電力系統(tǒng)自動裝置 課件 第7章故障錄波裝置

任課教師：呂文虎電力系統(tǒng)自動裝置福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院第7章

故障錄波裝置2微機型故障錄波裝置3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇目錄Contents7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇PART017.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇故障錄波的定義

故障錄波裝置用于主要發(fā)電廠、220KV及以上變電所和110KV重要變電所，便于分析電力系統(tǒng)故障及繼電保護和安全自動裝置在事故過程中的動作情況，迅速判斷線路故障的位置指當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，能迅速直接記錄下與故障有關(guān)的運行參數(shù)的一種自動記錄裝置。7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.1故障錄波裝置的作用（1）為正確分析事故原因、及時處理事故提供重要依據(jù)。（2）便于查找故障點，加快處理事故進程，減輕巡線人員勞動強度。利用錄取的電流、電壓波形，可以推算出一次電流、電壓數(shù)值，由此計算出故障點位置，使巡線范圍大大縮小，省時、省力，對迅速恢復(fù)供電具有重要的作用。通過錄取的故障過程波形圖，可反映故障類型、相別、故障電流、電壓大小，斷路器的跳合閘時間和重合閘是否成功等情況。據(jù)此可以分析故障原因，研究防范措施，減少故障發(fā)生或為及時處理事故提供可靠的依據(jù)。7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.1故障錄波裝置的作用（3）分析評價繼電保護及自動裝置的動作情況，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，以便消除事故隱患。

根據(jù)錄波資料，可以正確評價繼保和自動裝置工作情況（正確動作、誤動、拒動），尤其是發(fā)生轉(zhuǎn)換性故障時，裝置提供的準確資料，可幫助發(fā)現(xiàn)繼保和自動裝置的不足，有利于進一步改進和完善這些裝置。同時，真實記錄了斷路器的情況（跳、合閘時間，拒動、跳躍、斷相等），可發(fā)現(xiàn)斷路器存在的問題，消除隱患。7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.1故障錄波裝置的作用（4）了解系統(tǒng)運行情況，迅速處理事故。從故障錄波圖的電氣量變化曲線，可以清楚地了解電力系統(tǒng)的運行情況，并判斷事故原因，為及時、正確處理事故提供依據(jù)。（5）實測系統(tǒng)參數(shù)，研究電力系統(tǒng)振蕩。故障錄波可以實測某些難以用普通實驗方法得到的參數(shù)，為系統(tǒng)的有關(guān)計算提供可靠數(shù)據(jù)。故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.2故障錄波裝置的發(fā)展1.故障錄波裝置的發(fā)展階段

第一階段機械—油墨式故障錄波裝置第二階段機械—光電式故障錄波裝置第三階段微機—數(shù)字式故障錄波裝置故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.2故障錄波裝置的發(fā)展（1）功能完整，自成體系。裝置具有16路模擬量輸入、16路開關(guān)量輸入，還可以由2～3臺錄波裝置組屏構(gòu)成32路或48路的故障錄波屏，具有擴展靈活、工作相對獨立的特點。（2）軟件啟動錄波。每一模擬量通道均可啟動錄波。采用鍵盤設(shè)定錄波啟動方式及啟動限值。每一啟動方式均有突變量啟動、低限啟動和過限啟動三種選擇，還可設(shè)定系統(tǒng)的振蕩啟動。具有人機對話功能，便于在工作現(xiàn)場整定限值，也簡化了硬件配置。2.微機故障錄波裝置優(yōu)點7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.2故障錄波裝置的發(fā)展（3）錄波時間長，錄波完整、不間斷。具有三個循環(huán)存放的錄波數(shù)據(jù)存儲空間，每個存儲空間可存儲一次未經(jīng)壓縮的錄波數(shù)據(jù)，每次錄波時間為4.2s，其中有故障前的100ms。不間斷錄波時間最長為12.6s(3次)。每次錄波后數(shù)據(jù)自動存盤，快速清空數(shù)據(jù)存儲空間，以便連續(xù)錄波。存盤后自動繪圖輸出。采用不間斷方式采集數(shù)據(jù)及故障判斷。在存盤及繪圖過程中，若系統(tǒng)再次發(fā)生故障，仍可進行錄波且不影響當(dāng)前的存盤及繪圖。2.微機故障錄波裝置優(yōu)點7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.2故障錄波裝置的發(fā)展（4）具有完善的智能化打印繪圖功能。打印輸出時能夠?qū)︿洸〝?shù)據(jù)進行分析，自動確定繪圖比例，自動選擇電氣量有變化的部分。打印輸出的信息報告內(nèi)容包括故障時刻、故障元件、故障地點、故障類型、自動重合閘動作情況、開關(guān)量動作順序等。（5）故障錄波數(shù)據(jù)后期處理。

