1、电力系统故障录波识别,电力系统故障录波图识别与分析,我们知道，电力系统的故障过程越短越好，故障时间越短对设备的损坏程度越小，对电网的安全稳定运行越有利。目前国内的高压或超高压系统对于多数的故障均可以作到在0.1s以内切除故障，故障过程是非常短暂的，因此电力系统的各种故障信息必须通过专用故障录波器记录。自从计算机及数字化技术发展以来，开始普遍采用数字化故障录波器，目前电力系统的故障录波已广泛采用数字故障录波器，数字式故障录波器也称为微机故障录波器，它主要有故障录波启动、录波信息数据采集、存储分析及波形输出等部分组成。,故障录波启动主要是利用故障特征明显的电气量来启动录波器工作，一般的启动量有电流
2、、电压突变量启动，电流、电压越限启动，频率变化量启动及开关量启动等。录波器采集到的录波信息数据一般不作滤波处理，尽可能的保持故障信息真实性和实时性。信息数据主要有两种类型，一种为记录电流、电压瞬时值的交变信号，一种为反映正负越变的开关量信号。为了便于分析故障，录波数据一般包含故障前的一部分和故障的全过程，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均采用同一时标绘制。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，输出波形的幅度及多少可根据需要在显示和打印输出时设定。,由于故障录波图中反映了故障前及故障时的全过程，所以，读懂录波图也就了解了故障的全过程，在录波图中可以看到故
3、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、开关的动作时间等信息。为了使读者能在较短的时间内读懂录波图，以便在在事故发生后能够在最短时间内判断出系统的故障性质和保护的动作行为，本章将通过典型事故的波形图分析，介绍如何从录波图中读出相关故障信息和保护等设备的动作信息，帮助运行管理部门确定故障性质和制定事故处理方案。,故障录波图的基本成分,故障录波器的生产厂家较多，型号亦很多，各种型号的录波器的录波图结构不尽相同，标注信息的方式也差别很大，但归结起来可以分为三类，第一类是简单故障分析报告，第二类为故障录波图的基本信息，第三类为各通道录波图。为了对录波图有一个较全面的了解，现将一
4、张较为完整的110kV线路故障录波图示于图1。,图1110kV线路故障典型录波图可以看出录波图主要有以下三部分组成。,1、故障分析报告故障分析报告是录波器自动地对本次故障进行的简单分析汇总，它包括变电站名称、故障设备名称、故障发生的时间、故障类别、故障测距以及保护和开关动作信息等内容，如图2所示。,图2 简单故障分析报告由图可以知道如下信息：2007年03月17日4点27分6秒时，古交变电站157开关古水2线发生B相接地故障，故障距古交变电站21.54kM，故障后0.368s跳开ABC三相开关，1.389s线路重合闸动作合闸成功。其中157保护跳闸9路指157开关的保护装置在第9录波通道，动作
5、（闭合）指该开关量接点闭合时刻，返回（断开）指该开关量接点断开时刻，该保护出口接点0.328s动作，0.382s返回。其它开关量表示方法相同。,2、故障录波图的基本信息,故障录波图的基本信息记录了变电站名、故障器录波启动详细时间、规定电流电压比例尺、时间坐标单位、各录波通道录波信息名称及录波器启动前和启动后10周波各交流量采样基波有效值等内容。,图3故障录波图的基本信息,图中表明变电站名为古交变电站，故障录波器启动详细时间为2007年03月17日04时27分06秒542毫秒，电流比例尺为每毫米代表7.8A、电压比例尺为每毫米代表7.28V，时间坐标为秒，14通道表示157开关古水2线A、B、C
6、及0相电流，5通道表示110kV南母A、B、C及0相电压，0911通道分别代表157开关保护跳闸、重合闸及跳闸位置接点。,在实际工程应用中，有可能出现通道显示标号与实际录波编号不一致的情况，图中 内的内容为实际录波编号,即对应屏后端子排实际接入的通道号,打印录波图时可将与本次故障密切相关的录波通道放在一起,图中的11通道就属这种情况,在11通道中显示的是12路实际录波通道的信号。从图3的基本信息报告可以看出，故障前的两个周波B相电流为1.22A，电压为61.56V，故障后电流变为39.79A，电压变为46.02V，为相接地故障，故障发生在距变电站较远的地方。,故障录波图,故障录波图即为整个故障
