保护动作报告及故障录波图的识别

保护动作报告及故障录波图的识别佛山供电局系统运行部黄国平

制2015年10月

课程开发者介绍课程开发者：黄国平工作单位：佛山供电局职称：高级工程师、高级技师专家级别：一级邮箱：huanghuabing.g@163.com课程基本信息课程名称保护动作录波图识别课程编码课程类别A类适用序列变电技能序列适用班组继保、运行授课方式演示法,讲授法授课时长45.0考核方式现场实操,笔试认证时间课程开发专家黄国平课程评审专家课程目标学习故障录波图识别基本知识、判断录波图数据是否合理。任务目标12阐述故障录波图识别方法，分析录波图数据及判断故障的实例。知识目标引题电力系统中电力线路发生的故障类型有多种，如单相接地故障、两相接地故障、两相或三相短路故障等等。另外还断线故障、相继故障。其中单相接地故障发生概率最高。一、线路故障保护动作录波图分析基础二、母线故障保护动作录波图分析基础三、主变故障保护动作录波图分析基础目录四、CT饱和波形及变压器励磁涌流分析基础一、线路故障保护动作录波图分析基础二、母线故障保护动作录波图分析基础三、主变故障保护动作录波图分析基础目录四、CT饱和波形及变压器励磁涌流分析基础一、线路故障保护动作录波图分析基础依据线路发生故障后录波图录得的信息、事件时间、电流、电压的幅值及相位，判断故障性质。

某110kV线路区内单相接地故障，如图1-1所示，该110kV线路保护配置了RCS-941B保护装置，该保护装置配置有全线速动的纵联距离、纵联零序方向主保护及完善的距离保护、零序方向后备保护。

图1-1110kV线路区内单相接地故障示意图

区内单相接地故障录波图如图1-2所示10以某110kV线路区内单相接地故障录波图为例，识别线路故障发生后的信息、事件时间、电流、电压的幅值及相位、故障性质。

图1-2区内单相接地故障录波图（1）故障分析简报测距、故障相别、故障相电流和零序电流。如图中，测距2kM、故障相别为B相、故障相电流有效值和零序电流有效值均为5A。

变电站及线路名称、装置地址。如图中，变电站为龙华站、线路名为XXX线，编号为1120、装置地址为009、管理序号00040369、打印时间：10-05-1914:31

故障发生时保护的动作元件序号、启动绝对时间和动作相对时间、动作相别、动作元件以及序号。如图中，故障发生的动作序号为017；启动绝对时间为2010-05-1519:56:01:164（2010年5月15日19时56分01秒164毫秒）；各保护元件动作相对时间（即以保护启动时绝对时间为基准）为：序号01：纵联零序方向元件在保护启动后15ms动作。序号02：纵联距离元件在保护启动后23ms动作。序号03：距离I段在保护启动后28ms动作。序号04：重合闸元件在保护启动后923ms动作。序号05：距离加速元件在保护启动后1240ms动作。启动时开入量状态。如图中，高频保护、距离保护、零序保护I段等保护在启动时开入量状态为1，表示相关保护功能压板均投入；跳闸位置状态为0，合闸位置状态为1，表示断路器在合闸位置。启动后变位报告状态。如图中，如保护启动后7ms收信由“0”变为“1”、32ms合闸位置由

“1”变为“0”、76ms跳闸位置由“0”变为“1”、938ms跳闸位置又由“1”变为“0”、989ms合闸位置又由

“0”变为“1”、1108ms收信由“1”变为“0”、1224ms收信由“0”变为“1”、1257ms合闸位置又由

“1”变为“0”、1301ms跳闸位置由

“0”变为“1”、。（2）故障波形图信息故障波形图即整个故障过程中的各相电流、电压有效值变化曲线以及开关量的变位情况。制定电流、电压、时间比例尺及单位。如图中，电压标度U为45V/格（瞬时值）、电流标度I为4A/格（瞬时值）、时间标度T为20ms/格。（2）故障波形图信息故障波形图通道名称。包括了启动、发信、收信、跳闸、合闸共5个开关量通道及9个模拟量通道，其中I0为零序电流（实际为3I0），U0为零序电压（实际为3U0），IA、IB、IC分别为A、B、C三相电流、UA、UB、UC分别为母线A、B、C三相电压，UX为线路抽取电压。（2）故障波形图信息------时间纵坐标。如图所示,录波图中均以故障发生保护启动时刻为0ms计时，后续保护动作时间均是相对于启动时刻的时间，如T=-40ms表示保护从启动前40ms开始记录数据（即前两个周波），每格为40ms。（2）故障波形图信息发信：大约在保护启动2～3ms后发信，持续1074ms消失，1220ms(1140+80）合闸于故障时再次发信。

