电力系统故障分析方法探究 口文／王庆生 摘 要：在理解相关继电保护基本原理的基础上，充分利用微机故障录波装置的采样数据或故障波形，有效地结合电 网运行方式、继保装置特点和各保护装置技术说明书，克服经验主义的束缚，科学地分析电网事故。 关键词：故障录波；高频保护；距离保护；零序保护 Ｏ刖置 近年来，随着微机技术的发展，微机故障录波器已 经成为发电厂、变电站及大型工矿企业的一种分析电网 故障不可缺少的工具。文中通过一条线路的事故分析， 介绍如何利用故障录波数据，进行详细地剖析，借以阐 述故障录波数据与事故分析处理之间的关系，供变电站 管理与运行人员参考。 ｌ相关继电保护技术 １．１微机故障录波装置工作原理 日前微机故障录波装置大多是采用工控机为核心， 配置智能化前置机系统，完成模拟量的采集及时钟显 示，配置开关量输入、输出处理电路，完成与外界的接 口。前置机ＣＰＵ采用单片机（或ＤＳＰ模块），对多路模拟 量完成采样后，向丰机发送中断信号，由主机读取采样 数据。正常运行时，录波屏不断对模拟量进行采集，对开 关量进行扫描，同时主机通过对采集的数据处理分析， 判断是否起动：触发条件满足时，肩动录波，然后将录波 数据存入磁盘，再进行分析计算，打印输出录波报告。 １．２线路高频闭锁方向保护原理 高频闭锁方向保护是根据比较输电线路两侧短路 功率方向的原理而构成的。短路功率的正方向规定为由 母线流向线路，负方向为由线路流向母线。当被保护线 路发 内部故障时，曲侧的短路功率均为正方向，两侧 保护装置中的收发信机都不发闭锁信号，当然也收不到 闭锁信号，保护就动作，使两侧断路器跳闸。当线路外部 发生故障时，本线路距故障点近的一侧短路功率方向为 负，该侧保护起动，收发信机发出闭锁信号，这个闭锁信 ９０ ｌ广东科技 。 ０。总第 ４ 期 Ｉ号被本线路两侧的保护所接收，把两侧的保护都闭锁起 来，不能跳闸。 ２案例分析 ２．１故障录波图形及故障过程分析 ２００８年２月１５口，某局２２０ｋＶ线路发生Ｂ相单相 接地故障。该条线路两个保护屏分别运行了许继电气股 份有限公司的ＷＸＨ一８０１／８０２数字式微机线路保护装 置，该保护主要具有纵联高频方向保护、二Ｉ二段式相间距 离及接地距离保护、六段式零序电流保护、故障录波以 及重合闸功能。 ２．１．１微机故障录波分析报告 ａ．故障分析报告（微机保护保护） 故障时刻：２ＯＯ８—０２一Ｉ５ １５：３５：５８．２０９ 距离启动时 ｎｓ：５ 零序启动时间／ｍｓ：５ 纵联启动时间／ｍｓ：５ 纵联保护收讯时间／ｎ ｓ：８ 纵联保护停讯时ｌ ｎｓ：１４５ 零序Ⅱ段出口时间／ｍｓ：５６１，ＢＮ实测Ｉｏ＝８．４９０ Ａ，定 值：６．５００ Ａ 其他保护三跳停讯时ｆ ５６８ 测距：实测ｆＱ）ｘ＝０．２００，Ｒ＝６．５７０，距离ｆｋｉｎ）＝４．４５０ ｆ此处为二次阻抗值１ ｂ．故障波形报告 该保护装置的故障录波模块的电流波形比较形象、 准确，而电压波形相对不能正确反映当时的故障情形， 仍有待改善。本线路保护装置中各种保护的录波波形见 图１～４。 －憩嚣怒 ＿ｌ．１： ，Ｉ，－ ， Ｉ。； ； ．Ｉ 一ｌ ． － ｝－： 一 ｃ。疑点 从微机保护故障录波报告中可以看到，此次故障属 于Ｂ相单相接地故障，且发生在线路本段内，与平时相 ｌ 嚣讯 Ｊ 比该次故障具有以下疑点：①高频保护没有及时切除故 障；②零序Ⅱ段出口后，线路上的重合闸没有进行任何 动作；③Ｉ段距离接地保护没有动作。 图１高频保护故障录波 瓣埘 ｊ｛１ ～ ●南． 图２零序Ⅱ段保护故障录波 图３距离保护故障录波 图４纵联零序保护故障录波ｆ对侧） ２．２高频方向动作分析 查阅ｗｘＨ一８０１／８０２数字式微机线路保护装置和 ＳＦ６００集成电路收发信机技术说明书，得到如下结论：正 常情况下，系统全相运行时，当发生区内故障，两端的该 线路保护，启动元件启动，通知收发信机开始起信ｆ即本 侧向对侧发信），且如中间不被停信，将一直持续１０Ｓ，在 保护起动后，本侧功率方向元件开始进入故障处理程序 判别短路功率方向。当方向为正时，保护装置作用于收 发信机停讯，在保护启动的同时判断收信时间，持续收 信５ ｍｓ后就准备接收对侧的高频信号。