溫敏明

（惠州供電局，廣東 惠州 516000）

近年來，隨著微機技術的發(fā)展，微機故障錄波器已經成為發(fā)電廠、變電站及大型工礦企業(yè)的一種分析電網(wǎng)故障不可缺少的工具。故障錄波器是電力系統(tǒng)發(fā)生故障時能自動記錄的一種裝置，正常情況下不啟動或只進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集，發(fā)生故障或振蕩時啟動進行錄波。故障錄波器一般可以記錄故障前幾百毫秒，故障后幾千毫秒時間段內的電壓、電流、功率變化及繼電保護動作情況，從而為分析事故提供科學依據(jù)。故障錄波器還可以起到以下作用：a.分析事故原因，制訂反事故措施；b.為查找故障點提供依據(jù)；c.積累運行經驗，提高運行水平等。然而，一些安裝有錄波器的變電站，對故障錄波裝置的利用效果，并不能令人滿意。究其原因大致為：a早期的錄波功能不理想，不方便使用，不利于進行事故分析；b管理與運行人員對故障錄波器的功能作用了解不夠，未能認識到錄波器在進行事故分析、查找故障等場合下的作用，對其不夠重視；C對變電站運用的保護裝置了解不足，對保護裝置判別不同的故障類型所采用的判據(jù)模型，還不是很清楚。為此，文中通過一條線路的事故分析，介紹如何利用故障錄波數(shù)據(jù)，進行詳細地剖析，借以闡述故障錄波數(shù)據(jù)與事故分析處理之間的關系，供變電站管理與運行人員參考。

1 相關繼電保護技術

1.1 微機故障錄波裝置工作原理

目前微機故障錄波裝置大多是采用工控機為核心，配置智能化前置機系統(tǒng)，完成模擬量的采集及時鐘顯示，配置開關量輸入、輸出處理電路，完成與外界的接口。前置機CPU采用單片機 (或DSP模塊)，對多路模擬量完成采樣后，向主機發(fā)送中斷信號，由主機讀取采樣數(shù)據(jù)。正常運行時，錄波屏不斷對模擬量進行采集，對開關量進行掃描，同時主機通過對采集的數(shù)據(jù)處理分析，判斷是否起動：觸發(fā)條件滿足時，啟動錄波，然后將錄波數(shù)據(jù)存入磁盤，再進行分析計算，打印輸出錄波報告。

1.2 線路高頻閉鎖方向保護原理

高頻閉鎖方向保護是根據(jù)比較輸電線路兩側短路功率方向的原理而構成的。短路功率的正方向規(guī)定為由母線流向線路，負方向為由線路流向母線。當被保護線路發(fā)生內部故障時，兩側的短路功率均為正方向，兩側保護裝置中的收發(fā)信機都不發(fā)閉鎖信號，當然也收不到閉鎖信號，保護就動作，使兩側斷路器跳閘。當線路外部發(fā)生故障時，本線路距故障點近的一側短路功率方向為負，該側保護起動，收發(fā)信機發(fā)出閉鎖信號，這個閉鎖信號被本線路兩側的保護所接收，把兩側的保護都閉鎖起來，不能跳閘。由于這種保護裝置是以高頻通道經常無電流，而當保護區(qū)外發(fā)生故障時，由短路功率方向為負的一側發(fā)出高頻信號，去閉鎖本側和對側的保護，因此叫做高頻閉鎖方向保護。

2 案例分析

2.1 故障錄波圖形及故障過程分析

2008年2月15日，某局220kV線路發(fā)生B相單相接地故障。該條線路兩個保護屏分別運行了許繼電氣股份有限公司的WXH一801／802數(shù)字式微機線路保護裝置，該保護主要具有縱聯(lián)高頻方向保護、三段式相間距離及接地距離保護、六段式零序電流保護、故障錄波以及重合閘功能。

2.1.1 微機故障錄波分析報告

a.故障分析報告(微機保護)

距離啟動時間/ms：5

零序啟動時間/ms：5

縱聯(lián)啟動時間/ms：5

縱聯(lián)保護收訊時間/ms：8

縱聯(lián)保護停訊時l～/ms：145

零序Ⅱ段出口時間/ms：561，BN 實測Io=8.490 A，定值=6.500 A

其他保護三跳停訊時間/ms：568

測距：實測(Q)X=0.200，R=6.570，距離(km)=4.450(此處為二次阻抗值)

