保护动作报告和故障录波图的识别.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,保护动作报告和故障录波图的识别,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.g163.co,m,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,1,2,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,1-1 110kV,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：,10-05-19 14:31,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,2010-05-15 19:56:01:164,（,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=-40 ms,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,126 ms,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：,：,故障相电流增大、电压降低；同时出现零序电压、零序电流；,：,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,；,：,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；,：,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,0001,A,相电流增大但方向不变，而,0002,与,0020,A,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,M,）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,220kV Y/,-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,）,I,AH,，,B,、,C,相短路电流为：,（,-1/3,）,I,AH,。,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,、采用抗饱和能力强的继电保护装置。,电力系统的容量日益增大，短路电流和一次系统时间常数也随 之增大。故障时幅值很大的短路电流及其中的非周期分量可能使电流互感器的铁芯呈现不同程度的饱和。,在铁芯深度饱和的情况下电流互感器的二次电流波形会严重失真（电流波形和相位畸变），进而影响继电保护装置的动作行为，造成保护不正确动作,，必须采取措施防止保护装置在电流互感器铁芯饱和时不正确动作。,如图所示。为某电流互感器铁芯饱和时二次输出电流波形。,变压器励磁涌流波形图及采取的措施,对空载变压器进行充电时，,将在变压器的送电侧出现励磁涌流,，励磁涌流是,变压器铁芯饱和造成的,，,励磁涌流的大小及偏离时间轴的方向，,与变压器铁芯材料、送电瞬间电压的相位以及变压器剩磁的大小和方向有关。,变压器励磁涌流波形图及采取的措施,实例：,某变压器保护更换后空充主变压器时出现的保护误动的波形图。,实例分析：,由图可知，涌流中,A,相和,C,相电流二次谐波含量较小，在,4,个周期后波形趋于对称，间断角消失从而引起采用二次谐波,按相制动差动保护误动。另外还可以看出，,C,相虽有间断角，但波形基本对称，且二次电流呈现,C,T,饱和特征；三相电压未 出现任何变化。,。,变压器励磁涌流波形图及采取的措施,综合上述分析可以看出，由于变压器励磁涌流的形成机理非常复杂，波形多种多样，所以识别这种波形图时，应根据具体情况具体分析，但励磁涌流波形中至少有一相存在间断角，出现二次谐波，波形偏离时间轴的一某侧，最大的特点是电压不会发生变化。该波形有如下一些特点：,、涌流波形偏于时间轴一侧，含有大量的非周期分量。,、含有大量的高次谐波，二次谐波分量较大。,、涌流波形之间存在间断角。,、涌流在初始阶段数值较大，以后逐渐衰减。,当空投主变时，若差动保护动作，,应注意从故障波形变化特征及数据区分是励磁涌流跳闸，还是励磁涌流叠加变压器匝间故障跳闸；同时应检查保护启动、动作出口情况，是否伴随有非电量保护动作情况等。,主变保护采取的措施：,（,1,）采用二次谐波制动原理,（,2,）采用间断角原理,（,3,）采用波形对称原理,（,4,）采用快速饱和差动继电器,本课程已结束,谢谢聆听,