變電站故障錄波裝置培訓課件

電力系統(tǒng)故障錄波裝置

成莊工區(qū)焦海君2021/6/271

教學重點：

故障錄波裝置的硬件構成；故障錄波裝置的操作說明；典型故障波形的分析。教學目的：通過學習，使學員對故障錄波裝置的應用、發(fā)展有簡單了解，并在此基礎之上理解、掌握故障錄波裝置的硬件構成、裝置各部分的操作方法。并通過典型故障波形的分析，使大家具備初步分析故障波形的能力。2021/6/2721234概述故障錄波裝置的硬件構成錄波裝置的操作說明典型波形的分析2021/6/273一、故障錄波裝置的應用場所第一節(jié)概述

故障錄波裝置主要用于發(fā)電廠、220KV及以上變電所和110KV重要變電所，便于分析電力系統(tǒng)故障及繼電保護和安全自動裝置在事故過程中的動作情況，迅速判斷線路故障的位置2021/6/274二、故障錄波裝置的作用（1）為正確分析事故原因、及時處理事故提供重要依據(jù)。（2）幫助尋找故障點，加快處理事故進程，減輕巡線人員勞動強度。

根據(jù)裝置記錄的數(shù)據(jù)或波形，可以推算出一次電流、電壓數(shù)值，由此計算出故障點位置，使巡線范圍大大縮小，省時、省力，對迅速恢復供電具有重要的作用。2021/6/275（3）分析評價繼電保護及自動裝置的動作情況，及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷，以便消除事故隱患。

根據(jù)錄波資料，可以正確評價繼保和自動裝置工作情況（正確動作、誤動、拒動），同時，真實記錄了斷路器的情況（跳、合閘時間，拒動、跳躍、斷相等），可發(fā)現(xiàn)斷路器存在的問題，消除隱患。實際上，故障錄波裝置就是用二次值反映一次系統(tǒng)的實際運行工況，是縮小了的一次電力系統(tǒng)。一次系統(tǒng)的所有狀況理論上都可以在故障錄波裝置上分析出來。）2021/6/276（4）了解系統(tǒng)運行情況，迅速處理事故。從故障錄波圖的電氣量變化曲線，可以清楚地了解電力系統(tǒng)的運行情況，并判斷事故原因，為及時、正確處理事故提供依據(jù)。2021/6/277三、故障錄波裝置的發(fā)展

第一階段機械—油墨式故障錄波裝置第二階段機械—光電式故障錄波裝置第三階段微機—數(shù)字式故障錄波裝置1、故障錄波裝置經(jīng)歷三個階段：2021/6/2782、微機故障錄波裝置主要優(yōu)點（1）功能完整，自成體系。

錄波器具有16路模擬量輸入、32路開關量輸入，還可以構成故障錄波屏，具有擴展靈活、工作相對獨立的特點（2）軟件啟動錄波。（3）錄波時間長，錄波完整、不間斷。

2021/6/279（4）具有完善的智能化打印繪圖功能。

打印輸出時能夠對錄波數(shù)據(jù)進行分析，自動確定繪圖比例，自動選擇電氣量有變化的部分。打印輸出的信息報告內容包括故障時刻、故障元件、故障地點、故障類型、自動重合閘動作情況、開關量動作順序等。（5）故障錄波數(shù)據(jù)后期處理。

