故障录波器在电力系统中的应用

第三种情况为判断继电保护装置的动作行为 。 当系统由于继电保护装置误动造成无故障跳闸或系 统有故障但保护装置拒动时 ， 就要利用故障录波器 中记录的开关量动作情况来判断保护的动作是否正 确 ， 并可以据此得出有问题的部分 ， 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 。
江
苏
电
机
工
程
第 28 卷 第 4 期
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2009 年 7 月
Jiangsu Electrical Engineering
故障录波器在电力系统中的应用
高 赫 ，邵 琴
（ 连云港供电公司 ， 江苏 连云港 222004）
摘
要 ： 介绍了故障录波器的原理 ， 以及在电力系统中的作用 ， 分析了电力系统 中 典 型 故 障 的 现 象 及 对 应 的 故 障Leabharlann Baidu波 形 ，
高
赫 等 ： 故障录波器在电力系统中的应用
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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 。
（2） 电流增大 、 电压降低为相同两个相别 ； （3） 零序电流向量为位于故障两相电流间 。 根据以上特点分析判断故障性质为两相接地短 路 ， 故障相为接地电流明显增大的那两相 。
通过典型波形的建立 ， 为复杂故障性质的判断和分析提供了有效的手段 ， 运行人员可以参照典型波形的特点 ， 迅速地判 断出复杂故障的性质 ， 从而缩短了故障处理的时间 ， 提高了对故障处理的效率 。 总结了故障录波器在实际应用中出现的 问题 ， 并对其发生的原因进行分析 ， 提出了解决方案 。
关键词 ： 电力系统 ； 故障录波 ； 应用 中图分类号 ：TM74 文献标志码 ：B 文章编号 ：1009 － 0665 （2009 ）04 － 0022 － 04
参考文献 ：
［1］ 高 翔 ， 张沛超 ， 章坚民 . 电网故障信息系统应用 技术 ［M］. 北
京 ： 中国电力出版社 ，2007.
图 5 转换性故障录波图
4 故障录波器在应用中存在的问题及措施
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 。 （1） 保护管理机与故障录波器之间通信中断 。 （2） 保护管理机死机导致死数据 。 （3） 故障录波器存储单元损坏 。 （4） 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 。 经过分析 ， 制定了以下几项措施 ［ 3 ］。
1 故障录波器原理
1．1 故障录波器的结构和工作原理
［1］
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 。 根据实际使用情况 ， 采样速率 一般设定为 3 200 Hz， 即每周期采样 64 点 。 （2） 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
后加速跳开三相开关 。 故障开始时符合单相接地故 障的典型波形 ， 重合闸动作后又出现短路电流 ， 判断 为合于永久性故障 ， 三相跳闸 。
470.0 5306UA -470.0 414.4 5306UB -414.4 452.1 5306UC -452.1 0.6 5306IA -0.6 4.5 5306IB -4.5 0.8 5306IC -0.8 4.4 5306I0 -4.4 0.2
2 典型故障波形的分析
2．1 单相接地故障
单相接地故障 ， 故障相电流和零序电流大小相 等且同相位 ， 故障相电压有一定程度减小 ， 同时有零 序电压出现 ， 如图 1 所示 。
-40 ms IA IB IC 3I 0 UA UB UC 3U 0
2 ．3 三相故障
三相接地故障或不接地故障 ， 三相电流同步增 大 ， 没有零序电流和零序电压 ， 如图 3 所示 。
2 个电流之间的相位有角度差 ， 变化范围随过渡电 阻的不同在 60 o～180 o 之间变化 ， 但有零序电流出
现 ， 如图 2 所示 。
-40 ms IA IB IC 3I 0 UA UB UC 3U0
0 ms
图 2 AB 两相接地短路 K （2 ） 典型录波图
根据分析两相接地短路故障录波图得出以下 特点 ： （1） 两相电流增大 ， 两相电压降低 ； 出现零序电 流 、 零序电压 ；
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 ， 电力系统的各种故障通常会造成比 较严重的影响 。 因输电线路故障而停止供电 ， 不仅 影 响 生 产 ，也 危 及 电 力 系 统 的 安 全 、稳 定 运 行 。 准 确 、可 靠 地 进 行 故 障 录 波 ，可 明 显 节 约 查 线 的 人 力 和物力 ， 减轻劳动强度 ， 并能使故障处理及早进行 ， 保证迅速恢复供电 ， 大大降低因停电造成的综合经 济损失 。 因此 ， 输电线路故障录波具有巨大的社会 效益和经济效益 ， 是一项具有重大技术经济意义的 课题 ， 这样就要求在发生故障后对故障性质及其相 关故障情况做出准确的判断 ， 从而缩短故障处理的 时间 ， 迅速地恢复供电 ， 减少对用户造成的损失 。
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 。 （3） 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 。 （4） 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
1．2 故障录波器的作用 ［ 2 ］
故障录波器在电力系统中的作用有以下 3 种 。 第一种为系统发生故障 ， 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 。 第二种情况为线路不明原因跳闸 ， 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 。
［2］ 徐青山 . 电力系统故障诊断及故障恢复 ［M］. 北京 ： 中国电力
出版社 ，2007.
