故障录波讲解

第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院1/451变电站综合自动化原理与系统主讲：黄勇教材：《变电站综合自动化原理与系统》张惠刚编著中国电力出版社第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院2/452第5章变电站微机故障录波引子微机故障录波原理微机故障录波实例第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院3/453引子1:电力系统运行过程中遇到的一些问题：作为线路的运行部门最不愿听到或最头疼的莫过于接到调度部门“某线路跳闸”的通知，但输电线路固有的“点多、面广、线路长和运行条件恶劣”的特点，决定了线路运行部门时常要接到这样的电话。如何组织事故巡视？如何尽快找到故障点？第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院4/454电力系统运行过程中遇到的一些问题：引子2:作为继保部门来说，所关心的是：如何在事故发生后，查找事故的起因；事故发展过程中各微机保护设备的动作行为正确与否；保护定值整定是否恰当；事故对相关电气设备的冲击；区域性事故对全网和全系统的影响如何；如何根据事故发生情况来调整系统的运行方式等等。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院5/455准确的数据是故障定点的保障：解决之道－1为了提高故障的准确定位，在110kV及以上变电站大部分都装有电力系统故障动态记录装置，即故障录波器。故障录波器的整定值要求其测距误差不大于5%（或2km）且无判相错误，并能准确记录故障前后的电压、电流量，这给故障巡视提供了详实的第一手资料。而装置提供资料的准确与否决定于以下4个方面：①装置的接线是否正确；②装置的定值整定是否准确，这决定于线路参数的测量、定值的计算和定值的整定；③线路进行改造后是否再次进行了核相，线路参数测量，计算定值并进行整定。④线路跳闸后是否进行事故分析，并对装置的定值进行校核和调整，这一点是今后装置能否准确定位的关键。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院6/456细致的分析是故障定点的关键：解决之道－2线路发生故障后，尽管到达故障点的时间越短，故障检出的成功率越高。但是，接到调度命令后决不能盲目地立即巡线，而应一边及时召集必要的事故巡视人员做巡线的有关准备，一边利用较短的时间，收集索要事故数据并进行全面细致的故障分析。首先应在线路台账上对故障进行定位。向调度索要有关线路跳闸时的故障录波器或微机保护的故障测距、相位、有关电压、电流量及保护动作情况。根据故障测距数据，在线路台账上对故障进行定点，按照装置测距误差5%~10%的比例（一般按10%掌握）在台账上确定故障区间，还应结合以往线路跳闸的经验数据进行部分修正。其次应对可能的故障进行定性。这一点很重要也很难，需要灵活运用事故数据分析、丰富的事故查找经验，掌握准确的现场情况，并应经集体商定。根据保护及自动装置的动作情况及反映的故障前后的电压、电流量的数值进行简单定性，才可以对区域外故障或本线路故障进行区分。电力线路发生短路是出现最多的一种故障形式。中性点直接接地的电网中，以单相接地短路的故障最多，约占全部短路故障的90%左右，其次是两相接地故障。两相接地短路故障的特点是：出现较大的零序接地电流，故障相的电压降低较多，故障相的电流增大较多。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院7/457详尽、真实、统一时标的数据是事故后分析的关键解决之道－3在电力系统发生事故后，为了对系统的暂态过程进行分析，判别事故发生的原因，进行事故重现等处理，详尽、真实的数据是基础。由于事故分析时，可能考虑到高次谐波的影响或需要利用故障时某些特殊的高次谐波量进行事故分析，根据来奎斯特采样定理的定义，这种数据的采样频率必须是大于所考虑的最高有效次谐波频率的两倍，如果考虑计算精度，频率应当更高。因此有效的数据应当是满足一定采样频率的真实采样点数据，而不是有效值的采样点。同时，由于系统中存在多个微机自动装置，装置在事故时的动作次序是判别自动装置动作正确性的关键。要进行动作次序的判别，对自动装置出口状态的判别、出口时间的记录又必须足够详细。因此，当电力系统发生事故时必须有一套能够真实记录故障发生前后系统各种模拟、开关状态量的装置。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院8/4585.1微机故障录波原理一、故障录波器的概念：二、故障录波器的作用：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。主要用于检测继电保护与安全自动装置的动作行为，了解系统暂态过程中系统中各电参量的变化规律，校核电力系统计算程序及模型参数的正确性。电力系统故障录波分析产品素有“电力黑匣子”之称，是电力系统进行故障分析的基本工具，对于正确评判继电保护及安全自动装置动作行为、确定故障原因、及早排除故障、恢复正常运行起到了关键的作用，因此对保证电力行业的安全可靠运行具有十分重要的意义。故障录波装置已成为分析系统故障的重要依据。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院9/459电力故障录波器的基本作用（表述2）正确分析事故原因并研究对策，同时可正确清楚的了解系统的情况，及时处理事故；根据所录取的波形图，可以正确评价继电保护和自动装置工作的正确性，特别是对转换性故障更是如此；根据录波图中示出的零序电流值，可以较正确的给出故障地点范围，便于寻找故障点；分析研究振荡规律；分析录波图可以发现继电保护和自动装置缺陷；借助录波器，可实测系统参数以及监视系统的运行状态。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院10/4510电力系统对故障录波器的应用和要求电力系统的动态过程是瞬息万变和无序的，随着环保的约束，坑口电厂大容量机组的长距离送电将显著影响电网的稳定性；而跨区联网使电网的动态行为更加复杂，局部故障可能波及大范围停电；缺电局面和近期开展的电力市场，使设备的运行接近热容量；系统的扩容等因素增加了运行条件的不可预知性。随着大机组、超高压电网的发展，电力行业对安全可靠运行越来越重视，我国电力部门技术规范规定：110KV及以上电压等级变电站，125MW及以上发电厂必须安装故障录波分析装置。