對故障錄波后的數(shù)據(jù)，可在機上用專用的軟件進行離線處理?？蓪︿洸〝?shù)據(jù)全過程模擬量的每一部分及開關量進行放大、縮小、定格、重新排列、打印輸出等，還可遠傳錄波數(shù)據(jù)到調度中心進行分析處理。2021/6/2710（6）掉電保護功能。掉電時，實時時鐘及錄波數(shù)據(jù)等信息不丟失。（7）人機對話功能。定值、時鐘和各種操作指令均可通過面板上按鍵和顯示器進行直接的觀察和操作。2021/6/2711四、故障錄波裝置的配置考慮：便于分析事故、便于尋找故障點、便于了解系統(tǒng)中的主要設備、便于監(jiān)視系統(tǒng)中的主要設備。一般330KV及以上線路每回裝一套220KV線路2-3回裝一套110KV重要變電所出線3-4回裝一套。2021/6/2712第二節(jié)故障錄波裝置硬件構成一、主要技術指標：模擬量輸入信號：可選擇配置16路、32路、48路、64路、80路、96路模擬量。開關量輸入信號：可選擇配置32路、64路、96路、128路、160路、192路開關量，為空節(jié)點輸入。也就是說一塊板子可以配置16路模擬量和32路開關量，在現(xiàn)場我們可以根據(jù)現(xiàn)場需要采集的模擬量和開關量數(shù)量，選配不同數(shù)量的板子。成莊110kV站分別配置了4塊模擬量和開關量輸入板，分別為AI0、AI1、AI2、AI3和DI0、DI1、DI2、DI3。但實際上站內需要接入的信號只有模擬量48路，開關量96路，所以分別備用了1個模擬量和一個開關量板子，可以用于將來的擴展和更換用。實際接入信號如下表所示：2021/6/27132021/6/27142021/6/2715啟動方式：相電流越限；相電壓欠壓、過壓越限；相電壓、零序電壓突變量；相電流突變量；正序、負序、零序分量啟動；頻率越限；電流變差啟動；開關量變位啟動；手動啟動；遠方啟動。工作環(huán)境：正常工作溫度：0℃至+45℃；極限工作溫度：-10℃至+50℃。2021/6/2716硬件構成

硬件系統(tǒng)全部采用模塊化設計，裝置硬件主要由前置機、后臺機、變送箱三部分組成。2021/6/2717故障錄波屏前視圖2021/6/2718故障錄波屏后視圖2021/6/2719故障錄波屏端子排圖-模擬量端子排2021/6/2720故障錄波屏端子排圖-開關量端子排2021/6/27211、前置機

前置機采用插件式結構，包括管理CPU板、智能A/D板、開關量輸入板、裝置信號板、電源板。每塊A/D板可管理16路模擬量和32路開關量。A/D板的數(shù)量可根據(jù)用戶不同的要求而配置，前置機最多可管理6塊A/D板。前置機主要用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、存儲管理、啟動判斷、頻率跟蹤、同步時序控制、時鐘管理及通過同步串行口與后臺數(shù)據(jù)處理部分的通訊功能等。2021/6/2722前置機照片（前后，后面重點說接入信號）2021/6/2723智能A/D采樣模塊

