故障錄波與動作分析第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

隨著國民經濟的發展，電力系統不斷擴大，電網規模不斷增強，電力系統因故障而停止供電，不僅影響生產，也危及電力系統的安全、穩定運行。盡快了解故障前及故障時的全過程，判斷事故性質，最有效、最直接的途徑是快速讀懂故障錄波圖來了解這個過程，了解故障過程中電流、電壓幅值和相位，故障性質、故障的持續時間，以及保護、斷路器的動作時間等信息。

本次學習主要目的是：

1、了解故障錄波原理及作用；

2、了解故障錄波圖關鍵數據的讀取方法；

3、了解分析故障錄波的基本方法；

4、結合運城電網歷史故障舉例讀圖；

概述第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

一、故障錄波

1.1故障錄波器工作原理

故障錄波器是在電力系統發生故障時，自動、準確記錄故障前、后過程中電氣量和非電氣量以及開關量的自動記錄裝置。

電力系統的各種故障信息是通過故障錄波器及事件記錄(SOE，Seriesofevent)記錄的。變電站采用的微機保護和微機故障錄波器由故障啟動，具有信息數據采集、存儲分析及波形輸出等功能。啟動是靠故障特征明顯的電氣量，有電流、電壓突變量;電流、電壓越限;頻率變化量及開關量等。

采集到的信息數據要盡可能保持故障信息完整性和實時性，一般不作濾波處理。記錄的數據有兩類，電流、電壓瞬時值的交變信號和反映正負躍變的開關量信號。第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

一、故障錄波

為了幫助故障分析，還“記憶”了故障前一段時間的電流電壓量。反映電流、電壓變化的瞬時值波形及反映電位變化的開關量都相對同一時標繪制。

輸出部分包括簡要分析報告、重要故障信息數據及故障全過程波形圖。輸出波形的幅度可根據顯示和打印輸出的需要設定。

總的來說，故障錄波器通過記錄和監視系統中模擬量和事件量來對系統中發生的故障和異常等事件生成故障波形，儲存并發送至遠方主站，通過分析軟件的處理對波形進行分析和計算，從而幫助人們對故障性質，故障發生點的距離，故障的嚴重程度進行準確地判斷。

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1.2故障錄波的作用按照電力系統發生故障的不同情況，故障錄波器在電力系統中的作用主要體現在以下3個方面：1.2.1系統發生故障，繼電保護裝置動作正確可以通過故障錄波器記錄下來的電流量電壓量對故障線路進行測距，幫助巡線人員盡快找到故障點，及時采取措施，縮短停電時間，減少損失。1.2.2電力系統元件發生不明原因跳閘通過對故障錄波器記錄的波形進行分析，可以判斷出開關跳閘的原因。從而采取相應措施，將線路恢復送電或者停電檢修，避免盲目強送造成更大的損失，同時為檢修策略提供依據。

一、故障錄波器第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五1.2.3判斷繼電保護裝置的動作行為

系統由于繼電保護裝置誤動造成無故障跳閘；

系統有故障但保護裝置拒動；

系統有故障但保護動作行為不符合預先設計；

利用故障錄波器中記錄的開關量動作情況來判斷保護的動作是否正確，并可以據此找出保護不正確動作的原因。對于較復雜的故障可以通過記錄下來的電流電壓量對故障量進行計算，從而對保護進行定量考核。

一、故障錄波第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五1.3故障錄波器的主要參數

采樣速率：采樣速率的高低決定了錄波器對高次諧波的記錄能力，在系統發生故障之初，故障波形的高次諧波非常嚴重，因此，為了較真實地記錄故障的暫態過程，錄波器要有較高的采樣速率。但高的采樣速率，則要使用較多的存儲空間，同時在進行數據傳輸時，要花費更長的時間，這很不利于故障后的快速分析故障。A/D轉換位數：A/D轉換器的位數決定了錄波器記錄數據的準確度。對于不同位數的A/D轉換器，在量度同一個幅值的模擬量時，顯然高位數A/D轉換器的每格所代表的值要比低位數A/D轉換器小，也就是說分辨率比較高，這樣就可以具有較高的精度，保證所有通道采樣的一致性。

