故障录波与动作分析

故障录波与动作分析运城电力调度控制中心胡笳随着国民经济的发展，电力系统不断扩大，电网规模不断增强，电力系统因故障而停止供电，不仅影响生产，也危及电力系统的安全、稳定运行。尽快了解故障前及故障时的全过程，判断事故性质，最有效、最直接的途径是快速读懂故障录波图来了解这个过程，了解故障过程中电流、电压幅值和相位，故障性质、故障的持续时间，以及保护、断路器的动作时间等信息。本次学习主要目的是：1、了解故障录波原理及作用；2、了解故障录波图关键数据的读取方法；3、了解分析故障录波的基本方法；4、结合运城电网历史故障举例读图；概述一、故障录波1.1故障录波器工作原理故障录波器是在电力系统发生故障时，自动、准确记录故障前、后过程中电气量和非电气量以及开关量的自动记录装置。电力系统的各种故障信息是通过故障录波器及事件记录(SOE，Seriesofevent)记录的。变电站采用的微机保护和微机故障录波器由故障启动，具有信息数据采集、存储分析及波形输出等功能。启动是靠故障特征明显的电气量，有电流、电压突变量;电流、电压越限;频率变化量及开关量等。采集到的信息数据要尽可能保持故障信息完整性和实时性，一般不作滤波处理。记录的数据有两类，电流、电压瞬时值的交变信号和反映正负跃变的开关量信号。一、故障录波为了帮助故障分析，还“记忆”了故障前一段时间的电流电压量。反映电流、电压变化的瞬时值波形及反映电位变化的开关量都相对同一时标绘制。输出部分包括简要分析报告、重要故障信息数据及故障全过程波形图。输出波形的幅度可根据显示和打印输出的需要设定。总的来说，故障录波器通过记录和监视系统中模拟量和事件量来对系统中发生的故障和异常等事件生成故障波形，储存并发送至远方主站，通过分析软件的处理对波形进行分析和计算，从而帮助人们对故障性质，故障发生点的距离，故障的严重程度进行准确地判断。1.2故障录波的作用按照电力系统发生故障的不同情况，故障录波器在电力系统中的作用主要体现在以下3个方面：1.2.1系统发生故障，继电保护装置动作正确可以通过故障录波器记录下来的电流量电压量对故障线路进行测距，帮助巡线人员尽快找到故障点，及时采取措施，缩短停电时间，减少损失。1.2.2电力系统元件发生不明原因跳闸通过对故障录波器记录的波形进行分析，可以判断出开关跳闸的原因。从而采取相应措施，将线路恢复送电或者停电检修，避免盲目强送造成更大的损失，同时为检修策略提供依据。一、故障录波器1.2.3判断继电保护装置的动作行为系统由于继电保护装置误动造成无故障跳闸；系统有故障但保护装置拒动；系统有故障但保护动作行为不符合预先设计；利用故障录波器中记录的开关量动作情况来判断保护的动作是否正确，并可以据此找出保护不正确动作的原因。对于较复杂的故障可以通过记录下来的电流电压量对故障量进行计算，从而对保护进行定量考核。一、故障录波1.3故障录波器的主要参数采样速率：采样速率的高低决定了录波器对高次谐波的记录能力，在系统发生故障之初，故障波形的高次谐波非常严重，因此，为了较真实地记录故障的暂态过程，录波器要有较高的采样速率。但高的采样速率，则要使用较多的存储空间，同时在进行数据传输时，要花费更长的时间，这很不利于故障后的快速分析故障。A/D转换位数：A/D转换器的位数决定了录波器记录数据的准确度。对于不同位数的A/D转换器，在量度同一个幅值的模拟量时，显然高位数A/D转换器的每格所代表的值要比低位数A/D转换器小，也就是说分辨率比较高，这样就可以具有较高的精度，保证所有通道采样的一致性。一、故障录波最大故障电流记录能力：该指标用来保证在系统最大短路电流下能够完整地记录故障过程，不发生削波，同时在极小电流时又要能用一定的精度。该指标有时还影响到录波器启动定值的灵敏度。录波记录时间：故障录波器被触发后，将根据事先设定的录波时间采集数据、存储数据。这几个时段有：故障前记录时间，这部分录波数据主要是用来进行故障定位计算时使用。