實(shí)際上一些基本信息的讀取通過故障錄波分析軟件的分析處理后是非常便捷的。如地調(diào)調(diào)度員在故障發(fā)生后，可以通過設(shè)置在調(diào)度臺(tái)的保護(hù)信息子站快速地讀取相應(yīng)的故障錄波圖，并從其自動(dòng)生成的故障報(bào)告中獲得準(zhǔn)確相應(yīng)故障的關(guān)鍵信息，包括：故障時(shí)間、保護(hù)動(dòng)作情況、故障相別及類型、故障電流、故障測(cè)距、重合閘動(dòng)作情況等，這樣可以更快地對(duì)故障情況作出準(zhǔn)確判斷利于下一步的事故處理；現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及保護(hù)專業(yè)人員也可以從現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)裝置調(diào)取或打印相應(yīng)的故障分析簡(jiǎn)報(bào)和波形圖對(duì)故障情況進(jìn)一步分析與判斷；當(dāng)遇到復(fù)雜故障或者對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為的正確性有所懷疑時(shí)保護(hù)技術(shù)人員還可以根據(jù)相應(yīng)的故障錄波圖進(jìn)一步深入分析，對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為的準(zhǔn)確性進(jìn)行判斷。

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法

二、故障錄波圖關(guān)鍵數(shù)據(jù)的讀取方法

三、分析故障錄波圖的基本方法

當(dāng)打印出一故障波形圖時(shí)，應(yīng)該首先觀察波形圖的全貌，再判斷故障類型、保護(hù)的動(dòng)作行為、斷路器的動(dòng)作行為及故障的持續(xù)時(shí)間等信息，寫出簡(jiǎn)要的故障分析報(bào)告。由于故障波形圖載有大量的故障信息，還可以詳細(xì)地分析電流、電壓波形特點(diǎn)及其變化過程，從中得到對(duì)查找事故有用信息。

三、分析故障錄波圖的基本方法我們將波形圖分析方法簡(jiǎn)單歸納為以下步驟：

1、首先要通過前面所學(xué)過的知識(shí)大致判斷系統(tǒng)發(fā)生了什么故障，故障持續(xù)了多長(zhǎng)時(shí)間；

2、以某一相電壓或電流的過零點(diǎn)為相位基準(zhǔn)，查看故障前電流電壓相位關(guān)系是否正確，是否為正相序？負(fù)荷角為多少度？

3、以故障相電壓或電流的過零點(diǎn)為相位基準(zhǔn)，確定故障態(tài)各相電流電壓的相位關(guān)系；（注意選取相位基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)躲開故障初始及故障結(jié)束部分，因?yàn)檫@兩個(gè)區(qū)間一是非周期分量較大，而是電壓電流夾角由負(fù)荷角轉(zhuǎn)換為線路阻抗角跳躍較大，容易造成誤分析）

4、繪制向量圖，進(jìn)行分析。

三、分析故障錄波圖的基本方法電力系統(tǒng)故障橫向故障縱向故障對(duì)稱故障不對(duì)稱故障三相短路單相接地短路兩相短路兩相接地短路單相斷相兩相斷相三相斷相下面以電力系統(tǒng)輸電線路的四種基本故障為例介紹分析故障錄波的基本方法。Three-phase(3Φ)fault

Line-toline(LL)faultSingle-line-to-ground(SLG)faultDouble-line-to-ground(2LG)fault

三、分析故障錄波圖的基本方法

三、分析故障錄波圖的基本方法③零序電流相位與故障相電流相位同相，零序電壓與故障相電壓反向。

④故障相電壓超前故障相電流約80度左右；零序電流超前零序電壓約110度左右。單相接地故障錄波圖分析要點(diǎn)：

①一相電流增大，一相電壓降低；出現(xiàn)零序電流、零序電壓。

②電流增大、電壓降低為同一相別。xyoIAUAUBUC3U03I080度左右當(dāng)我們看到符合第1條的一張錄波圖時(shí)，基本上可以確定系統(tǒng)發(fā)生了單相接地短路故障；若符合第2條可以確定電壓、電流相別沒有接錯(cuò)；符合第3條、第4條可以確定保護(hù)裝置、二次回路整體均沒有問題（不考慮電壓、電流同時(shí)接錯(cuò)的問題，對(duì)于同時(shí)接錯(cuò)的問題需要綜合考慮，比如說你可以收集同一系統(tǒng)上下級(jí)變電站的錄波圖，對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)故障各個(gè)變電站錄波圖反映的情況應(yīng)該是相同的，那么與其他站反映的故障相別不同的變電站就需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試）。若單相接地短路故障出現(xiàn)不符合上述條件情況，那么需要仔細(xì)分析，查找二次回路是否存在問題。

三、分析故障錄波圖的基本方法例如：2012年07月03日220kV某線路B相接地短路故障，重合復(fù)掉；從打印的故障錄波圖中可以看出：

①國(guó)電南自PSL603GCM零序電流相位與故障相電流相位同相；零序電壓與故障相電壓反向。

②南瑞公司RCS-931AM零序電流相位與故障相電流相位反向；零序電壓與故障相電壓反向。

三、分析故障錄波圖的基本方法

三、分析故障錄波圖的基本方法梁村263開關(guān)國(guó)電南自PSL603GCM梁村263開關(guān)南瑞公司RCS-931AM零序電流相位與故障相電流相位同相零序電流超前零序電壓180度，零序電流相位與故障相電流相位反向

三、分析故障錄波圖的基本方法兩相短路故障錄波圖分析要點(diǎn)：①兩相電流增大，兩相電壓降低；沒有零序電流、零序電壓。②電流增大、電壓降低為相同兩個(gè)相別。③兩個(gè)故障相電流基本反向。④故障相