對故障錄波后的數(shù)據(jù)，可在機上用專用的軟件進行離線處理?？蓪︿洸〝?shù)據(jù)全過程模擬量的每一部分及開關(guān)量進行放大、縮小、定格、重新排列、打印輸出等，還可利用卡遠傳錄波數(shù)據(jù)到調(diào)度中心進行分析處理。2.微機故障錄波裝置優(yōu)點7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.2故障錄波裝置的發(fā)展（6）掉電保護功能。掉電時，實時時鐘及錄波數(shù)據(jù)等信息不丟失。（7）人機對話功能。定值、時鐘和各種操作指令均可通過面板上按鍵和顯示器進行直接的觀察和操作。2.微機故障錄波裝置優(yōu)點7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.3故障錄波裝置錄取量的選擇1.錄取量的選擇錄取量的選擇包括模擬量和開關(guān)量的選擇,選擇哪些錄取量應(yīng)根據(jù)監(jiān)測的電氣設(shè)備的要求。一般監(jiān)測的電氣設(shè)備有發(fā)電機、變壓器、輸電線路等，所以錄取的模擬量可以是與這些設(shè)備有關(guān)的電壓、電流、有功、無功、阻抗、諧波分量、溫度等，錄取的開關(guān)量是重要的斷路器、隔離開關(guān)及保護裝置的狀態(tài)等。7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇2.故障錄波裝置錄取量選擇的基本要求錄取量選擇的要求（1）線路零序電流必錄。（2）錄取波形應(yīng)能明確看出故障類型、相別、故障電流、電壓的量值及變化規(guī)律，跳合閘的時間等。（3）錄波量力求完整。如對220KV及以上線路三相電流應(yīng)當(dāng)錄全。（4）在可能發(fā)生振蕩的線路上，可錄一相功率量。（5）對于裝有相差高頻保護的線路，當(dāng)需要錄取高頻信號時，可少錄一相該線的電流，利用錄取電流的振子改錄高頻信號。對少錄的一相電流可采取縱橫配合的方法來彌補。（6）當(dāng)需要記憶量時，可錄一組電流及一組相電壓。7.1故障錄波裝置的作用及錄取量的選擇7.1.3故障錄波裝置錄取量的選擇2.故障錄波裝置的配置考慮：便于分析事故、便于尋找故障點、便于了解系統(tǒng)中的主要設(shè)備、便于監(jiān)視系統(tǒng)中的主要設(shè)備。（1）一般330KV及以上線路每回裝一套（2）220KV線路2-3回裝一套（3）110KV重要變電所出線3-4回裝一套。/7.2微機型故障錄波裝置PART027.2微機型故障錄波裝置7.2.1微機型故障錄波裝置的組成微機故障錄波裝置軟件硬件后臺機：用于數(shù)據(jù)管理和處理輔助變換器：用于變換電流、電壓等模擬量，以適應(yīng)單片微機的A/D轉(zhuǎn)換要求。前置機：用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和判斷啟動用，將故障信息快速及時傳到后臺。7.2微機型故障錄波裝置裝置框圖7.2微機型故障錄波裝置7.2.1微機型故障錄波裝置的組成1.前置機是一個多CPU系統(tǒng)

前置機由4個數(shù)據(jù)采集CPU插件、人機接口插件、開關(guān)量輸入插件、逆變電源及告警插件組成，實際上是一個智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。每塊數(shù)據(jù)采集CPU插件與微機保護的CPU插件結(jié)構(gòu)基本相同，但數(shù)據(jù)采集CPU插件的容量要大得多，如每塊CPU插件的靜態(tài)RAM有512KB，而后臺PC機的內(nèi)存和硬盤容量更大。7.2微機型故障錄波裝置7.2.1微機型故障錄波裝置的組成2.后臺機部分主要用于數(shù)據(jù)處理和管理

