基于故障录波图的电力系统故障特征分析_范召典.pdf
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1、 照明电气 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明234基于故障录波图的电力系统故障特征分析范召典1,孟庆超2,张 军2,赵传生21.诸城维奥新能源有限公司,山东 潍坊 2610002.北京京能国际控股有限公司华北分公司,北京 100000摘要:文章讲述了故障录波装置的作用和基本原理,并详细讲解了故障录波图中电气量的幅值、相位关系、时间的阅读方法。通过分析电力系统主要故障的典型录波图,总结得到单相接地故障、两相短路故障、两相短路接地故障、三相短路故障等主要故障的特点,同时针对小电流接地系统的单相金属性接地故障进行分析,对其故障特点进行了总结。利用录波图分析能很快完成故障的基本定
2、性分析和简单定量分析。关键词:电力系统;故障录波;短路故障;接地故障分类号:TM7110引言近年来,随着社会经济的快速发展,新能源发电装机大规模地接入电网,使电力系统变得愈加复杂,由设备质量问题、自然灾害及人为原因导致的电力系统事故风险随之提升,对电力系统的安全稳定运行造成了较大影响。因此,电力系统研究故障发生的规律、采取相应措施来提高电力系统的运行水平,对保障电力生产经济效益意义重大1。故障录波设备可以记录下故障发生前、发生时、发生后的波形和数据,为故障分析提供依据,是评价继电保护动作行为、分析设备故障性质、查找事故原因的有效手段。通过正确阅读故障录波图,研究电力系统主要故障的特征,能够快速
3、有效地判定故障类型2。1故障录波装置的作用故障录波装置在电力系统中主要有以下三个方面的作用:(1)能够在电力设备发生故障时记录下故障时的电气量,并通过自身的逻辑运算来进行故障测距,能够方便工作人员尽快找到故障点3。(2)电力系统中发生异常或故障跳闸时,可以通过分析故障录波装置记录的模拟量波形判断故障原因。(3)可以通过故障录波装置判断继电保护装置的动作情况,确定保护装置是否存在拒动或误动作、保护配置是否符合设计要求等4。2故障录波图的阅读2.1 故障录波图的基本构成故障录波图可以分为保护及自动装置的录波图和专用故障录波器的录波图两种。虽然不同装置形成的录波图在图形格式上有所区别,但是各类故障录
4、波图的基本格式相同。故障录波图一般由文字信息、录波图比例标尺、通道注解、时间刻度、录波波形等五个部分构成5。2.2 故障录波图的阅读方法2.2.1 幅值的阅读方法以大电流接地系统单相接地故障录波图的为例,0 ms 为故障发生的零时刻;-60 ms0 ms 为故障前正常状态,此时三相电压幅值正常,三相电流幅值略有起伏,负荷电流较小。在 0 ms 时刻开始发生 A 相单相接地短路故障,较小的负荷电流突变成故障电流,A相电压幅值下降,所录波形的特点是故障期间电流波形的正负半周幅值相等,波形基本不含非周期分量6。已知录波图中电流标尺为 17.0 A/格(二次瞬时值),电压标尺为 100 V/格(二次瞬
5、时值),TA 变比为1 200/5。A 相故障电流峰值约占 0.9 格,A 相故障电压峰值约占 0.3 格,则 A 相故障电流的有效值可估算为二次有效值=(0.9 格 17 A/格)1.414=10.82 A (1)一次有效值=10.82(1 200/5)=2 596.8 A (2)A 相故障电压有效值可估算为作者简介:范召典,男,本科,研究方向为电力系统故障录波应用与分析。文章编号:2096-9317(2023)01-0234-03光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气235二次有效值=(0.3 格 100 V/格)1.414=21.22 V (3)一次有效值=21.2
6、(220/0.1)=46.64 kV (4)2.2.2 相位关系的阅读方法(1)不同电气量之间的相位关系阅读。对于不同电气量之间的相位关系,在阅读时首先确定被比较的两个波形中一个波形的过零点或峰值点,然后通过该点作垂直于时间轴的辅助线与需要比较的另一个波形相交7。在辅助线与另一波形的交点的前后找同方向的最近的过零点或峰值点,如果该点所在的时间刻度比辅助线所在的时间刻度小,则所得角为后一波形超前前一波形的相位角;如果该点所在的时间刻度比辅助线所在的时间刻度大,则所得角为前一波形超前后一波形的相位角;如果该点正好在辅助线上,则两个波形同相位8。(2)同一电气量故障前与故障期间的相位关系阅读。阅读同
7、一电气量故障前与故障期间的相位关系时,主要阅读电压波形9。利用故障前电压正弦波中两个同方向上波形的峰值点或过零点,在录波图中作出两点间的水平线段,然后将线段等幅延长到故障时间区域,再作垂直辅助线与故障期间的电压波形相交,在其最临近的同方向波形的过零点或峰值点的位置与辅助线做比较,可以得到故障前后相位的变化10。2.2.3 时间的阅读方法时间可以通过录波图中时间轴的刻度获得,也可以通过波形本身的周波数来计算获得,当系统频率变化时,利用波形本身的周波数来计算时间的方法可能存在偏差,但一般情况下的定性分析均可忽略这种偏差11。其中,故障电流持续时间是故障电流从 0 ms 时开始突变至故障结束的时间;
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