电力系统故障诊断技术案例集

电力系统故障诊断技术案例集电力系统故障诊断是保障电网安全稳定运行的核心环节，其技术应用需结合保护装置分析、录波数据挖掘、多源信息融合等手段，实现“精准定位、快速处置”。本文通过4类典型故障案例，解析诊断技术的实践逻辑与经验启示。案例一：变压器绕组匝间短路的多维度诊断故障背景：某220kV变电站#1主变（容量180MVA，YNd11接线）负荷高峰时突发重瓦斯+差动保护动作，油温升至85℃（正常≤75℃），监控系统报警“内部故障”。诊断过程：1.油色谱分析（DGA）：采集油样检测溶解气体，总烃（ΣCnHm）达320μL/L（警戒值150μL/L），其中H₂=120μL/L、CH₄=80μL/L、C₂H₂=20μL/L。通过IEC____三比值法（C₂H₂/C₂H₄=0.3、CH₄/H₂=0.67），判断为“过热+局部放电”故障，指向绕组匝间短路。2.绕组变形测试（频响法）：对高/中/低压绕组测试，高压绕组____kHz频段传递函数幅值偏差超3dB、相位偏差>15°，与历史基准曲线差异显著，佐证绕组结构变形。3.保护录波验证：差动保护录波显示，故障时刻差动电流突增至1.2In（In为额定电流），三相电流不平衡度达25%（正常≤5%），进一步确认匝间短路。处置与验证：吊罩检查发现高压绕组B相匝间绝缘击穿，重新绕制绕组、真空注油后，DGA和频响测试恢复正常，变压器投运稳定。经验启示：变压器内部故障需DGA（故障性质）+电气试验（故障定位）+保护录波（时序验证）协同，避免单一方法误判；重瓦斯动作后优先排查油中气体，若伴随差动保护动作，重点关注绕组短路类故障。案例二：输电线路单相接地的行波定位与诱因分析故障概况：110kV甲-乙线路（42km，架空绝缘导线）暴雨天发生A相接地故障，距离保护Ⅰ段跳闸、重合闸失败，零序保护动作时间1.2s。诊断技术应用：1.行波定位系统：线路两端行波装置记录故障行波到达时间，结合行波速度（1.6×10⁵km/s），计算故障点距甲站约18.7km（时间差Δt=234μs）。2.故障录波分析：甲站录波显示A相电压骤降至0.2Un，零序电压升至0.8Un，判断为金属性接地；结合微气象数据（湿度95%、雷电活动），推测为雷击或绝缘子闪络。3.现场排查：沿18-19km段巡查，发现#35杆塔A相绝缘子（XP-70型）表面放电、伞裙破损，绝缘电阻<50MΩ（正常≥200MΩ），确认故障点。处置与优化：更换破损绝缘子，加装线路避雷器（#30-#40杆塔），后续暴雨天故障次数下降70%。实践要点：行波定位精度受行波速度、装置同步性影响，需结合线路参数（导线类型、地形）修正；气象因素（雷电、覆冰、污秽）是线路接地故障重要诱因，诊断时需关联微气象数据。案例三：母线差动保护误动的二次回路隐患排查故障现象：220kV丙变电站220kV母线差动保护无征兆动作，跳开5条出线及母联，但现场无一次设备异常，二次报警“差流越限”。诊断逻辑与步骤：1.保护逻辑回溯：调取母线保护采样值，发现丁线CT采样值故障前10ms骤升骤降（峰值2In，持续2ms），其余支路正常，初步判断CT异常。2.CT二次回路检测：断开丁线CT二次端子排，测量绕组电阻1.2Ω（正常≤0.5Ω），端子排螺丝松动（力矩<8N·m），模拟振动后电阻波动至3Ω，确认二次回路接触不良导致暂态饱和（CT铁芯暂态饱和，输出波形失真）。3.录波波形验证：丁线CT录波呈“尖顶波”（饱和特征），差流计算中“虚假电流”导致保护误判。整改措施：紧固CT二次端子排（力矩12N·m），更换合格CT，重新校验差流定值，投运后保护正常。关键经验：母线差动保护误动多源于二次回路（CT饱和、接线松动、极性错误），需优先排查采样值真实性；暂态饱和的CT波形（尖顶、半波、谐波含量高）可通过录波快速识别，避免误判一次设备故障。案例四：光伏电站逆变器集群脱网的谐波谐振诊断故障场景：某300MW光伏电站电网电压短时跌落（0.8Un，0.5s）后，20台逆变器（5MW/台）批量脱网，电网侧电压谐波畸变率THD_U升至8%（国标≤5%），频率波动至50.2Hz。多尺度诊断分析：1.广域监测（WAMS）：调度端WAMS显示，故障后并网点电压2次、5次谐波放大，电压-电流相位差达120°（正常≤30°），判断为谐波谐振。2.逆变器故障录波：脱网逆变器录波显示，过流（1.5In）、过压（1.1Un）保护动作，直流侧电压波动至1.2Ud，触发“低电压穿越”失败逻辑。3.控制策略分析：逆变器下垂控制参数（P/Q下垂系数）设为0.05（默认0.02），故障后无功输出过量，与电网LC参数形成5次谐波谐振（f=1/(2π√(LC))≈250Hz）。治理方案：调整下垂系数至0.02，限制故障后无功输出；并网点加装5次无源滤波器（电抗0.1mH、电容20μF），THD_U降至3%以下；优化低电压穿越策略，过压保护定值提升至1.2Un，避免非故障脱网。新能源并网启示：逆变器集群故障易引发电网级扰动，需结合WAMS广域视角+设备级录波定位谐振源；控制参数（下垂、限流、保护定值）合理性直接影响故障穿越能力，需动态优化。结语：故障诊断的技术演进与实践方向电力系统故障诊断已从“单一保护依赖”向“多源数据融合+智能分析”升级。未来，机器学习（随机森林、LSTM）可