輸入裝置的模擬量和開關量信號分別經(jīng)電磁隔離和光電隔離進入前置機，由智能A/D板完成對模擬量和開關量的數(shù)據(jù)采集、預處理并通過雙開RAM實現(xiàn)與管理CPU之間的數(shù)據(jù)交換。2021/6/2724管理板模塊管理CPU板為數(shù)據(jù)管理機，帶有一個大容量掉電保持RAM，主要完成部分故障啟動判斷、故障數(shù)據(jù)存儲管理、通訊管理等功能。2021/6/2725通訊模塊通訊板是前置機與后臺機之間進行數(shù)據(jù)交換的橋梁，通過通訊板的同步串口，完成兩者之間的數(shù)據(jù)交換。2021/6/27262、后臺機后臺機采用工控機并加擴展的通訊板組成。是故障錄波器的數(shù)據(jù)處理和交換中心，主要完成數(shù)據(jù)的分析及處理、數(shù)據(jù)存盤、故障測距、故障分析結果打印、數(shù)據(jù)遠傳、向上級站聯(lián)網(wǎng)通訊、通訊規(guī)約轉換及數(shù)據(jù)格式轉換等功能。除此之外還具有以下基本菜單功能：系統(tǒng)配置、時鐘設置、變比校正、參數(shù)設置、定值設定、故障記錄查詢、實時模擬量波形顯示、實時開關量顯示、通道整定、啟動量屏蔽等。2021/6/2727后臺機照片2021/6/2728第三節(jié)故障錄波裝置的操作說明3.1前置機使用說明3.2后臺機使用說明3.3系統(tǒng)配置及參數(shù)設置2021/6/2729前置機前面板圖2021/6/2730前置機背視圖2021/6/27313.2后臺機使用說明主要功能選項包括：實時監(jiān)視、故障分析、時鐘設置、參數(shù)設置、通道整定。2021/6/2732模擬量實時監(jiān)測2021/6/2733開關量實時監(jiān)測2021/6/2734故障分析對錄波數(shù)據(jù)進行全面的分析處理是后臺軟件的重要功能之一，分析處理的主要內容包括：故障前后模擬量、開關量、有功、無功、系統(tǒng)頻率的波形顯示，時間標尺顯示，故障過程分析，任一時刻的有效值、瞬時值、諧波、相位、序分量、頻率、有功、無功、視在功率的顯示等。這些功能的實現(xiàn)能夠滿足事故后現(xiàn)場技術人員對故障分析處理的需要。2021/6/2735故障分析界面2021/6/2736故障查詢界面故障查詢系統(tǒng)提供四種故障查詢的方法，供用戶方便的進行故障檢索：2021/6/27371）直接打開故障文件：所有故障文件都存放于C盤固定文件夾中，故障文件是以故障發(fā)生的時間來命名的，通過故障發(fā)生時間來提取故障文件；2）根據(jù)故障檔案進行故障查詢：故障發(fā)生后，系統(tǒng)將故障分析的結果形成一條簡要的檔案記錄，歸入故障檔案文件中，具體包括線路名稱、故障類型等，通過故障檔案可以提取故障文件；3）按日期進行故障查詢：可以按照故障日期以及時間范圍的方式來查找故障文件；4）按跳閘選擇故障：將設置時間范圍內，具有斷路器跳閘的故障文件篩選出來，供故障查詢。2021/6/2738顯示切換顯示切換2021/6/27391）模擬量波形分析：顯示故障前后模擬量波形；2）開關量波形分析：顯示故障前后開關量波形；3）有功功率波形分析：顯示故障前后有功功率波形；4）無功功率波形分析：顯示故障前后無功功率波形；5）系統(tǒng)頻率波形分析：顯示故障前后頻率變化波形；6）故障分析：顯示故障分析結果。包括：故障發(fā)生日期，故障啟動量，故障前電壓、電流的有效值，故障后第一周波電壓、電流有效值。2021/6/2740圖像操作圖像操作2021/6/2741顯示方式顯示方式2021/6/2742向量分析相量分析2021/6/2743單端測距單端測距2021/6/27443.3系統(tǒng)配置及參數(shù)設置參數(shù)設置選項包括：系統(tǒng)配置、模擬量、開關量、線路參數(shù)、序分量、其它、串口。2021/6/2745系統(tǒng)配置系統(tǒng)配置2021/6/2746模擬量設置模擬量參數(shù)設置2021/6/2747開關量設置開關量參數(shù)設置2021/6/2748線路參數(shù)設置界面線路參數(shù)設置2021/6/2749序分量設置界面序分量設置2021/6/2750在講故障分析之前，大家先看幾張典型的故障錄波圖，畢竟后續(xù)所有的故障分析都是在這幾張圖上進行的，或是在這個平臺上進行的。第四節(jié)故障錄波裝置的應用模擬量錄波圖2021/6/2751開關量錄波圖2021/6/2752故障分析報告2021/6/2753故障分析報告2021/6/2754故障分析報告2021/6/2755故障分析報告2021/6/2756