7、过程中的电流、电压变化瞬时采样值曲线和开关量的变位情况，如图4所示。,可以看出，录波图分了三段，第一段从-40ms到40 ms，为故障的初始阶段；第二个阶段从300ms到400ms，为故障切除阶段；第三个阶段从1382ms到1520ms，为重合闸阶段。中间没有波形的部分被压缩（或省略），如40ms至300ms部分，代表这段时间内电流、电压波形及开关量没有变化，或交流信号变化很小，这样做一是可以节省录波器的存储空间，另外也可以是波形紧凑，易于阅读。,波形图的纵坐标为时间坐标，单位为秒或毫秒，电流的瞬时值横坐标单位为安培（A），电压的瞬时值横坐标单位为伏特（V）。如果你看到的是一张从录波器直接打印
8、出来的原始录波图，可以用尺子直接测量它们长度，按比例尺计算电流或电压的幅值。波形图上的时间坐标一般都以故障录波器启动开始计时，记为0秒，其他的时间均是以此为基准的相对时间。从电流波形图上可以看出，0s B相电流开始增大，电压开始降低，表明B相发生了接地故障，0.328s保护II段动作出口，0.360s后跳开三相开关切除故障，1.420s线路重合闸动作合闸成功。,上述三部分内容合在一起就构成了一张完整的故障录波图。由于没有统一的格式或标准，其他型号的录波器简单故障分析报告、基本信息及各通道录波图样式和内容差别较大，但是基本结构和内容差不多。,在录波图中读取准确事件时间,上述简单故障分析报告给出的
9、各事件时间均是根据相关开关量的开入时刻，由录波器自动给出的分析报告，有时并不十分准确，如开关跳开或合上时间，一般是以断路器位置接点为基准的，断路器位置接点与主触头在多数情况下并不十分同步，从而会产生一定的误差。另外，给出的信息不一定全，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，读取各事件的相对时间，,这是因为电流变大和电压变小时刻可较准确判断故障已发生，故障电流消失和电压恢复正常的时刻可较准确判断故障已切除。为了便于理解，仍以图4所示的录波图为例，简单说明一下在录波图中读取准确事件时间的方法，并将关键点的事件时间进行了标注，如图5所示。,图5
10、录波图中读取的准确事件时间,1、保护动作时间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减低开始到保护输出接点闭合的时间，如图5所示，保护动作时间为328ms。2、保护返回时间保护返回时间是从故障电流消失开始到保护输出接点断开的时间，如图5所示，保护返回时间为20ms。 3、故障持续时间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，如图7-5所示，故障持续时间为360ms。,4、重合闸装置出口动作时间重合闸装置出口动作时间是从故障消失开始计时到重合闸装置发出合闸命令（重合闸接点闭合）的时间，如图5所示，重合闸动作时间为1011ms。5
11、、断路器跳闸时间断路器跳闸时间是从保护输出接点闭合到故障电流消失的时间，一般不能以断路器位置接点闭合或返回为准，以避开断路器位置接点与主触头的不同步，如图5所示，断路器跳闸时间为35ms。6、断路器合闸动作时间断路器合闸时间是从重合闸输出接点闭合到再次出现负荷电流的时间，同样不能以断路器位置接点闭合或返回为准，如图5所示，断路器合闸时间为36ms。,故障电流电压相位测量,图6 故障电流电压相位测量 a,可以利用录波图中的电流、电压波形测量故障期间电流、电压的相位，即分析故障时的测量阻抗角。,测量方法为通过测量电流、电压波形过零的时间差来计算相位，电流过零时间在电压过零后面为滞后相位，在前面为超
12、前相位，如图6 a)电流过零变负滞后电压过零变负约ms ，相当于滞后18*472，因此也可以判断故障发生在正方向，阻抗角接近线路阻抗角为金属性接地故障。若实测电流超前电压110左右说明是反向发生故障。由图5可以看出，B相发生故障后非故障、C相电压相位基本没有变，因此可以画出它们的相量图如图7-5 b)所示。,图6 故障电流电压相位测量 b,典型录波图分析1）区内瞬时故障录波图分析,图7所示为X X变电站的一次正向区内故障录波图范例。可以看出，该图是一次区内瞬时性故障，故障绝对时间为：2007年06月04日07时21分24秒831毫秒，相对时间0秒，新马I回线295开关发生C相故障，保护14ms
13、发出闭锁信号，26ms停信，保护28ms发出闭锁信号，28ms停信，36ms两套保护同时发出跳闸指令，74msC相开关跳开，590ms保护1发出合闸指令，664ms开关重合闸成功。从而可得两套保护出口跳闸时间为36ms，开关跳闸时间为74-3638ms，开关合闸时间为66459074ms，故障的持续时间为74ms。电流相位滞后电压相位,且两侧先发信后停信（闭锁式保护），本录波图是一次正向区内故障的录波图。,另一变电站的一次正向区内故障录波图范例如图8所示。可以看出该图是一次区内永久性故障，故障时间为2008年08月18日02时33分36秒362毫秒，小杨II回线路发生A 相接地故障，保护正确动
