资源描述
电力系统故障录波装置,成庄工区焦海君,教学重点：,故障录波装置的硬件构成；故障录波装置的操作说明；典型故障波形的分析。,教学目的：通过学习，使学员对故障录波装置的应用、发展有简单了解，并在此基础之上理解、掌握故障录波装置的硬件构成、装置各部分的操作方法。并通过典型故障波形的分析，使大家具备初步分析故障波形的能力。,概述,故障录波装置的硬件构成,录波装置的操作说明,典型波形的分析,一、故障录波装置的应用场所,第一节概述,故障录波装置主要用于发电厂、220KV及以上变电所和110KV重要变电所，便于分析电力系统故障及继电保护和安全自动装置在事故过程中的动作情况，迅速判断线路故障的位置,二、故障录波装置的作用,（1）为正确分析事故原因、及时处理事故提供重要依据。,（2）帮助寻找故障点，加快处理事故进程，减轻巡线人员劳动强度。,根据装置记录的数据或波形，可以推算出一次电流、电压数值，由此计算出故障点位置，使巡线范围大大缩小，省时、省力，对迅速恢复供电具有重要的作用。,（3）分析评价继电保护及自动装置的动作情况，及时发现设备缺陷，以便消除事故隐患。,根据录波资料，可以正确评价继保和自动装置工作情况（正确动作、误动、拒动），同时，真实记录了断路器的情况（跳、合闸时间，拒动、跳跃、断相等），可发现断路器存在的问题，消除隐患。实际上，故障录波装置就是用二次值反映一次系统的实际运行工况，是缩小了的一次电力系统。一次系统的所有状况理论上都可以在故障录波装置上分析出来。）,（4）了解系统运行情况，迅速处理事故。,从故障录波图的电气量变化曲线，可以清楚地了解电力系统的运行情况，并判断事故原因，为及时、正确处理事故提供依据。,三、故障录波装置的发展,第一阶段,机械油墨式故障录波装置,第二阶段,机械光电式故障录波装置,第三阶段,微机数字式故障录波装置,1、故障录波装置经历三个阶段：,2、微机故障录波装置主要优点,（1）功能完整，自成体系。,录波器具有16路模拟量输入、32路开关量输入，还可以构成故障录波屏，具有扩展灵活、工作相对独立的特点,（2）软件启动录波。,（3）录波时间长，录波完整、不间断。,（4）具有完善的智能化打印绘图功能。,打印输出时能够对录波数据进行分析，自动确定绘图比例，自动选择电气量有变化的部分。打印输出的信息报告内容包括故障时刻、故障元件、故障地点、故障类型、自动重合闸动作情况、开关量动作顺序等。,（5）故障录波数据后期处理。,对故障录波后的数据，可在机上用专用的软件进行离线处理。可对录波数据全过程模拟量的每一部分及开关量进行放大、缩小、定格、重新排列、打印输出等，还可远传录波数据到调度中心进行分析处理。,（6）掉电保护功能。,掉电时，实时时钟及录波数据等信息不丢失。,（7）人机对话功能。,定值、时钟和各种操作指令均可通过面板上按键和显示器进行直接的观察和操作。,四、故障录波装置的配置,考虑：便于分析事故、便于寻找故障点、便于了解系统中的主要设备、便于监视系统中的主要设备。,一般330KV及以上线路每回装一套220KV线路2-3回装一套110KV重要变电所出线3-4回装一套。,第二节故障录波装置硬件构成,一、主要技术指标：模拟量输入信号：可选择配置16路、32路、48路、64路、80路、96路模拟量。开关量输入信号：可选择配置32路、64路、96路、128路、160路、192路开关量，为空节点输入。也就是说一块板子可以配置16路模拟量和32路开关量，在现场我们可以根据现场需要采集的模拟量和开关量数量，选配不同数量的板子。成庄110kV站分别配置了4块模拟量和开关量输入板，分别为AI0、AI1、AI2、AI3和DI0、DI1、DI2、DI3。但实际上站内需要接入的信号只有模拟量48路，开关量96路，所以分别备用了1个模拟量和一个开关量板子，可以用于将来的扩展和更换用。实际接入信号如下表所示：,启动方式：相电流越限；相电压欠压、过压越限；相电压、零序电压突变量；相电流突变量；正序、负序、零序分量启动；频率越限；电流变差启动；开关量变位启动；手动启动；远方启动。工作环境：正常工作温度：0至+45；极限工作温度：-10至+50。,硬件构成,硬件系统全部采用模块化设计，装置硬件主要由前置机、后台机、变送箱三部分组成。,故障录波屏前视图,故障录波屏后视图,故障录波屏端子排图-模拟量端子排,故障录波屏端子排图-开关量端子排,1、前置机,前置机采用插件式结构，包括管理CPU板、智能A/D板、开关量输入板、装置信号板、电源板。每块A/D板可管理16路模拟量和32路开关量。A/D板的数量可根据用户不同的要求而配置，前置机最多可管理6块A/D板。前置机主要用以实现数据采集、数据预处理、存储管理、启动判断、频率跟踪、同步时序控制、时钟管理及通过同步串行口与后台数据处理部分的通讯功能等。