故障波形圖中讀取準確事件時間

故障分析簡報根據(jù)相關量的開入時刻給出了各事件發(fā)生的時間。由保護自動給出的分析報告，有時并不十分準確。如斷路器跳開或合上時間，一般來自斷路器位置觸點。斷路器位置觸點與主觸頭并不精確同步，會有一定時差。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時間，即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正常的時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確事件時間的方法。四、故障錄波圖讀圖方法2021/6/2757A故障持續(xù)時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正常的時間,故障持續(xù)時間60ms。2021/6/2758B保護動作時間是從故障開始到保護出口的時間,即從電流開始變大或電壓開始降低，到保護輸出觸點閉合的時間，保護動作最快時間為15ms。2021/6/2759C開關跳閘時間是從保護輸出觸點閉合到故障電流消失的時間。開關跳閘時間為45ms。一般不用斷路器位置觸點閉合或返回信號。2021/6/2760D保護返回時間是指故障電流消失時刻到保護輸出觸點斷開的時間，保護返回時間為30ms。2021/6/2761E合閘裝置出口動作時間是從故障消失開始計時到發(fā)出重合命令(重合閘觸點閉合)的時間，重合閘動作時間為862ms。2021/6/2762F開關合閘時間是從重合閘輸出觸點閉合到再次出現(xiàn)負荷電流的時間，斷路器合閘時間為218ms。一般不用斷路器位置觸點閉合或返回信號。2021/6/2763t2021/6/2764故障錄波圖關鍵數(shù)據(jù)的讀取方法以上介紹的是波形圖中時間的讀取方法，實際上各模擬量的有效值、相位等，利用微機電力故障錄波裝置提供的波形查看功能，可以很簡單的讀出來。在現(xiàn)場應用中，實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。在故障發(fā)生后，可以通過故障錄波裝置自動生成的故障分析報告中獲得準確相應故障的關鍵信息，包括：故障時間、保護動作情況、故障相別及類型、故障電流、故障測距、重合閘動作情況等，這樣可以更快地對故障情況作出準確判斷利于下一步的事故處理；2021/6/27652016年06月04日22時01分02秒，成莊110kV站后臺監(jiān)控機告警：110kV成中II回155開關電流差動保護動作，開關由合到分；通過查看南瑞后臺機故障錄波及110kV專用故障錄波器，發(fā)現(xiàn)故障相別為A相，測距為2.2kM，通過分析故障前后數(shù)據(jù)變化：成中II回155開關A相電流由故障前的0.42A變?yōu)楣收虾蟮?2.48A，B、C相變化不明顯。110KVII段母線A相電壓由故障前的59.14V變?yōu)楣收虾蟮?7.95V,母線的3U0值由故障前的0.04V變?yōu)楣收虾蟮?0.31V。22時24分38秒，根據(jù)電調命令試送155開關，試送成功。2021/6/27662021/6/2767

分析故障錄波圖的基本方法

當保護屏處打印出一故障波形圖時，應該首先觀察波形圖的全貌，再判斷故障類型、保護的動作行為、斷路器的動作行為及故障的持續(xù)時間等信息，寫出簡要的故障分析報告。由于故障波形圖載有大量的故障信息，還可以詳細地分析電流、電壓波形特點及其變化過程，從中得到對查找事故有用信息。2021/6/2768

分析故障錄波圖的基本方法我們將波形圖分析方法簡單歸納為以下步驟：

1、首先要通過前面所學過的知識大致判斷系統(tǒng)發(fā)生了什么故障，故障持續(xù)了多長時間；

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

3、以故障相電壓或電流的過零點為相位基準，確定故障態(tài)各相電流電壓的相位關系；（注意選取相位基準時應躲開故障初始及故障結束部分，因為這兩個區(qū)間一是非周期分量較大，而是電壓電流夾角由負荷角轉換為線路阻抗角跳躍較大，容易造成誤分析）

4、繪制向量圖，進行分析。2021/6/2769典型故障波形的分析3.1單相接地故障單相接地故障，故障相電流和零序電流大小相等且同相位，故障相電壓有一定程度減小，同時有零序電壓出現(xiàn)，如圖1所示。

根據(jù)分析的單相接地短路故障錄波圖得出以下特點：（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、電壓降低為相同相別；（3）零序電流向位與故障電流同向，零序電壓與故障相電壓反向。

根據(jù)以上分析，判斷為單相接地故障，故障相為接地電流明顯增大的那一相。2021/6/27703.2相間接地故障

兩相接地故障，2個故障相的電流突變增大，但2個電流之間的相位有角度差，變化范圍隨過渡電阻的不同在60o～180o之間變化，但有零序電流出現(xiàn)，如圖2所示。根據(jù)分析兩相接地短路故障錄波圖得出以下特點：（1）兩相電流增大，兩相電壓降低；出現(xiàn)零序電流、零序電壓；（2）電流增大、電壓降低為相同兩個相別；（3）零序電流向量為位于故