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b.故障波形報告

該保護裝置的故障錄波模塊的電流波形比較形象、準確，而電壓波形相對不能正確反映當時的故障情形，仍有待改善。本線路保護裝置中各種保護的錄波波形見圖1～ 4。

c.疑點

從微機保護故障錄波報告中可以看到，此次故障屬于B相單相接地故障，且發(fā)生在線路本段內，與平時相比該次故障具有以下疑點：①高頻保護沒有及時切除故障；②零序Ⅱ段出口后，線路上的重合閘沒有進行任何動作；③Ⅰ段距離接地保護沒有動作。

圖1 高頻保護故障錄波

圖2 零序Ⅱ段保護故障錄波

圖3 距離保護故障錄波

圖4 縱聯(lián)零序保護故障錄波(對側)

2.2 高頻方向動作分析

查閱WXH-801/802數(shù)字式微機線路保護裝置和SF600集成電路收發(fā)信機技術說明書 ，得到如下結論：正常情況下，系統(tǒng)全相運行時，當發(fā)生區(qū)內故障，兩端的該線路保護，啟動元件啟動，通知收發(fā)信機開始起信(即本側向對側發(fā)信)，且如中間不被停信，將一直持續(xù)10S，在保護起動后，本側功率方向元件開始進入故障處理程序判別短路功率方向。當方向為正時，保護裝置作用于收發(fā)信機停訊，在保護啟動的同時判斷收信時間，持續(xù)收信5ms后就準備接收對側的高頻信號。如果本側判為正向后，在持續(xù)5～8ms沒有收到對側任何高頻信號，則保護裝置認為故障發(fā)生在區(qū)內，應經選相后出口跳閘；相反，若在本側收發(fā)信機停訊后5～8ms內，又收到了對側的高頻閉鎖信號，保護裝置則認為故障發(fā)生在區(qū)外，應閉鎖出口。另外，收發(fā)信機的收信回路在裝置發(fā)信時只收本側信號不接收對側信號，僅當本側停訊時才收對側信號。如圖5所示。

圖5 高頻閉鎖式方向保護流程圖

從本側故障錄波圖1和保護報告可以得出，在線路本側的高頻保護在故障發(fā)生5ms后保護啟動，因故障點可能處于功率方向臨界點，直至150ms后保護才判為正向，作用于收發(fā)信機停訊，且準備接收對側高頻信號，保護裝置準備出口跳閘。對側是在故障發(fā)生后，571.6ms開始停訊，因此在停訊之前一直處于發(fā)信狀態(tài)。對于本側高頻保護而言，在本側停信后的5～8ms內，收到了對側的高頻信號，裝置誤認為是區(qū)外故障，所以閉鎖了高頻保護出口，最后只能由后備零序保護在561ms時出口。

對于對側高頻保護沒有及時動作的原因，分析認為：由于兩側本高頻保護的方向元件都設有正、反2個方向元件(為了防止因功率倒向引起誤動)，正方向元件正序電流定值可以整定，反方向元件不能整定，靈敏度比正方向元件靈敏(電流門檻取正方向的0.75倍，動作角范圍為正方向的1.25倍)，任一反方向元件動作閉鎖所有的正方向元件。由圖4可以看出，對側在其起信后可能由于當時保護裝置的功率方向元件處于臨界狀態(tài)；由于原來保護裝置的負序元件是在起信時立即投入，當發(fā)生了近距離的故障，而出現(xiàn)功率臨界狀態(tài)時，高頻零序反方向元件有可能動作而閉鎖了所有正方向元件，從而對側的收發(fā)信機也就一直處于發(fā)信狀態(tài)，直到602.4ms時，方向元件判斷短路功率方向為正向，因此裝置作用于收發(fā)信機停訊。又由于此時本側已經跳閘出口，經TWJ(跳閘位置繼電器)停止向對側發(fā)信，所以對側保護裝置經停訊延時5～8ms后，縱聯(lián)零序保護選擇了B相跳閘。220kV旗山變也發(fā)生過類似上述高頻保護拒動故障。經廠家分析后，升級了保護裝置軟件，將負序元件投入時間改為起信后50ms，以避免上述功率臨界點的情況，升級后至今沒有發(fā)生類似情形。