——启动：B相模拟通道采集到故障电流时，保护在0ms时启动。（2）故障波形图信息

1、收信：大约在发信后4～5ms后保护收到对侧信号。保护此时判断为正方向区内故障（相对于本站母线）1108ms消失，1224ms（1140+84）合闸于区内故障时再次收信。

2、跳闸：保护判断为正方向区内故障后15ms动作出口跳断路器，持续105ms（120-15）跳闸脉冲消失；1240ms（1140+100）合闸于区内故障保护再次动作跳开断路器。

3、合闸：当保护动作出口跳断路器后，在923ms重合闸动作，持续151ms合闸脉冲消失。（1074-923=151ms）（2）故障波形图信息

因发生B相接地故障，出现零序电流、电压分量直到故障被切除，持续约60ms；1200ms合闸于区内B相故障时，再次出现零序电流、电压分量，持续约60ms。

因发生B相接地故障，0ms启动时B通道上有故障电流存在，持续60ms消失；1200ms合闸于区内B相故障时，通道上又有故障电流存在，持续60ms消失。（2）故障波形图信息

A、C相电流模拟通道IA、IC。基本为负荷电流，无故障电流存在。

A、C相电压模拟通道UA、UC。A、C电压在故障前后无变化。因发生B相接地故障，故障期间B相电压明显降低；1200ms合闸于区内B相故障时，B相电压又明显降低（2）故障波形图信息根据故障波形图分析得知：第一个阶段B相采集到故障电流，15ms后保护动作跳开断路器以隔离故障，923ms时重合动作将断路器合上；第二个阶段系统电流、电压恢复正常后持续126ms左右

(1200-1074）；第三个阶段在1200ms合闸于区内B相故障，40ms后保护动作再次跳开断路器且不再重合（保护动作复归后充电还需要10～15秒）。

（3）故障波形图中读取准确事件时间保护装置根据开关量变位时刻给出了各事件发生的时间，有时并不十分准确：如断路器跳开或合上时间，一般取决于断路器辅助触点动作时间，但断路器辅助触点与主触头并不精确同步，会有一定时差。因此需要从波形图中直接读取各事件的相对时间，通常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。

（3）故障波形图中读取准确事件时间

A段---故障持续时间：故障持续时间为从电流变大、电压降低开始到故障电流消失、电压恢复正常的时间，故障持续时间为60ms。

B段----保护动作时间：保护动作时间是从故障开始到保护出口的时间，即从电流变大、电压开始降低，到保护跳闸继电器动作的时间，保护动作最快时间为15ms。

C段----断路器跳闸时间：断路器跳闸时间是从跳闸继电器动作到故障电流消失的时间，断路器跳闸时间为45ms。

（3）故障波形图中读取准确事件时间

D段----保护返回时间：保护返回时间是指故障电流消失时刻到跳闸继电器返回的时间，保护返回时间约为30ms。

E段----重合闸动作时间：重合闸动作时间是从故障消失开始计时到发出重合命令的时间，图中重合闸动作时间为862ms（922-60）。

F段----断路器合闸时间：断路器合闸时间是从重合闸继电器动作到断路器合闸成功，出现负荷电流的时间，断路器合闸时间为218ms（1140-922）。

（3）故障波形图中读取准确事件时间将110kV线路区内单相接地故障事件时间汇集在时间轴上

（4）故障波形中电流、电压的幅值读取根据故障波形图，可计算出故障期间电流、电压的幅值。如图所示。B相故障，B相电流大幅增加，非故障A、C相电流在故障前后基本不变；B相电压明显降低，非故障A、C相电压相位基本没有变化。零序电流、电压增大。

（4）故障波形中电流、电压的幅值读取故障电流计算方法：先找出IB通道上的故障电流波形两边的最高波峰在刻度标尺上的位置，计算在标尺截取格数除以2，再乘以电流标尺4.0A/格，最后除以就得到二次电流有效值，再乘以该间隔的TA变比，即得到一次电流有效值。

假设本间隔TA变比为1200/1，则B相短路的一次电流：IkB=[（总格*电流标度I）/（2*）]×变比=[（3.8×4）/（2*）]*1200/1=6450(A)零序电流的计算方法与IkB相同，需要说明的是实际计算出的是3I0。

（4）故障波形中电流、电压的幅值读取故障电压计算方法：先找出IB通道上的故障电压波形两边的最低波峰在刻度标尺上的位置，计算在标尺截取格数除以2，再乘以电压标尺45V/格，最后除以就得到二次电压有效值，再乘以该间隔的母线PT变比，即得到一次电压有效值。