由一臺PC機和一臺顯示器構(gòu)成，或由筆記本計算機構(gòu)成。后臺機在前置機給出啟動命令后即接收前置機送來的故障錄波數(shù)據(jù)、信息，通過數(shù)據(jù)處理及管理，完成故障測距計算，給出各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)表格，繪圖打印輸出。7.2微機型故障錄波裝置7.2.2微機型故障錄波裝置的軟件原理軟件主程序采樣中斷服務(wù)程序故障錄波程序7.2微機型故障錄波裝置7.2.2微機型故障錄波裝置的軟件原理1.主程序框圖原理說明插件芯片級的初始化:對各芯片的功能及方式初始化。CPU插件自檢:RAM、ROM、EPROM、EEPROM及CPU本身的自檢同步采樣信號檢測:所有各CPU插件均用一條線專門接收人機接口插件的同步采樣脈沖，同步采樣信號檢測就是檢測同步采樣脈沖是否正常。如插件自檢和同步采樣信號檢測未通過則告警并打印報告。7.2微機型故障錄波裝置7.2.2微機型故障錄波裝置的軟件原理1.主程序框圖原理說明中斷開放主要是指允許采樣中斷。采樣中斷開放后，將定時從主程序轉(zhuǎn)入采樣中斷服務(wù)程序，完成采樣任務(wù)后再回到主程序。系統(tǒng)自檢是指TA、TV的斷線檢測或者其他專業(yè)自檢。自啟動判據(jù)是反映系統(tǒng)故障的電壓U0、U1、U2各序分量值是否超過定值。7.2微機型故障錄波裝置7.2.2微機型故障錄波裝置的軟件原理2.采樣中斷服務(wù)程序原理說明（1）存儲單元采樣值刷新進入采樣服務(wù)中斷程序后，采樣計算VFC輸出的脈沖數(shù)。對采樣CPU插件的12路模擬量全部采樣結(jié)束，將最近的10周中采樣計數(shù)存儲單元所存儲的采樣值全部刷新?lián)Q為最新的采樣值。7.2微機型故障錄波裝置7.2.2微機型故障錄波裝置的軟件原理2.采樣中斷服務(wù)程序原理說明（2）自啟動判據(jù)檢測根據(jù)剛刷新的計數(shù)值，計算各通道已選定的突變量，判斷是否大于整定值，如大于整定值，則使啟動標志位置1，修改返回地址為故障錄波程序首地址，即進入故障錄波程序；如不大于整定值，則進入開關(guān)量自啟動判據(jù)程序，如選定的自啟動開關(guān)量狀態(tài)為1則立即啟動標志位，轉(zhuǎn)入故障錄波程序，否則結(jié)束采樣中斷服務(wù)程序回到主程序中循環(huán)。7.2微機型故障錄波裝置7.2.2微機型故障錄波裝置的軟件原理3.故障錄波程序原理說明按故障錄波的劃分時段、順序記錄的原理，檢測啟動標志后就保留故障前3周的首段記錄，隨即清啟動標志位，然后按順序賦值錄波段，再進入按時段壓縮數(shù)據(jù)自程序（數(shù)據(jù)處理程序）并保留被壓縮的數(shù)據(jù)。如在錄波及數(shù)據(jù)處理過程中，檢出系統(tǒng)又發(fā)生故障（即檢出再啟動），則錄波重新進行，轉(zhuǎn)入錄波初始程序。整個故障錄波過程就是按時段(A～E)逐段順序記錄不斷循環(huán)完成錄波的。7.2微機型故障錄波裝置7.2.3微機型故障錄波裝置的功能

微機型故障錄波裝置的功能主要是由前置機來完成，前置機的軟件功能主要有數(shù)據(jù)采集任務(wù)、判斷啟動任務(wù)、及時將數(shù)據(jù)傳送至后臺機。1.數(shù)據(jù)采集任務(wù)數(shù)據(jù)采集任務(wù)是1ms進行一次定時采樣及計算，每次定時采樣均進入采樣中斷服務(wù)程序。7.2微機型故障錄波裝置7.2.3微機型故障錄波裝置的功能2.判斷啟動任務(wù)分為內(nèi)部啟動和外部啟動兩種。3.數(shù)據(jù)通信任務(wù)將數(shù)據(jù)采集信息通過串行總線及時地傳送到人機接口插件，利用人機接口插件中的串行口通信中斷服務(wù)程序，將錄波的數(shù)據(jù)信息再傳入后臺機永久保存。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護PART037.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.1故障錄波裝置的啟動裝置的故障錄波啟動（一）內(nèi)部啟動（二）外部啟動7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護故障錄波裝置的啟動1.內(nèi)部啟動內(nèi)部啟動1.各相相電壓和零序電壓突變量啟動規(guī)定相電壓突變量為△Uh≥±5%UN