一、故障錄波第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

最大故障電流記錄能力：該指標用來保證在系統最大短路電流下能夠完整地記錄故障過程，不發生削波，同時在極小電流時又要能用一定的精度。該指標有時還影響到錄波器啟動定值的靈敏度。錄波記錄時間：故障錄波器被觸發后，將根據事先設定的錄波時間采集數據、存儲數據。這幾個時段有：故障前記錄時間，這部分錄波數據主要是用來進行故障定位計算時使用。觸發時段：這部分錄波數據記錄的是故障發生的前期過程，含有較多的暫態分量，故障后進行故障定位和其他電氣量計算使用的主要是這部分數據。故障后時段：這個時段主要記錄系統在故障結束后系統的情況，這段數據主要關心的是變化過程。

一、故障錄波第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五1.4故障錄波器在應用中存在的問題

故障錄波器在實際應用過程中經常出現保護管理機調不到故障波形的故障，嚴重影響了故障波形的分析，在系統發生故障時將影響對故障性質的判斷，根據現場處理的情況有以下幾種原因導致該故障的發生。保護管理機與故障錄波器之間通信中斷。保護管理機死機導致死數據。故障錄波器存儲單元損壞。故障錄波器軟件版本低導致數據溢出。以上原因中保護管理機與故障錄波器之間通信中斷造成調閱不到波形的次數最多，也是經常困擾運行人員的主要原因。

一、故障錄波第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法2.1故障波形圖中讀取準確事件時間

故障分析簡報根據相關量的開入時刻給出了各事件發生的時間。由保護自動給出的分析報告，有時并不十分準確。如斷路器跳開或合上時間，一般來自斷路器位置觸點。斷路器位置觸點與主觸頭并不精確同步，會有一定時差。此外，給出的信息不一定完整。

因此往往需要從波形圖中直接讀取各事件的相對時間，即以電流或電壓波形變化比較明顯的時刻為基準，讀取各事件發生的相對時間。因為電流變大和電壓變小時刻可較準確判斷為故障已發生;故障電流消失和電壓恢復正常的時刻可判斷為故障已切除。以以下故障波形圖為例說明讀取準確事件時間的方法。第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法A故障持續時間為從電流開始變大或電壓開始減低開始到故障電流消失或電壓恢復正常的時間,故障持續時間60ms。第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法B保護動作時間是從故障開始到保護出口的時間,即從電流開始變大或電壓開始降低，到保護輸出觸點閉合的時間，保護動作最快時間為15ms。第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法C開關跳閘時間是從保護輸出觸點閉合到故障電流消失的時間。開關跳閘時間為45ms。一般不用斷路器位置觸點閉合或返回信號。第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法D保護返回時間是指故障電流消失時刻到保護輸出觸點斷開的時間，保護返回時間為30ms。第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法E合閘裝置出口動作時間是從故障消失開始計時到發出重合命令(重合閘觸點閉合)的時間，重合閘動作時間為862ms。第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法F開關合閘時間是從重合閘輸出觸點閉合到再次出現負荷電流的時間，斷路器合閘時間為218ms。一般不用斷路器位置觸點閉合或返回信號。第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法-40mst0msB:15msC:45msA:60msD:30msE:862msF:218ms故障持續時間保護動作時間開關跳閘時間保護返回時間重合閘裝置出口時間開關合閘時間第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法2.2故障波形圖中電流、電壓的有效值的讀取

可以利用故障波形圖中的電流、電壓波形，測量出故障期間電流、電壓的有效值。如下圖所示，B相故障，B相電流通道上呈現故障電流(A、C相僅呈現負荷電流);B相通道上電壓明顯降低。而非故障A、C相電壓相位基本沒有變化。第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五故障電流計算方法:

先以IB通道上的故障電流波形兩邊的最高波峰在刻度標尺上的位置，計算在標尺截取格數除以根號2乘以顯示“I∶4.0A/格”比率，除以2就得到二次電流有效值。最后再乘以故障設備間隔的CT變比，即得到一次電流有效值。假設本間隔CT變比為1200/1。則B相短路的一次電流零序電流的計算方法與IkB相同。需要說明的是實際計算出的是3I0。