触发时段：这部分录波数据记录的是故障发生的前期过程，含有较多的暂态分量，故障后进行故障定位和其他电气量计算使用的主要是这部分数据。故障后时段：这个时段主要记录系统在故障结束后系统的情况，这段数据主要关心的是变化过程。一、故障录波1.4故障录波器在应用中存在的问题故障录波器在实际应用过程中经常出现保护管理机调不到故障波形的故障，严重影响了故障波形的分析，在系统发生故障时将影响对故障性质的判断，根据现场处理的情况有以下几种原因导致该故障的发生。保护管理机与故障录波器之间通信中断。保护管理机死机导致死数据。故障录波器存储单元损坏。故障录波器软件版本低导致数据溢出。以上原因中保护管理机与故障录波器之间通信中断造成调阅不到波形的次数最多，也是经常困扰运行人员的主要原因。一、故障录波二、故障录波图关键数据的读取方法2.1故障波形图中读取准确事件时间故障分析简报根据相关量的开入时刻给出了各事件发生的时间。由保护自动给出的分析报告，有时并不十分准确。如断路器跳开或合上时间，一般来自断路器位置触点。断路器位置触点与主触头并不精确同步，会有一定时差。此外，给出的信息不一定完整。因此往往需要从波形图中直接读取各事件的相对时间，即以电流或电压波形变化比较明显的时刻为基准，读取各事件发生的相对时间。因为电流变大和电压变小时刻可较准确判断为故障已发生;故障电流消失和电压恢复正常的时刻可判断为故障已切除。以以下故障波形图为例说明读取准确事件时间的方法。二、故障录波图关键数据的读取方法A故障持续时间为从电流开始变大或电压开始减低开始到故障电流消失或电压恢复正常的时间,故障持续时间60ms。二、故障录波图关键数据的读取方法B保护动作时间是从故障开始到保护出口的时间,即从电流开始变大或电压开始降低，到保护输出触点闭合的时间，保护动作最快时间为15ms。二、故障录波图关键数据的读取方法C开关跳闸时间是从保护输出触点闭合到故障电流消失的时间。开关跳闸时间为45ms。一般不用断路器位置触点闭合或返回信号。二、故障录波图关键数据的读取方法D保护返回时间是指故障电流消失时刻到保护输出触点断开的时间，保护返回时间为30ms。二、故障录波图关键数据的读取方法E合闸装置出口动作时间是从故障消失开始计时到发出重合命令(重合闸触点闭合)的时间，重合闸动作时间为862ms。二、故障录波图关键数据的读取方法F开关合闸时间是从重合闸输出触点闭合到再次出现负荷电流的时间，断路器合闸时间为218ms。一般不用断路器位置触点闭合或返回信号。二、故障录波图关键数据的读取方法-40mst0msB:15msC:45msA:60msD:30msE:862msF:218ms故障持续时间保护动作时间开关跳闸时间保护返回时间重合闸装置出口时间开关合闸时间二、故障录波图关键数据的读取方法2.2故障波形图中电流、电压的有效值的读取可以利用故障波形图中的电流、电压波形，测量出故障期间电流、电压的有效值。如下图所示，B相故障，B相电流通道上呈现故障电流(A、C相仅呈现负荷电流);B相通道上电压明显降低。而非故障A、C相电压相位基本没有变化。故障电流计算方法:先以IB通道上的故障电流波形两边的最高波峰在刻度标尺上的位置，计算在标尺截取格数除以根号2乘以显示“I∶4.0A/格”比率，除以2就得到二次电流有效值。最后再乘以故障设备间隔的CT变比，即得到一次电流有效值。假设本间隔CT变比为1200/1。则B相短路的一次电流零序电流的计算方法与IkB相同。需要说明的是实际计算出的是3I0。二、故障录波图关键数据的读取方法故障电压计算方法:先以UB通道上存在的故障电压波形两边的最低波峰在度标尺上的位置,计算出两边最低波峰之间截取的标尺格数除以2，乘以在图中显示的“U:45V/格”比率再除以根号2就得到二次电压有效值。最后再乘以故障设备间隔母线PT的变比，即得到一次电压有效值。假设本间隔PT变比为1100/1。则B相短路的一次电压零序电压的计算方法与UkB相同。需要说明的是实际计算出的是3U0。