故障录波器与故障波形分析

故障录波器及典型故障波形分析,背景电网事故的一般处理程序,电网事故判断,电网事故处理,电网事故分析,现场保护的动作信号来自于调度员的汇报,故障录波器的录波图,保护装置内部动作事件报告和动作波行图,继电保护故障信息,电网事故分析,内容,一、故障录波器的概念二、故障录波器的功能三、故障录波器的原理四、故障录波器之装置特点五、故障录波器的主要参数六、故障录波器的技术分析七、故障录波器在应用中存在的问题及措施八、典型故障波形的分析,一、故障录波器之概念,故障录波器是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种装置,它可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电压及其导出量,如有功、无功以及系统频率的全过程变化现象。,二、故障录波器之功能,按照电力系统发生故障的不同情况，对应于录波器的作用主要体现在以下三个方面：1、系统发生故障，保护动作正确利用故障录波器记录下来的电流电压量对故障线路进行测距，同时给出能否强送的依据,二、故障录波器之功能,2、电力系统元件发生不明原因跳闸利用故障录波器记录下来的电流电压量判断出是否无故障跳闸,查明原因，马上恢复送电,二、故障录波器之功能,3、继电保护装置有不正确动作行为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记录下来的保护动作事件量和开关副接点状态信息找出保护不正确动作的原因，必要时通过计算工具进行模拟计算分析,三、故障录波器之原理,故障录波器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。,三、故障录波器之原理,动作原理由电压互感器、电流互感器提供的电流经A/D转换器,将模拟量变为数字量,再送入计算机,由CPU处理后存入存储器,进行检测计算,探测故障。断路器位置及保护动作情况经开关量输入接口变成电信号,再经隔离之后,成组进入CPU处理存储。在正常情况下,对电压电流只进行采集,对开关只进行扫描。当有故障发生时,CPU采集到电流电压突变量,或过电流、过电压、零序电流、开关状态变化等信号时,启动故障录波。由于数据采集是连续的,故可将故障前一定时段的数据和故障后的全部数据采集,送入RAM。然后存入磁盘,由离线分析程序显示出波形曲线图、一次/二次录波值等。,四、故障录波器之装置特点,1、集故障录波与测距、实时监测和电能质量分析为一体不定长动态录波和故障测距，测距精度优于2%；记录系统发生大扰动时的时刻：年、月、日、时、分、秒、毫秒；记录系统发生大扰动前后各输入量(电流、电压、高频、开关状态等)的变化过程；电力系统实时监测，可实时显示电压、电流波形及系统的有功/无功功率、相角；故障分析和电能质量分析；功角、相角测量；记录油温、压力等非电气量的变化；记录保护和其它自动装置的动作情况；连续慢扫描。,四、故障录波器之装置特点,2、录波启动方式越限启动量优于2，突变启动量优于5；任一路模拟量均可设置为突变量启动和越限启动（含过量和低量启动）；相、序量突变量和越限启动；开关量变位或上跳变、下跳变启动；手动及远方启动。,四、故障录波器之装置特点,3、其他满足电力部部颁标准模块化结构，硬件设计先进强大的软件功能完备的通讯功能和网络功能抗电磁干扰能力强准确的系统时间背插式组屏和USB接口,五、故障录波器之主要参数,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5kHz。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。,五、故障录波器之主要参数,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。,五、故障录波器之主要参数,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。,五、故障录波器之主要参数,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。,五、故障录波器之主要参数,5、录波数据采样及记录方式5.1模拟量采样方式模拟量采样及记录方式按下图执行：St=00.0000t（s）模拟量采样时段顺序时段：系统大扰动开始前的状态数据，记录时间为40ms100ms可调。采样频率10kHz、5kHz、2kHz、1kHz可设。时段：系统大扰动后初期的状态数据，记录时间200ms2000ms可调。采样频率同A段。时段：系统大扰动后中期的状态数据，记录时间1.0s10s可调。数据输出速率1kHz、0.5kHz、0.25kHz可设。时段：系统动态过程数据，不定长录波，录波时间最长为30min，数据输出速率50Hz，10Hz，1Hz可设，输出为有效值。,系统大扰动开始时刻,五、故障录波器之主要参数,5.2、不定长录波的实现,1）非振荡故障启动a)第一次启动，按ABCD顺序录波；b)除A、B段外，如果正在录波又出现一次启动，则录波立即回到S点重新开始ABCD顺序录波。2）自动终止记录条件同时符合如下条件时，则自动停止记录：a)记录时间3s；b)所有启动量全部复归。5.3特殊记录方式如果出现长期的电压、频率越限或电流振荡，则由S时刻开始沿ABCD时段顺序录波，并延长D时段，直至所有起动量全部复归或振荡停息。其中频率值测量精度不劣于0.05Hz。,六、故障录波器之技术分析,各种故障情况下的波行特征：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。两相之间故障，两个故障相的电流大小相等，方向相反，没有零序电流。两相接地故障，两个故障相的电流突变增大，但两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60180之间变化，但有零序电流出现。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。,六、故障录波器之技术分析,故障过程中的波形特征：故障相电流有明显突变增大，电压有一定程度减小，同时有零序电压和零序电流出现在故障切除后，电流通道变为一根直线。如果是线路PT，在线路两端故障均切除后故障相电压变为0，零序电流变得很小或为0，但有很大的零序电压。重合成功。三相电流恢复正常负荷电流，三相电压恢复对称。,六、故障录波器之技术分析,根据故障录波图能够获得的信息1、发生故障的电气元件和故障类型2、保护动作时间和故障切除时间3、故障电流和故障电压4、重合时间以及是否重合成功5、详细的保护动作情况6、完成附属功能（测距、阻抗轨迹、相量以及谐波分析等）,七、故障录波器在应用中存在的问题及措施,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：（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,七、故障录波器在应用中存在的问题及措施,采取措施（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。,七、故障录波器在应用中存在的问题及措施,采取措施（续）（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。,八、典型故障波形的分析,1、单相接地短路故障,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。,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,2011年07月17日兴瑶站110kV兴布乙线C相接地,单相（A相）永久性故障波形图,八、典型故障波形的分析,2、两相接地短路故障,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。,八、典型故障波形的分析,3、两相短路故障,根