14、作跳开A相开关，重合后再次发生A相接地故障，保护再次动作跳开三相开关，是一次比较典型的永久故障的录波图。,2）区内永久故障录波图分析,图8 正向区内故障录波图范例2,当我们拿到一张录波图时，应该首先观察录波图的全貌，首先判断故障类型，保护的动作行为及开关的动作行为，故障的持续时间等信息，写出简要的故障分析报告，由于故障录波图中含有大量的故障信息，我们还可以详细的分析电流电压波形特点及其它们变化过程，从中得到与查找事故有用信息。如在图8中还可以看出，此次故障本端在约40ms较短的时间内切除故障后对端并没有同步切除故障，对端大约在80ms后才切除故障。这一信息是通过分析A相电流40ms后变为0，零
15、序电压和零序电流在40ms后并没有降低为0，而是在80ms才降为0这一现象得到的。,电力系统非正弦电气波形,1、电流互感器饱和波形当电流互感器所带负载较重时，有可能在系统发生短路故障时出现饱和现象，某线路区内发生A相接地故障时的实际录波图如图9 a)所示。,图9 a)电流互感器饱和后的故障录波图,可以看出，故障发生在A相电压快达到最大值时刻，电流波形的第一个半波没有饱和，从第二半波开始饱和。为了看得更清晰，将A相电流曲线经放大后示于图9 b)。,图9 电流互感器饱和后的故障录波图b),可以看出，电流互感器饱和后的电流波形比正常传变波形（如图中虚线所示）被消掉一部分。该录波图表明，电流互感器出现
16、了较严重的饱和现象，电流波形正常时间5毫秒左右。,一张典型的现场TA饱和录波图范例3如图10所示。这是一张110kV线路区内相永久故障时的录波图，故障持续时间大约350ms，由保护II段动作出口切除故障，重合于相永久故障保护再次动作切除故障。可以看出故障过程中C相电流互感器发生了较为严重的饱和现象，虽然在此次故障中保护动作行为正确，但TA的饱和问题应引起重视。,电力变压器励磁涌流,我们知道变压器送电投入运行和区外故障切除时，将在变压器的送电侧产生励磁涌流，励磁涌流是变压器铁心饱和造成的，励磁涌流的大小及偏离时间轴的方向，与变压器铁心材料、送电瞬间电压的相位以及变压器剩磁的大小和方向有关。同一台
17、变压器在不同的合闸角下会产生不同励磁涌流波形。图11、图12和图13给出了某变电站一台110kV变压器三次合闸时的涌流波形。,图11某变电站110kV变压器在110kV侧空投时的实际录波波形1,图12某变电站110kV变压器在110kV侧空投时的实际录波波形2,图13某变电站110kV变压器在110kV侧空投时的实际录波波形3,可以看出，图11的A、C相偏离时间轴下方，B相偏离时间轴上方，图12正好相反。图11的前5个周波波形完全偏于时间轴一侧，5个周波后时间轴另一侧有一部分电流，图12的C相第一个周波，在时间轴另一侧就有较小的电流。图13涌流波形比较特殊，首先涌流幅值相对上两次小一些（比例尺
18、变小了），波形的第一个周波就出现了时间轴另一侧有电流的现象，且相涌流中几乎没有直流分量，为正负半周相互对称的波形，这种波形使保护的涌流判据变得比较困难。,可以看出，由于涌流的产生是一种比较复杂的物理现象，因此波形也是多种多样的。理论上单相变压器励磁涌流电流的是偏离时间轴一侧的带有间断角的不对称波形，如图7-14所示。,图14单相变压器励磁涌流波形,但对三相变压器而言，有时会出现三相中有一相没有直流分量的情况，即该相的涌流虽然波形畸变，含有各次谐波分量，但对时间轴保持基本对称。另外，也有可能出现涌流间断角小于60或二次谐波含量小于15等特殊的情况。在实际工程中曾遇到过有间断角小于60和二次谐波含
19、量较小引起按相制动差动保护误动的情况，如图15所示。这是一张某220kV降压站空投一台220kV变压器时，保护误动空投失败的录波图。可以看出，涌流中A相和C相电流二次谐波含量较小，且在4周波后波形趋于对称，间断角消失从而引起采用二次谐波按相制动差动保护误动。另外还可以看出，C相虽有间断角，但上下基本对称，且含有电流互感器饱和的特征。,图15某220kV降压站变压器送电时涌流录波图,综合上述分析可以看出，由于变压器励磁涌流的形成机理非常复杂，波形多种多样，所以我们识别这种录波图时，应根据具体情况具体分析，但涌流电流波形中至少有一相存在间断角，二次谐波含量大于15的基本理论是成立的。,请留下宝贵意见!,谢谢！再见,