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五故障電壓計算方法:先以UB通道上存在的故障電壓波形兩邊的最低波峰在度標尺上的位置,計算出兩邊最低波峰之間截取的標尺格數除以2，乘以在圖中顯示的“U:45V/格”比率再除以根號2就得到二次電壓有效值。最后再乘以故障設備間隔母線PT的變比，即得到一次電壓有效值。假設本間隔PT變比為1100/1。則B相短路的一次電壓零序電壓的計算方法與UkB相同。需要說明的是實際計算出的是3U0。

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法2.3故障波形圖中電流、電壓相位的讀取

準確分析清楚故障的相位必須借助波形圖。

故障電流、電壓相位讀取:可以利用故障波形圖中的電流、電壓波形，測量故障期間電流、電壓的相位，分析故障時的測量阻抗角。可以通過測量電流、電壓波形過零的時間差來計算相位。若電流過零時間滯后于電壓過零時間，則為滯后相位;反之則為超前相位。第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五圖中電流過零變負滯后電壓過零變負約4ms，相當于滯后角18°×4=72°。由此可以判斷故障發生在正方向(相對于本站母線)。并且從這種阻抗角可推斷是線路金屬性接地故障。若實測電流超前電壓110°左右，則表明是反向故障。

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二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法以上介紹的是波形圖中關鍵數據讀取方法的基本原理，實際上一些基本信息的讀取通過故障錄波分析軟件的分析處理后是非常便捷的。如地調調度員在故障發生后，可以通過設置在調度臺的保護信息子站快速地讀取相應的故障錄波圖，并從其自動生成的故障報告中獲得準確相應故障的關鍵信息，包括：故障時間、保護動作情況、故障相別及類型、故障電流、故障測距、重合閘動作情況等，這樣可以更快地對故障情況作出準確判斷利于下一步的事故處理；現場運行及保護專業人員也可以從現場保護裝置調取或打印相應的故障分析簡報和波形圖對故障情況進一步分析與判斷；當遇到復雜故障或者對保護動作行為的正確性有所懷疑時保護技術人員還可以根據相應的故障錄波圖進一步深入分析，對保護動作行為的準確性進行判斷。第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法由調度臺信息子站獲得的故障保護及波形圖。第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法由變電站保護裝置獲得的故障保護及波形圖。由調度臺信息子站獲得的故障報告及波形圖。第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

二、故障錄波圖關鍵數據的讀取方法第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

三、分析故障錄波圖的基本方法

當保護屏處打印出一故障波形圖時，應該首先觀察波形圖的全貌，再判斷故障類型、保護的動作行為、斷路器的動作行為及故障的持續時間等信息，寫出簡要的故障分析報告。由于故障波形圖載有大量的故障信息，還可以詳細地分析電流、電壓波形特點及其變化過程，從中得到對查找事故有用信息。第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

三、分析故障錄波圖的基本方法我們將波形圖分析方法簡單歸納為以下步驟：

1、首先要通過前面所學過的知識大致判斷系統發生了什么故障，故障持續了多長時間；

2、以某一相電壓或電流的過零點為相位基準，查看故障前電流電壓相位關系是否正確，是否為正相序？負荷角為多少度？

3、以故障相電壓或電流的過零點為相位基準，確定故障態各相電流電壓的相位關系；（注意選取相位基準時應躲開故障初始及故障結束部分，因為這兩個區間一是非周期分量較大，而是電壓電流夾角由負荷角轉換為線路阻抗角跳躍較大，容易造成誤分析）

4、繪制向量圖，進行分析。第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

三、分析故障錄波圖的基本方法電力系統故障橫向故障縱向故障對稱故障不對稱故障三相短路單相接地短路兩相短路兩相接地短路單相斷相兩相斷相三相斷相下面以電力系統輸電線路的四種基本故障為例介紹分析故障錄波的基本方法。第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五Three-phase(3Φ)fault

Line-toline(LL)faultSingle-line-to-ground(SLG)faultDouble-line-to-ground(2LG)fault