規(guī)定零序電壓突變量為△U≥±2%UN2.過壓和欠壓啟動3.主變壓器中性點電流越限啟動規(guī)定變壓器中性點電流越限啟動值為3I0≥±10%IN4.頻率越限與變化率啟動頻率越限啟動值為50.5HZ≤f≤49.5HZ；頻率變化率啟動值為df/dt≥0.1HZ/S5.系統(tǒng)振蕩啟動7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護故障錄波裝置的啟動2.外部啟動外部啟動1.斷路器的保護跳閘信號啟動由繼電保護裝置跳閘命令啟動故障動態(tài)記錄時，應(yīng)當(dāng)選用與發(fā)出斷路器跳閘命令同步的觸點信號（最好是跳閘出口繼電器的觸點），以準確記錄啟動時刻。為了避免干擾，以空觸點經(jīng)雙絞線輸出到故障錄波器是必要的。2.手動和遙控啟動可以由變電所就地和上級調(diào)度來遠方命令啟動。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.2錄波數(shù)據(jù)采樣及記錄方式1.分時段記錄方式故障記錄可分為A、B、C、D、E共5個時段,對于這5個時段不僅故障量記錄的時間長短不同，而且故障量的采樣頻率也不一樣。

7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.2錄波數(shù)據(jù)采樣及記錄方式1.分時段記錄方式B時段：記錄系統(tǒng)大擾動后初期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，可直接輸出原始記錄波形，可觀察5次諧波，同時也輸出每一周的工頻有效值，記錄時間大于0.1S。