假设本间隔母线PT变比为1100/1，则B相短路的一次电压：UkB=[（总格*电压标度U）/（2*）]×变比=[（2×45）/（2*）]*1100/1=35(kV)，故障时电压降计算U=110-35=75(kV)，零序电压的计算方法与UkB相同，需要说明的是实际计算出的是3U0。

（5）故障波形图中电流、电压相位的读取区内单相接地故障电流、电压相位如图所示。图中以故障出现时的电压、电流波形过零点的时间差来测量故障相电压、相电流及零序电压、零序电流的相位，判断保护是否正确动作。

（5）故障波形图中电流、电压相位的读取以电压为参考，若电流过零时间滞后于电压过零时间，若波形不在同一侧，则电流滞后电压；若波形在同一侧，则电流超前电压。如图中的B相电流过零点滞后B相电压过零点约4ms，且波形不在同一侧，相当于B相电流滞后B相电压约18°×4=72°，由此可以判断故障发生在正方向（相对于本站母线），且金属性接地故障。若实测相电流超前相电压110°左右，则表明是反向故障，相量图。

360°/20ms=18°，即每ms对应的角度为18°

小结上述仅以线路区内B相单相接地故障保护动作故障波形识别为例说明，A、C相识别方法类似。综上所述，归纳单相接地故障时电流、电压量、开关量特征如下：①：故障相电流增大、电压降低；同时出现零序电压、零序电流；②：故障相电压超前故障相电流约70°；零序电流超前零序电压约110°；

③：零序电流相位与故障相电流相位相同，零序电压相位与故障相电压相位相反；④：保护开关量变为相别与故障相别一致，保护启动、跳闸、重合闸、通道交换信息与保护动作情况一致。

思考：线路相间短路故障时保护动作情况的分析线路单相（A相）接地故障电流、母线电压相量图及录波图线路相间（BC）短路故障电流、母线电压相量图及录波图线路相间（BC）接地短路故障电流、母线电压相量图及录波图一、线路故障保护动作录波图分析基础二、母线故障保护动作录波图分析基础三、主变故障保护动作录波图分析基础目录四、CT饱和波形及变压器励磁涌流分析基础母线的作用及引起故障的原因母线是发电厂和变电站重要组成部分之一。母线又称汇流排，是汇集电能及分配电能的重要设备。母线上连接有变压器、出线、电压互感器及电流互感器等多种元件。运行实践表明：在众多连接元件中，由于绝缘老化，污秽引起的闪络接地故障和雷击造成的短路故障次数较多；母线电压互感器、电流互感器的故障，运行人员带负荷拉隔离开关，带接地线合断路器的误操作事故也时有发生。在实际生产运行中母线故障主要以单相接地故障为主，相间短路故障也时有发生。对于母线保护而言区分区内、区外故障尤其重要。本节以单相接地故障为例讲解母线区内、区外故障时保护动作录波形图识别方法，其它短路故障分析同理，区别在于故障电流、电压的变化特征不同。以RCS-915系列母差保护为例。

1M母线区内单相故障保护动作分析

如图所示。以某双母线接线变电站的1M母线A相接地为例讲解母线故障时录波图的识别方法。1M母线区内单相故障保护动作分析故障前0001与（0002、0020同向）A相电流反向，负荷电流从IM流向IIM。

故障后0001A相电流增大但方向不变，而0002与0020A相电流增大且方向翻转180°，并与0001同向，短路电流均流向IM。

1M母线区内单相故障保护动作分析差动量通道：大差DIA的A相通道中有突变差流存在并持续60ms；同时1M小差DIA1的A相通道中有突变差流存在并持续60ms，并与DIA大差A相通道中的突变电流相位相同。以上说明故障时母差保护大差元件和1M小差元件均感受到差流，UA1、UA2电压明显降低，满足母差保护动作条件：母差保护大、小差元件动作且电压闭锁开放。

1M母线区内单相故障保护动作分析开关量通道从波形图可知：开关量1（代表母差跳ⅠM）在故障发生3-5ms后有突变，即工频变化量差动保护跳1M上的所有间隔（含母联6和分段5）；上述开关量变位说明保护有动作出口现象。

小结（1）、从0001、0002中看出故障时电流方向相同，均流向故障点，方向相同进一步说明故障为区内故障。再结合0020可以看出故障前负荷电流从1M母线流向2M母线。结合开关量通道、差动量通道、电压通道、电流通道综合分析得知本次故障为1M母线区内A相故障，故障持续时间为60ms,保护正确动作。（2）、同理分析II母故障