二、故障录波图关键数据的读取方法二、故障录波图关键数据的读取方法2.3故障波形图中电流、电压相位的读取准确分析清楚故障的相位必须借助波形图。故障电流、电压相位读取:可以利用故障波形图中的电流、电压波形，测量故障期间电流、电压的相位，分析故障时的测量阻抗角。可以通过测量电流、电压波形过零的时间差来计算相位。若电流过零时间滞后于电压过零时间，则为滞后相位;反之则为超前相位。图中电流过零变负滞后电压过零变负约4ms，相当于滞后角18°×4=72°。由此可以判断故障发生在正方向(相对于本站母线)。并且从这种阻抗角可推断是线路金属性接地故障。若实测电流超前电压110°左右，则表明是反向故障。二、故障录波图关键数据的读取方法二、故障录波图关键数据的读取方法以上介绍的是波形图中关键数据读取方法的基本原理，实际上一些基本信息的读取通过故障录波分析软件的分析处理后是非常便捷的。如地调调度员在故障发生后，可以通过设置在调度台的保护信息子站快速地读取相应的故障录波图，并从其自动生成的故障报告中获得准确相应故障的关键信息，包括：故障时间、保护动作情况、故障相别及类型、故障电流、故障测距、重合闸动作情况等，这样可以更快地对故障情况作出准确判断利于下一步的事故处理；现场运行及保护专业人员也可以从现场保护装置调取或打印相应的故障分析简报和波形图对故障情况进一步分析与判断；当遇到复杂故障或者对保护动作行为的正确性有所怀疑时保护技术人员还可以根据相应的故障录波图进一步深入分析，对保护动作行为的准确性进行判断。二、故障录波图关键数据的读取方法二、故障录波图关键数据的读取方法由调度台信息子站获得的故障保护及波形图。二、故障录波图关键数据的读取方法二、故障录波图关键数据的读取方法由变电站保护装置获得的故障保护及波形图。由调度台信息子站获得的故障报告及波形图。二、故障录波图关键数据的读取方法三、分析故障录波图的基本方法当保护屏处打印出一故障波形图时，应该首先观察波形图的全貌，再判断故障类型、保护的动作行为、断路器的动作行为及故障的持续时间等信息，写出简要的故障分析报告。由于故障波形图载有大量的故障信息，还可以详细地分析电流、电压波形特点及其变化过程，从中得到对查找事故有用信息。三、分析故障录波图的基本方法我们将波形图分析方法简单归纳为以下步骤：1、首先要通过前面所学过的知识大致判断系统发生了什么故障，故障持续了多长时间；2、以某一相电压或电流的过零点为相位基准，查看故障前电流电压相位关系是否正确，是否为正相序？负荷角为多少度？3、以故障相电压或电流的过零点为相位基准，确定故障态各相电流电压的相位关系；（注意选取相位基准时应躲开故障初始及故障结束部分，因为这两个区间一是非周期分量较大，而是电压电流夹角由负荷角转换为线路阻抗角跳跃较大，容易造成误分析）4、绘制向量图，进行分析。三、分析故障录波图的基本方法电力系统故障横向故障纵向故障对称故障不对称故障三相短路单相接地短路两相短路两相接地短路单相断相两相断相三相断相下面以电力系统输电线路的四种基本故障为例介绍分析故障录波的基本方法。短路种类三相短路两相短路两相接地短路示意图短路代表符号)3(K)2(K)1(K)1,1(K单相接地短路Three-phase(3Φ)faultLine-toline(LL)faultSingle-line-to-ground(SLG)faultDouble-line-to-ground(2LG)fault三、分析故障录波图的基本方法三、分析故障录波图的基本方法③零序电流相位与故障相电流相位同相，零序电压与故障相电压反向。④故障相电压超前故障相电流约80度左右；零序电流超前零序电压约110度左右。单相接地故障录波图分析要点：①一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压。②电流增大、电压降低为同一相别。xyoIAUAUBUC3U03I080度左右当我们看到符合第1条的一张录波图时，基本上可以确定系统发生了单相接地短路故障；若符合第2条可以确定电压、电流