如果本侧判为 正向后，在持续５－８ｍｓ没有收到对侧任何高频信号，则 保护装置认为故障发生在区内，应经选相后出口跳闸： 相反若在本侧收发信机停讯后５～８ ｍｓ内，又收到了对 侧的高频闭锁信号，保护装置则认为故障发生在区外， 应闭锁出口。另外收发信机的收信回路在装置发信时只 收本侧信号不接收对侧信号，仅当本侧停讯时才收对侧 信号。 从本侧故障录波图１和保护报告可以得出，在线路 本侧的高频保护在故障发生５ｍｓ后保护启动，因故障点 可能处于功率方向临界点，直至１５０ｍｓ后保护才判为正 向，作用于收发信机停讯，且准备接收对侧高频信号，保 护装置准备出口跳闸。对侧是在故障发生后，５７１．６ ｍ 开始停讯，因此在停讯之前一直处于发信状态。对于本 侧高频保护而言，在本侧停信后的５￣Ｓｉｎｓ内，收到了对 侧的高频信号，装置误认为是区外故障，所以闭锁了高 频保护出口，最后只能由后备零序保护在５６１ｍｓ时出 广东科技 。 。。总第 期Ｊ ９１ ＩＵ。 该采用与之对应的阻抗继电器模型来分析事故。 对于对侧高频保护没有及时动作的原因，分析认 为：由于两侧本高频保护的方向元件都设有正、反２个 方向元件（为了防止因功率倒向引起误动），正方向元件 正序电流定值可以整定，反方向元件不能整定，灵敏度 ３结论 故障录波装置已为电网的运行管理带来明显的效 益。利用线路两侧或相邻设备的故障录波数据来分析事 比正方向元件灵敏（电流门槛取正方向的０．７５倍，动作 角范围为正方向的１．２５倍），任一反方向元件动作闭锁 所有的正方向元件。 ２．３零序Ⅱ段动作分析 由于高频保护失效，ＷＢＨ一８０２数字式微机线路 保护装置在故障发生后的５６１ ｍｓ时，实测ＢＮ（Ｂ相接地 短路１，零序电流１０＝８．４９Ａ，而后备保护零序Ⅱ段定值为 ６．５００ Ａ，因此满足了零序Ⅱ段出口的条件，线路的Ｂ相 断路器应该可以跳闸。通常，当系统发生了单相接地故 障时，应是跳单相后，单相重合闸一次，若重合到永久性 故障时，跳开三相并再进行自动重合，但从上述录波波 形可以看出，自动重合闸装置根本没有动作过。为此，查 看了这条线路的继电保护相应整定值，发现此条线路的 零序Ⅱ段整定为：Ｉ ：６．５ Ａ，三相永跳（ＴＸ跳与三跳相比， 多了闭锁自动重合装置功能），因此一旦本线路的零序 Ⅱ段出口后，跳三相且闭锁本侧的线路的自动重合闸， 分析结果和微机保护提供的录波波形十分吻合，这一部 分保护装置是正常动作。 ２．４距离保护动作分析 在本保护装置中，距离保护作为高频保护的后备保 护，在高频没有出口跳闸的情况下，线路的速断保护之 的接地距离Ｉ段保护，理应能够迅速出口跳闸，然而 在本次故障中，距离保护只是启动，却没有出口。根据保 护装置测得的距离参数：实测Ｘ＝０．２００，Ｒ＝６．５７０（单位为 ０），而保护装置的接地距离保护的Ｉ段的整定值为：Ｒ１＝ ６．５５，Ｘ １＝１．５２（单位为Ｑ）。通过计算可以得出：｛（Ｒ１ 十ｘｌ ２） ＝（６．５５ ＋１．５２ ）｝＞ｆ（Ｒ ＋Ｘ ２）＝（６．５７ ＋０．２００。）），即澳０得阻 抗的幅值小于接地距离保护Ｉ段的整定值，如果接地距 离保护是采用全阻抗继电器模型作为保护出口判据的 话，接地距离保护Ｉ段应该出口。查阅该保护装置技术 说明书可知：接地综合阻抗元件采用具有多边形特性的 阻抗继电器模型，相问综合阻抗元件则采用具有全阻抗 的阻抗继电器模型，因此在遇到不同类型距离故障时应 ９２ Ｉ广东科技２０１０ ９总第２４５期 Ｉ故原因，具有一定的实用价值，因此，在条件允许时，应 该考虑将本区域电网的故障录波装置进行联网，这样在 具体分析事故时可以结合对侧或相邻元件的采样数据， 更加方便、准确地查找出事故原因。另外在分析故障的 过程中遇到难点时，参考该保护装置总原理图，可以从 整体上考虑问题。 参考文献： ［１】锁小军，孙超图．故障录波器浅析（Ｊ］，陕西水力发电，２０００， ｌ６（１）：３２－３５． 【２】贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理【Ｍ），北京：中国电 力出版社，２０００，７． Ｉ３］许继电气股份有限公司，通信事业部．ＳＦ６００集成电路收 发信机技术说明书． （作者单位：惠州供电局）