思考：BP-2B型母线区内A相故障时保护动作情况的分析思考：请根据录波图分析母线发生了什么故障？分析母差保护的动作情况，保护动作是否正确？一、线路故障保护动作录波图分析基础二、母线故障保护动作录波图分析基础三、主变故障保护动作录波图分析基础目录四、CT饱和波形及变压器励磁涌流分析基础线路保护的配置主变的作用及引起故障的原因变压器是将不同电压等级的系统联系起来的电压转换设备，是电力系统中的一个重要电气设备之一。它的功能是把一种电压等级的电能转换为另一种电压等级的电能。变压器是依据电磁感应原理工作的，其主要组成部分是铁芯和绕组。变压器的故障可分为内部故障和外部故障。内部故障是指箱壳内部发生的故障，如绕组相间、匝间短路，绕组与铁芯间的短路等。外部故障是指箱壳外部引出线间的各种相间和接地短路故障。针对这些故障，电力系统中运行的变压器均装设了能灵敏反映油箱内部故障的非电量保护和主要反映绕组相间及接地短路、短路匝数较多的匝间短路等故障的纵差保护（含比率制动差动保护、差动速断保护等）。

线路保护的配置主变变高侧发生区内单相接地故障如图所示。某220kVY/△-11变压器变高侧发生区内A相接地短路。主变变高侧发生A相接地故障电流向量图变高侧只有A相有故障电流变低侧A、C相均有故障电流，且方向相反主变变高侧发生A相录波图开关量通道：开关量QD在故障发生10ms前有突变，即保护启动；开关量TZ在故障发生4-5ms后有突变，即为保护动作开出，说明保护有动作出口现象，41ms后均消失。

电流量通道：IHa、IMa在50ms有突变，

IHa电流增大方向不变，IMa电流增大方向翻转180°后与IHa同向，B、C相通道中大小和方向均未发生变化，持续41ms后均消失。

电压量通道：UHa、UMa在50ms有突变，电压明显减小，B、C相整个过程均没变化，持续41ms后均消失。

主变变高侧发生A相录波图电流量通道：由于该主变差动保护采用Y向∆进行相位调整，对∆侧电流而言存在右图关系：因此，当高压侧区内发生A相接地短路时，变低A相和C相均有电流，且相位相反，持续41ms后均消失。

图中，故障前变高和变中电流方向相反，故障后方向相同；故障电流均流向故障点，证明故障为区内故障，均由极性端流向非极性（TA极性均靠母线侧）。结合各通道综合分析，保护正确动作。

请思考：主变变高侧发生A相接地短路，

∆向Y进行相位调整的录波情况高压侧（即Y侧)进行相位调整后的电流计算公式，A相短路电流的大小为：（2/3）IAH，B、C相短路电流为：（-1/3）IAH。

低压侧（即∆侧）进行相位调整后的电流计算公式，a相短路电流的大小是(1/√3)Iah、b相短路电流的大小是(-1/√3)Iah，a、b相短路电流大小相等、方向相反。

Y侧∆侧主变变高侧发生AB相短路高、低侧电流相量图高压侧电流：C相短路电流为零，A、B相短路电流大小相等，方向相反。

低压侧电流：a相短路电流的大小是b、c相短路电流的两倍，并与b、c相短路电流的方向相反，b、c相短路电流方向相同。

主变变高侧发生AB相短路高、低侧电压相量图低压侧电压：a相短路电压为零；b、c相短路电压大小相等、方向相反.

高压侧电压：C相短路电压为正常电压；A、B相短路电压大小相等、方向相同且为C相电压的一半，并与C相相反。

主变变低侧发生AB相短路高、低侧电流相量图低压侧电流：c相短路电流为零，a、b相短路电流大小相等，方向相反。

高压侧电流：B相短路电流的大小是A、C相短路电流的两倍，并与A、C相电流的方向相反，A、C相电流方向相同。

主变变低侧发生AB相短路高、低侧电压相量图高压侧电压：B相短路电压为零；A、C相短路电压大小相等、方向相反.

低压侧电压：c相短路电压为正常电压；a、b相短路电压大小相等、方向相同且为c相电压的一半，并与c相相反。

思考：请根据录波图分析主变发生了什么故障？分析主变保护的动作情况，保护动作是否正确？思考：请根据录波图分析主变发生了什么故障？一、线路故障保护动作录波图分析基础二、母线故障保护动作录波图分析基础三、主变故障保护动作录波图分析基础目录四、CT饱和波形及变压器励磁涌流分析基础CT饱和电流波形图及采取的措施1、

限制短路电流；2、

增大保护级CT的变比；3、减小二次负载,并使各侧二次负载匹配；4、采用抗饱和