电力部门已将继电保护正确动作率与故障录波完好率并列统计。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院11/4511电力系统对故障录波器的应用和要求（续）电力部颁布的有关故障录波器的技术准则和检测标准：《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》1995年电力部颁布了DL/T553~1994《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》1999年颁布了DL/T663~1999《220~500KV电力系统故障动态记录装置检验测试要求》2004年颁布了DL/T-873-2004《微机发电机变压器组动态记录装置技术条件》这些标准明确规定了电力系统故障动态记录装置应达到的记录要求，这对国内生产的故障录波装置提出了越来越高的要求。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院12/4512电力故障录波器的发展国内对故障录波器的研制和开发已经有多年的历史，其中有：机电式录波器光电式录波器采用固态数据存储器的录波器90年代，我国继电保护进入了微机时代，此时产生了第一代微机故障录波器WGL-11（华北电力学院），此后不久又产生了WGL-12，并催生了第一个电力录波装置的技术规范：DL/T553~1994《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》。此后随着计算机技术、电子技术、通讯技术的发展，国产录波器又经历了2－3代的发展，目前更趋向于采用嵌入式技术、网络化技术、分布式构架的录波器设计制作技术。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院13/4513微机故障录波器的基本特点：应当具有强大的数据采集功能；可以采用分时多任务系统的实时信号处理技术；可以具有计算机组网技术和管理机系统；应当具有实时监视功能；现场维护、调试方便；装置整体应具有很高的灵敏度和可靠性；处理机软件功能强大、齐全，能将故障录波、故障分析、打印报告及远传合为一体。录波数据具有统一、标准的输出格式，可以接入系统中其它分析系统，如综自、监控、故障信息联网系统等。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院14/4514TA和TV二次信号{通道1通道2电流、电压变换器低通滤波器采样保持电流、电压变换器低通滤波器采样保持多路转换开关A/D微机CPU总线高频保护{通道1通道2高频变换器采样保持高频变换器采样保持多路转换开关A/D微机CPU……开关量输入光电耦合器接口图5－1微机交流数据采样系统框图第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院15/4515某种微机故障录波器的组成及原理：微机型故障录波器主要包括了前置机和主机（后台机）两大部分。一台微机故障录波器可由一台主机和多台互为独立的前置机组成分布式结构。这种结构具有两大优点：一是避免局部故障而引起整套装置退出工作，便于维护和管理；二是对任一台前置机进行校验和维修，不会影响整套装置的运行。1、前置机主要由中央处理器和一些外围电路组成，前置机的主要功能是交流数据采集。其中交流数据采集功能模块主要包括：变换器：一般分为模拟变换器和光电隔离变换器两大类型。变换器的作用主要有：电气隔离、幅度变换。低通滤波器：低通滤波器的作用主要有：一是滤除输入信号中的干扰信号，起抗干扰作用；二是滤除高次谐波信号，降低输入信号的截止频率，使输出信号满足采样定理的要求，从而使数据采集的离散信号能如实反应输入信号中有用频率信号的变化情况。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院16/4516采样保持器；多路转换开关；A/D转换器；开关量信号的数据采集；中央处理器（CPU）。2、主机：主要由工控机、半导体固化盘和接口系统三大部分组成。其中接口系统主要功能有：与前置机通讯和信号的输出。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院17/4517微机故障录波器的启动方式：内部自起动判据及推荐值：各相和零序电压突变量：ΔU≥±5%UN；ΔU0≥±2%UN。电压越限：110%UN≤U1≤90%UN；U2≥3%UN；U0≥2%UN。主变压器中性点电流：3I0≥10%IN。频率越限与变化率：50.5Hz≤f≤49.5Hz；df/dt≥0.1Hz/s。线路同一相电流变化：0.5s内最大值与最小值之差≥10%。220kV及以上断路器的保护跳闸信号起动。空触点输入。变电所和上级调度来的起动命令。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院18/4518微机故障录波器的数据记录方式：第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院19/4519微机故障录波器的数据记录方式：模拟量采样方式按图所示时段顺序要求执行。A时段：系统大扰动开始前的状态数据，输出原始记录波形及有效值，记录时间≥0.04s。B时段：系统大扰动后初期的状态数据，可直接输出原始记录波形，可观察到5次谐波，同时也可输出每一周波的工频有效值及直流分量值，记录时间≥0.1s。C时段：系统大扰动后的中期状态数据，输出连续的工频有效值，记录时间≥1.0s。D时段：系统动态过程数据，每0.1s输出一个工频有效值，记录时间≥20s。E时段：系统长过程的动态数据，每1s输出一个工频有效值，记录时间＞10min。输出数据的时间标签，对短路故障等突变事件，以系统大扰动开始时刻，例如短路开始时刻，为该次事件的时间零坐标，误差不大于1ms；事件的标准时间由调度中心给定。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院20/4520交流电流量微机故障录波器记录量的有效范围及分辨率：以额定电流有效值IN=5A或1A为标准，要求线性测量范围为工频有效值(0.1～20)IN，考虑直流分量。交流电压量以额定相电压有效值为标准，要求线性测量范围为工频有效值(0.01～2.0)UN。对220kV变电所，取自两母线电压互感器。对500kV变电所，取自线路和一台母线电压互感器。开关量分辨率不劣于1.0ms。第5章变电站微机故障录波四川大学电气信息学院21/4521故障录波器的通信网络：