2.3 零序Ⅱ段動作分析

由于高頻保護失效，WBH-802數(shù)字式微機線路保護裝置在故障發(fā)生后的561 ms時，實測BN(B相接地短路)，零序電流I0=8.49A，而后備保護零序Ⅱ段定值為6.500 A，因此滿足了零序Ⅱ段出口的條件，線路的B相斷路器應該可以跳閘。通常，當系統(tǒng)發(fā)生了單相接地故障時，應是跳單相后，單相重合閘一次，若重合到永久性故障時，跳開三相并再進行自動重合，但從上述錄波波形可以看出，自動重合閘裝置根本沒有動作過。為此，查看了這條線路的繼電保護相應整定值，發(fā)現(xiàn)此條線路的零序Ⅱ段整定為：I0dz=6.5A，三相永跳(永跳與三跳相比，多了閉鎖自動重合裝置功能)，因此一旦本線路的零序Ⅱ段出口后，跳三相且閉鎖本側的線路的自動重合閘，分析結果和微機保護提供的錄波波形十分吻合，這一部分保護裝置是正常動作。

2.4 距離保護動作分析

在本保護裝置中，距離保護作為高頻保護的后備保護，在高頻沒有出口跳閘的情況下，線路的速斷保護之一的接地距離I段保護，理應能夠迅速出口跳閘，然而在本次故障中，距離保護只是啟動，卻沒有出口。根據(jù)保護裝置測得的距離參數(shù)：實測 X=0.200，R=6.570(單位為 Q)，而保護裝置的接地距離保護的I段的整定值為：R1=6.55，X 1=1.52(單位為 Q)。通過計算可以得出：{(R12+X12)=(6.552+1.522)}>{(R 2+X 2)=(6.572+0.2002)}，即測得阻抗的幅值小于接地距離保護I段的整定值，如果接地距離保護是采用全阻抗繼電器模型作為保護出口判據(jù)的話，接地距離保護I段應該出口。查閱該保護裝置技術說明書可知：接地綜合阻抗元件采用具有多邊形特性的阻抗繼電器模型，相間綜合阻抗元件則采用具有全阻抗的阻抗繼電器模型，因此在遇到不同類型距離故障時應該采用與之對應的阻抗繼電器模型來分析事故。從圖6可以看出，R=6.57Ω的折線，沒有落在多邊形內(即陰影區(qū)內，且多邊形內為動作區(qū))，因此保護沒有達到出口跳閘的條件。綜上所述，本次故障的接地距離保護沒有出口理所當然，保護裝置工作正常。

圖6 多邊形阻抗繼電器模型

結語

故障錄波裝置已為電網(wǎng)的運行管理帶來明顯的效益。利用線路兩側或相鄰設備的故障錄波數(shù)據(jù)來分析事故原因，具有一定的實用價值，因此，在條件允許時，應該考慮將本區(qū)域電網(wǎng)的故障錄波裝置進行聯(lián)網(wǎng)，這樣在具體分析事故時可以結合對側或相鄰元件的采樣數(shù)據(jù)，更加方便、準確地查找出事故原因。另外，為了更好、更可靠、更真實地反映不同的故障類型，往往會利用這些故障類型各自特征量去分析、處理故障數(shù)據(jù)，因此可能在同一保護中，經常會利用相同原理的不同判據(jù)(或繼電器模型)來分析不同故障(如：接地距離和相間距離采用不同的繼電器模型)。在利用保護裝置的技術說明書時，應該理清該裝置針對不同故障類型所采用的不同原理模型，分別用對應的原理去判別不同的故障類型。另外，在分析故障的過程中遇到難點時，參考該保護裝置總原理圖，可以從整體上考慮問題。

[1]鎖小軍，孫超圖.故障錄波器淺析[J].陜西水力發(fā)電，2000，16(1)：32～35.

[2]全國電力工人技術教育供電委員會.變電運行崗位技能培訓教材 (220kV)[M].北京：中國電力出版社.2000.

[3]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社.2000.

[4]許繼電氣股份有限公司，許昌繼電器研究所線路室.WXH-801/802數(shù)字式微機線路保護裝置技術說明書[Z].2001.

[5]許繼電氣股份有限公司，通信事業(yè)部.SF600集成電路收發(fā)信機技術說明書[Z].