A時段：記錄系統(tǒng)大擾動開始前的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始記錄波形及有效值，記錄時間大于0.04S。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.2錄波數(shù)據(jù)采樣及記錄方式1.分時段記錄方式E時段：系統(tǒng)長過程的動態(tài)數(shù)據(jù)，每1輸出一個工頻有效值，記錄時間大于10min。C時段：系統(tǒng)大擾動后的中期狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出連續(xù)的工頻有效值，記錄時間大于1.0S。D時段：系統(tǒng)動態(tài)過程數(shù)據(jù)，每0.1S輸出一個工頻有效值，記錄時間大于20S。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.2錄波數(shù)據(jù)采樣及記錄方式2.不定長錄波（1）非振蕩故障啟動在某一時刻，啟動量滿足任一啟動條件，裝置啟動錄波。如果在錄波的過程中有且僅有這一次故障啟動時，裝置將按A-B-C-D時段順序進行錄波。如果裝置在已啟動的錄波過程中，有突變量輸出或斷路器跳合閘信號時，若在B、C時段，則由t=0時刻開始沿B、C、D、E時段重復(fù)執(zhí)行；否則應(yīng)沿A、B、C、D、E時段重復(fù)執(zhí)行。以上啟動方式的錄波的結(jié)束條件為：所有啟動量全部復(fù)歸，并且記錄時間大于3S。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀1.故障波形圖中讀取準確事件時間圖7-7故障波形讀取準確時間圖故障持續(xù)時間：故障持續(xù)時間為從電流開始變大或電壓開始降低到故障電流消失或電壓恢復(fù)正常的時間，如圖7-8所示的A段，故障持續(xù)時間為60ms。圖7-8故障波形時間匯集柱圖7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀1.故障波形圖中讀取準確事件時間圖7-7故障波形讀取準確時間圖保護動作時間: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，如圖7-7所示的B段，保護動作最快時間為15ms。圖7-8故障波形時間匯集柱圖7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀1.故障波形圖中讀取準確事件時間圖7-7故障波形讀取準確時間圖斷路器跳閘時間:斷路器跳閘時間是從保護輸出觸點閉合到故障電流消失的時間。如圖7-8所示C段，斷路器跳閘時間為45ms。一般不用斷路器位置觸點閉合或返回信號。圖7-8故障波形時間匯集柱圖7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀1.故障波形圖中讀取準確事件時間圖7-7故障波形讀取準確時間圖保護返回時間: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，如圖7-7所示D段，保護返回時間為30ms。圖7-8故障波形時間匯集柱圖7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀1.故障波形圖中讀取準確事件時間圖7-7故障波形讀取準確時間圖重合閘裝置出口動作時間:重合閘裝置出口動作時間是從故障消失開始計時到發(fā)出重合命令（重合閘觸點閉合）的時間，如圖7-7所示E段。圖中重合閘動作時間為862ms。圖7-8故障波形時間匯集柱圖7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀1.故障波形圖中讀取準確事件時間圖7-7故障波形讀取準確時間圖斷路器合閘動作時間:斷路器合閘時間是從重合閘輸出觸點閉合到再次出現(xiàn)負荷電流的時間。如圖7-7所示F段，斷路器合閘時間為218ms。也不用斷路器位置觸點閉合或返回信號。圖7-8故障波形時間匯集柱圖7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀2.故障波形圖中電流、電壓有效值的讀取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。如圖7-9所示，B相故障，B相電流通道上呈現(xiàn)故障電流（A、C相僅呈現(xiàn)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。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀2.故障波形圖中電流、電壓有效值的讀取電流計算方法:7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀2.故障波形圖中電流、電壓有效值的讀取零序電流的計算方法與相同。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀3.故障波形圖中電流、電壓相位的讀取7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀4.波形圖中區(qū)分故障性質(zhì)圖7-12線路保護區(qū)內(nèi)故障波形圖（1）正向區(qū)內(nèi)瞬時故障波圖分析圖示變電站的某次出線B相正向區(qū)內(nèi)瞬時故障波形圖。所裝設(shè)的是“允許”式線路高頻保護。故障后，本側(cè)保護2～3ms發(fā)信，B相相電壓明顯降低。過8～9ms收到對側(cè)“允許”信號，判斷為區(qū)內(nèi)故障，發(fā)出跳閘指令，15ms后斷路器切斷故障電流。在922ms時保護發(fā)出重合閘指令，斷路器重合閘成功。電流、電壓恢復(fù)正常。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀4.波形圖中區(qū)分故障性質(zhì)圖7-13線路永久性故障分析波形圖（2）正向區(qū)內(nèi)永久故障波圖分析圖示變電站出線某次正向區(qū)內(nèi)永久性故障波形圖。故障后，B相電壓明顯降低，本側(cè)保護大約2～3ms發(fā)信，過8～9ms收到對側(cè)“允許”信號，判斷為B相區(qū)內(nèi)故障，發(fā)出跳閘指令，15ms后斷路器跳開，在922ms時保護發(fā)出重合閘指令，重合到故障的線路，線路又發(fā)生第二次故障，斷路器無時限跳開三相。保護不再發(fā)重合閘命令（原因是采用的為單次重合閘。重合閘動作一次后，短時充電未足再動作）。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.3故障錄波圖解讀對故障錄波圖進行進行故障分析要注意把握故障細節(jié)，要本著科學(xué)嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和精益求精的工匠精神進行嚴謹細致地分析，從而確定故障發(fā)生的相關(guān)信息，才能排除故障和探尋故障發(fā)生的原因并防患于未然。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護7.3.4分析故障錄波實例圖中左邊數(shù)據(jù)的意義(以ua的波形為例說明)：41.205—表示左光標對應(yīng)時刻為0.049的二次值，單位為（圖中未標出）；82.011—表示右光標對應(yīng)時刻為7.000的二次值，單位為v；100—表示縱軸上白色刻度點與零點之間的長度代表值（二次值），單位為v。7.3故障錄波裝置的應(yīng)用及運行維護分析故障錄波實例對-0.050～7.000波形圖觀察分析可知，系統(tǒng)振蕩發(fā)生時刻為0.000s（時間前的“-”號表示故障前的時間），到2.958s振蕩加劇，振蕩頻率增加；在5.732s系統(tǒng)又發(fā)生三相短路。三相短路開始時出現(xiàn)短時的零序電壓和零序電流，因三相短路瞬間的不對稱，此現(xiàn)象也被完整、準確地顯示在圖中。在6.215s三相短路穩(wěn)定，被檢測線路存在三相電壓外，其他錄取量均為零或接近零，表明三相短路的短路點在該線路很近的其他線路上。（1）檢查裝置各個指示應(yīng)正常。（2）檢查微機箱各個模擬插件和開關(guān)量插件插入牢固無松動或掉出。（4）按鍵盤任意鍵，查看顯示器顯示內(nèi)容。（3）檢查變送器箱