三、分析故障錄波圖的基本方法第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

三、分析故障錄波圖的基本方法③零序電流相位與故障相電流相位同相，零序電壓與故障相電壓反向。

④故障相電壓超前故障相電流約80度左右；零序電流超前零序電壓約110度左右。單相接地故障錄波圖分析要點：

①一相電流增大，一相電壓降低；出現零序電流、零序電壓。

②電流增大、電壓降低為同一相別。xyoIAUAUBUC3U03I080度左右第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五當我們看到符合第1條的一張錄波圖時，基本上可以確定系統發生了單相接地短路故障；若符合第2條可以確定電壓、電流相別沒有接錯；符合第3條、第4條可以確定保護裝置、二次回路整體均沒有問題（不考慮電壓、電流同時接錯的問題，對于同時接錯的問題需要綜合考慮，比如說你可以收集同一系統上下級變電站的錄波圖，對于同一個系統故障各個變電站錄波圖反映的情況應該是相同的，那么與其他站反映的故障相別不同的變電站就需要進行現場測試）。若單相接地短路故障出現不符合上述條件情況，那么需要仔細分析，查找二次回路是否存在問題。特別說明：南瑞公司900系列線路保護裝置，該系列保護在計算零序保護時加入了一個78度的補償阻抗，其錄波圖上反映的是零序電流超前零序電壓180度左右。

三、分析故障錄波圖的基本方法第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五例如：運城電網2012年07月03日220kV梁侯I線B相接地短路故障，重合復掉；梁村、侯家莊線路兩側（272-263）開關均配置南瑞公司RCS-931AM和國電南自PSL603GCM雙套主保護。我們從梁村263開關兩套保護裝置打印的故障錄波圖中可以看出：

①國電南自PSL603GCM零序電流相位與故障相電流相位同相；零序電壓與故障相電壓反向。

②南瑞公司RCS-931AM零序電流相位與故障相電流相位反向；零序電壓與故障相電壓反向。

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三、分析故障錄波圖的基本方法梁村263開關國電南自PSL603GCM梁村263開關南瑞公司RCS-931AM零序電流相位與故障相電流相位同相零序電流超前零序電壓180度，零序電流相位與故障相電流相位反向第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

三、分析故障錄波圖的基本方法兩相短路故障錄波圖分析要點：①兩相電流增大，兩相電壓降低；沒有零序電流、零序電壓。②電流增大、電壓降低為相同兩個相別。③兩個故障相電流基本反向。④故障相間電壓超前故障相間電流約80度左右。第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

三、分析故障錄波圖的基本方法兩相接地短路故障錄波圖要點：①兩相電流增大，兩相電壓降低；出現零序電流、零序電壓。②電流增大、電壓降低為相同兩個相別。③零序電流向量為位于故障兩相電流間。④故障相間電壓超前故障相間電流約80度左右；零序電流超前零序電壓約110度左右。第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五

三、分析故障錄波圖的基本方法三相短路故障錄波圖分析要點：①三相電流增大，三相電壓降低；沒有零序電流、零序電壓。②故障相電壓超前故障相電流約80度左右；故障相間電壓超前故障相間電流同樣約80度左右。第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四、運城電網歷史故障舉例分析新絳太陽2015年03月03日15時22分46秒，220kV新絳站110kV新太線114發生A相接地故障，線路保護17ms快速動作出口，1088ms重合閘動作出口。上費第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四、運城電網歷史故障舉例分析第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四、運城電網歷史故障舉例分析第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四、運城電網歷史故障舉例分析第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四、運城電網歷史故障舉例分析第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四、運城電網歷史故障舉例分析新絳太陽2015年03月04日13時00分32秒，220kV新絳站110kV新太線114發生AB相短路故障，線路保護16ms快速動作出口，1177ms重合閘動作出口，1302ms距離加速動作出口。上費第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四、運城電網歷史故障舉例分析梁村侯家莊

2012年07月03日16時19分，220kV梁侯I線發生B相接地短路故障，侯家莊側272斷路器線路保護9ms快速動作出口，272斷路器B相重合復掉，682ms三相跳閘出口。梁村側263斷路器線路保護10ms快速動作出口，263斷路器B相重合復掉，655ms三相跳閘出口。263開關RCS-931AM(主保護)263開關PSL603GCM(主保護)272開關PSL603GCM(主保護)272開關RCS-931AM(主保護)第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五梁村263開關南瑞公司RCS-931AM四、運城電網歷史故障舉例分析第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五梁村263開關國電南自PSL603GCM四、運城電網