,前置机照片（前后，后面重点说接入信号）,智能A/D采样模块,输入装置的模拟量和开关量信号分别经电磁隔离和光电隔离进入前置机，由智能A/D板完成对模拟量和开关量的数据采集、预处理并通过双开RAM实现与管理CPU之间的数据交换。,管理板模块,管理CPU板为数据管理机，带有一个大容量掉电保持RAM，主要完成部分故障启动判断、故障数据存储管理、通讯管理等功能。,通讯模块,通讯板是前置机与后台机之间进行数据交换的桥梁，通过通讯板的同步串口，完成两者之间的数据交换。,2、后台机,后台机采用工控机并加扩展的通讯板组成。是故障录波器的数据处理和交换中心，主要完成数据的分析及处理、数据存盘、故障测距、故障分析结果打印、数据远传、向上级站联网通讯、通讯规约转换及数据格式转换等功能。除此之外还具有以下基本菜单功能：系统配置、时钟设置、变比校正、参数设置、定值设定、故障记录查询、实时模拟量波形显示、实时开关量显示、通道整定、启动量屏蔽等。,后台机照片,第三节故障录波装置的操作说明,3.1前置机使用说明3.2后台机使用说明3.3系统配置及参数设置,前置机前面板图,前置机背视图,3.2后台机使用说明,主要功能选项包括：实时监视、故障分析、时钟设置、参数设置、通道整定。,模拟量实时监测,开关量实时监测,故障分析,对录波数据进行全面的分析处理是后台软件的重要功能之一，分析处理的主要内容包括：故障前后模拟量、开关量、有功、无功、系统频率的波形显示，时间标尺显示，故障过程分析，任一时刻的有效值、瞬时值、谐波、相位、序分量、频率、有功、无功、视在功率的显示等。这些功能的实现能够满足事故后现场技术人员对故障分析处理的需要。,故障分析界面,故障查询界面,故障查询,系统提供四种故障查询的方法，供用户方便的进行故障检索：,1）直接打开故障文件：所有故障文件都存放于C盘固定文件夹中，故障文件是以故障发生的时间来命名的，通过故障发生时间来提取故障文件；2）根据故障档案进行故障查询：故障发生后，系统将故障分析的结果形成一条简要的档案记录，归入故障档案文件中，具体包括线路名称、故障类型等，通过故障档案可以提取故障文件；3）按日期进行故障查询：可以按照故障日期以及时间范围的方式来查找故障文件；4）按跳闸选择故障：将设置时间范围内，具有断路器跳闸的故障文件筛选出来，供故障查询。,显示切换,显示切换,1）模拟量波形分析：显示故障前后模拟量波形；2）开关量波形分析：显示故障前后开关量波形；3）有功功率波形分析：显示故障前后有功功率波形；4）无功功率波形分析：显示故障前后无功功率波形；5）系统频率波形分析：显示故障前后频率变化波形；6）故障分析：显示故障分析结果。包括：故障发生日期，故障启动量，故障前电压、电流的有效值，故障后第一周波电压、电流有效值。,图像操作,图像操作,显示方式,显示方式,向量分析,相量分析,单端测距,单端测距,3.3系统配置及参数设置,参数设置选项包括：系统配置、模拟量、开关量、线路参数、序分量、其它、串口。,系统配置,系统配置,模拟量设置,模拟量参数设置,开关量设置,开关量参数设置,线路参数设置界面,线路参数设置,序分量设置界面,序分量设置,在讲故障分析之前，大家先看几张典型的故障录波图，毕竟后续所有的故障分析都是在这几张图上进行的，或是在这个平台上进行的。,第四节故障录波装置的应用,模拟量录波图,开关量录波图,故障分析报告,故障分析报告,故障分析报告,故障分析报告,故障波形图中读取准确事件时间故障分析简报根据相关量的开入时刻给出了各事件发生的时间。由保护自动给出的分析报告，有时并不十分准确。如断路器跳开或合上时间，一般来自断路器位置触点。断路器位置触点与主触头并不精确同步，会有一定时差。此外，给出的信息不一定完整。因此往往需要从波形图中直接读取各事件的相对时间，即以电流或电压波形变化比较明显的时刻为基准，读取各事件发生的相对时间。因为电流变大和电压变小时刻可较准确判断为故障已发生;故障电流消失和电压恢复正常的时刻可判断为故障已切除。以以下故障波形图为例说明读取准确事件时间的方法。,四、故障录波图读图方法,A故障持续时间为从电流开始变大或电压开始减低开始到故障电流消失或电压恢复正常的时间,故障持续时间60ms。,B保护动作时间是从故障开始到保护出口的时间,即从电流开始变大或电压开始降低，到保护输出触点闭合的时间，保护动作最快时间为15ms。,C开关跳闸时间是从保护输出触点闭合到故障电流消失的时间。开关跳闸时间为45ms。一般不用断路器位置触点闭合或返回信号。,D保护返回时间是指故障电流消失时刻到保护输出触点断开的时间，保护返回时间为30ms。,E合闸装置出口动作时间是从故障消失开始计时到发出重合命令(重合闸触点闭合)的时间，重合闸动作时间为862ms。