［3］ 涂 崎 ， 吴 蓉 ， 徐 丙华 . 故 障录 波器 的 应用 实 践 ［J］. 华 东 电
力 ，2007 ，35 （5 ）：117－118. 作者简介 ： 高 赫 （1981－ ）， 男 ， 吉林松原人 ， 助理 工程 师 ， 从事 变 电站 运行 管理及电力系统故障分析工作 ； 邵 琴 （1981－ ）， 女 ， 新 疆 奎屯 人 ， 助理 工 程 师 ， 从 事 变 电 站 运 行 及监控工作 。
0
200.0 400.0
600.0 800.0 1000.0 1200.0
图 4 顺序重合闸线路录波图
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江
苏
电
机
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程
3．2 转换性故障的波形分析 图 5 为 500 kV 天海 5471 线发生单相故障转另 外一相故障时捕获的波形 ，5471 线 A 相单相接地故
障 后 瞬 时 跳 开 ，440 ms 后 C 相 又 发 生 单 相 接 地 故 障 ， 前段符合 A 相单相接地故障特点 ， 在重合闸未 动 作 之 前 转 换 为 C 相 单 相 故 障 ，500 ms 时 切 除 三 相 。 判断为天海 5471 线发生 A 相单相接地转 C 相 单相接地故障的转换性复合故障 。
故障录波器是用来记录电力系统中电气量和 非电气量以及开关量的自动记录装置 。 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 。
84.2 -84.2 91.1 5306UB -91.1 90.6 5306UC -90.6 177.5
（1 ） 加强巡视 ， 定期对故障录波器 进 行 手 动 触 发 ， 检验其是否在正常的工作状态 ， 一旦发现工作不 正常立即联系处理 。 （2 ） 采用备用方案 ， 在笔记本电脑 上 安 装 波 形 分析软件 ， 在保护管理机不能调阅故障录波器的波 形时 ， 采用笔记本电脑调阅方式 ， 对故障进行及时的 分析和判断 。 （3） 加强培训 ， 利用系统维护的机会 ， 请故障录 波器厂家人员现场讲解 。 （4 ） 制定预案 ， 在相关预案中加入 故 障 录 波 器 故障时的应急方案 。 通过这些措施实施 ， 故障录波器的故障率得到 了降低 ， 从而保证在系统发生故障时第一时间内及 时调阅到波形进行分析 ， 提高了事故处理效率 。
1．3 故障录波器的主要参数 （1 ） 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 。 电力 行业标准规定 ，故障录波器的采样速率应达到 5 kHz。 但高的采样速率 ， 则要使用较多的存储空间 ， 同时在
根据分析的单相接地短路故障录波图得出以下 特点 ： （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 、 电压降低为相同相别 ； （3 ） 零序电流向位与故障电流同向 ， 零序 电 压 与故障相电压反向 。 根据以上分析 ， 判断为单相接地故障 ， 故障相为 接地电流明显增大的那一相 。
-40 ms IA IB IC 3I 0 UA UB UC 3U0
0 ms
0 ms
图 3 三相短路 K （3 ） 典型录波图 图 1 A 相单相接地短路 K （1 ） 典型录波图
根据分析三相短路故障录波图得出以下特点 ： （1） 三相电流增大 ， 三相电压降低 ； （2） 没有零序电流 、 零序电压 。 根据以上特点判断故障性质为三相短路故障 。
3 较复杂故障波形的分析
由于现场条件受保护配置等客观因素影响较 大 ， 发生故障时会出现比较复杂的波形 ， 下面根据华 东 500 kV 电网中实际发生的较为复杂的故障做波 形分析 。
2．2 相间接地故障
两相接地故障 ，2 个故障相的电流突变增大 ， 但
3．1 带有顺序重合闸的线路故障波形分析 图 4 为 500 kV 洛 颖 5306 线 发 生 B 相 永 久 性 故障时捕获的波形图 ， 发生故障 60 ms 后 B 相跳开 ， 920 ms 后 B 相重合闸动作 ，重合 B 相 ，重合不成功 ，
5306UA
5306IA -177.5 2.4 5306IB -2.4 0.2 5306IC -0.2 2.2 5306I0 -2.2 2.6 -2.6 0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0 1400.0
5 结束语
通过对典型故障波形的分析 ， 总结了电力系统 内发生典型故障时其电流 、 电压 、 向量的特点 ， 在发 生复杂故障时 ， 可以根据这些特点可以迅速准确地 判断故障情况 ， 这种通过典型波形来确定故障性质 是一种快捷 、 便利的方法 ， 为事故处理 、 恢复供电争 取了宝贵的时间 。 同时也总结了在实际应用中发生 的影响故障录波器正常运行的主要原因和相应的应 对措施 ， 切实保证了故障录波器的稳定运行 ， 为事故 处理提供有力依据 。