,F开关合闸时间是从重合闸输出触点闭合到再次出现负荷电流的时间，断路器合闸时间为218ms。一般不用断路器位置触点闭合或返回信号。,t,故障录波图关键数据的读取方法,以上介绍的是波形图中时间的读取方法，实际上各模拟量的有效值、相位等，利用微机电力故障录波装置提供的波形查看功能，可以很简单的读出来。在现场应用中，实际上一些基本信息的读取通过故障录波分析软件的分析处理后是非常便捷的。在故障发生后，可以通过故障录波装置自动生成的故障分析报告中获得准确相应故障的关键信息，包括：故障时间、保护动作情况、故障相别及类型、故障电流、故障测距、重合闸动作情况等，这样可以更快地对故障情况作出准确判断利于下一步的事故处理；,2016年06月04日22时01分02秒，成庄110kV站后台监控机告警：110kV成中II回155开关电流差动保护动作，开关由合到分；通过查看南瑞后台机故障录波及110kV专用故障录波器，发现故障相别为A相，测距为2.2kM，通过分析故障前后数据变化：成中II回155开关A相电流由故障前的0.42A变为故障后的42.48A，B、C相变化不明显。110KVII段母线A相电压由故障前的59.14V变为故障后的37.95V,母线的3U0值由故障前的0.04V变为故障后的70.31V。22时24分38秒，根据电调命令试送155开关，试送成功。,分析故障录波图的基本方法,当保护屏处打印出一故障波形图时，应该首先观察波形图的全貌，再判断故障类型、保护的动作行为、断路器的动作行为及故障的持续时间等信息，写出简要的故障分析报告。由于故障波形图载有大量的故障信息，还可以详细地分析电流、电压波形特点及其变化过程，从中得到对查找事故有用信息。,分析故障录波图的基本方法,我们将波形图分析方法简单归纳为以下步骤：1、首先要通过前面所学过的知识大致判断系统发生了什么故障，故障持续了多长时间；2、以某一相电压或电流的过零点为相位基准，查看故障前电流电压相位关系是否正确，是否为正相序？负荷角为多少度？3、以故障相电压或电流的过零点为相位基准，确定故障态各相电流电压的相位关系；（注意选取相位基准时应躲开故障初始及故障结束部分，因为这两个区间一是非周期分量较大，而是电压电流夹角由负荷角转换为线路阻抗角跳跃较大，容易造成误分析）4、绘制向量图，进行分析。,典型故障波形的分析,3.1单相接地故障单相接地故障，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，如图1所示。,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。,3.2相间接地故障,两相接地故障，2个故障相的电流突变增大，但2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60o180o之间变化，但有零序电流出现，如图2所示。,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。,3.3三相故障,三相接地故障或不接地故障，三相电流同步增，没有零序电流和零序电压，如图3所示,根据分析三相短路故障录波图得出以下特点：（1）三相电流增大，三相电压降低；（2）没有零序电流、零序电压。根据以上特点判断故障性质为三相短路故障,通过以上对典型故障波形的分析，总结了电力系统内发生典型故障时其电流、电压、向量的特点，在发生复杂故障时，可以根据这些特点可以迅速准确地判断故障情况，这种通过典型波形来确定故障性质是一种快捷、便利的方法，为事故处理、恢复供电争取了宝贵的时间。,小结,故障录波装置是当电力系统发生故障时，能迅速直接记录下与故障有关的运行参数的一种自动记录装置。本次课程概况性对：故障录波装置应用、作用、发展及微机型故障录波装置的优点；微机型故障录波装置的硬件构成、各组成部分的作用、操作说明，及系统配置及信号接入进行了简单介绍；微机故障录波装置由硬件、软件两部分组成。其中硬件部分由辅助变换器、前置机、后台机等三部分组成。最后通过典型故障录波图的分析说明了故障录波装置现场实际作用。通过本次课程只能建立起故障录波装置的概括性认识，并且初步掌握故障录波装置的操作说明和故障波形查看、分析方法。这里我想说的是，任何故障录波装置的使用、尤其是分析，都是建立在具备一定的电力系统分析知识或者说常识的基础之上的，否则看到的仅仅是波形本身的变化，并不能全部理解系统的实际状况。要想更加熟练的掌握和理解故障录波装置，还需要大家在今后的工作中多学习、多实践。,
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