電力系統(tǒng)故障波形圖中關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別及分析

眾所周知，電力系統(tǒng)的故障過程越短越好，故障時(shí)間越短，對(duì)設(shè)備的損壞程度越小，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行越有利。目前，國(guó)內(nèi)的高壓或超高壓保護(hù)對(duì)于多數(shù)的故障均可以做到在0.1S以內(nèi)切除故障，甚至可以達(dá)到幾個(gè)毫秒，故障過程是非常短暫的。但各種故障被切除后，根據(jù)《電力生產(chǎn)事故調(diào)查規(guī)程》規(guī)定在一定時(shí)間范圍，必須明確故障設(shè)備是否能否恢復(fù)送電，超時(shí)否則算電網(wǎng)事故處理。為此需要了解故障前及故障時(shí)的全過程，判斷事故性質(zhì)。其中最有效、最直接的方法是快速讀懂故障波形圖來了解故障發(fā)生的全過程。即了解故障過程中電流、電壓幅值和相位，故障性質(zhì)、故障的持續(xù)時(shí)間，以及保護(hù)、斷路器的動(dòng)作時(shí)間等信息。為此本文以常見事故波形圖為例，介紹故障波形圖幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別和分析方法，從中了解相關(guān)故障信息和保護(hù)等設(shè)備的動(dòng)作行為，以便快速幫助管理部門確定故障性質(zhì)和制定事故處理方案，及時(shí)恢復(fù)送電。

一、故障波形圖錄取現(xiàn)狀

電力系統(tǒng)的各種故障信息必須通過專用故障錄波器或保護(hù)本身動(dòng)作報(bào)告記錄。目前現(xiàn)場(chǎng)采用的均是微機(jī)保護(hù)和微機(jī)故障錄波器，它主要由故障啟動(dòng)、信息數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)分析及波形輸出等部分組成。

不論是保護(hù)或是專用的故障錄波器啟動(dòng)主要是利用故障特征明顯的電氣量來啟動(dòng)工作，一般的啟動(dòng)量有電流、電壓突變量啟動(dòng)，電流、電壓越限啟動(dòng)，頻率變化量啟動(dòng)及開關(guān)量啟動(dòng)等。采集到的信息數(shù)據(jù)一般不作濾波處理，盡可能地保持故障信息真實(shí)性和實(shí)時(shí)性。信息數(shù)據(jù)主要有兩種類型，一種為記錄電流、電壓瞬時(shí)值的交變信號(hào)，一種為反映正負(fù)躍變的開關(guān)量信號(hào)。為了便于分析故障，信息數(shù)據(jù)一般包括故障前的一部分和故障的全過程，反映電流、電壓變化的瞬時(shí)值波形及反映電位變化的開關(guān)量均采用同一時(shí)標(biāo)繪制。輸出部分包括簡(jiǎn)要分析報(bào)告、重要故障信息數(shù)據(jù)及故障全過程波形圖、輸出波形的幅度及多少可根據(jù)需要在顯示和打印輸出時(shí)設(shè)定。

二、關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別與分析

在現(xiàn)場(chǎng)使用的保護(hù)生產(chǎn)長(zhǎng)家較多，型號(hào)亦很多，各種型號(hào)的保護(hù)故障波形圖結(jié)構(gòu)不盡相同，標(biāo)注信息的方式也差別很大，但歸結(jié)起來可以分為兩大部分，第一部分是故障分析簡(jiǎn)報(bào)，第二部分為故障波形圖信息。

1. 故障波形圖中讀取準(zhǔn)確事件時(shí)間

在第一部分是故障分析簡(jiǎn)報(bào)中給出的各事件時(shí)間均是根據(jù)相關(guān)量的開入時(shí)刻，由保護(hù)自動(dòng)給出的分析報(bào)告，有時(shí)并不十分準(zhǔn)確，如斷路器跳開或合上時(shí)間，一般是以斷路器位置觸點(diǎn)為基準(zhǔn)的，斷路器位置觸點(diǎn)與主觸頭在多數(shù)情況下并不十分同步，從而會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。另外，給出的信息不一定完整，因此往往需要從波形圖中直接讀取各事件的相對(duì)時(shí)間，即以電流或電壓波形變化比較明顯的時(shí)刻為基準(zhǔn)，讀取各事件的相對(duì)時(shí)間，這是因?yàn)殡娏髯兇蠛碗妷鹤冃r(shí)刻可較準(zhǔn)確判斷故障已發(fā)生，故障電流消失和電壓恢復(fù)正常的時(shí)刻可較準(zhǔn)確判斷故障已切除。為了便于理解，以圖1所示為例說明在故障波形圖中讀取準(zhǔn)確事件時(shí)間的方法，并將關(guān)鍵點(diǎn)的事件時(shí)間進(jìn)行了標(biāo)注。[1]

故障持續(xù)時(shí)間：故障持續(xù)時(shí)間為從電流開始變大或電壓開始減低開始到故障電流消失或電壓恢復(fù)正常的時(shí)間，如圖1所示A段，故障持續(xù)時(shí)間為60ms。

保護(hù)動(dòng)作時(shí)間：保護(hù)動(dòng)作時(shí)間是從故障開始到保護(hù)出口的時(shí)間，即從電流開始變大或電壓開始降低到保護(hù)輸出觸點(diǎn)閉合的時(shí)間，如圖1所示的B段，保護(hù)動(dòng)作最快時(shí)間為15ms。

斷路器跳閘時(shí)間：斷路器跳閘時(shí)間是從保護(hù)輸出觸點(diǎn)閉合到故障電流消失的時(shí)間，一般不能以斷路器位置觸點(diǎn)閉合或返回為準(zhǔn)，以避開斷路器位置觸點(diǎn)與主觸頭的不同步，如圖2所示C段，斷路器跳閘時(shí)間為45ms。

保護(hù)返回時(shí)間：保護(hù)返回時(shí)間是從故障電流消失開始到保護(hù)輸出觸點(diǎn)斷開的時(shí)間，如圖1所示D段，保護(hù)返回時(shí)間為30ms。

重合閘裝置出口動(dòng)作時(shí)間：重合閘裝置出口動(dòng)作時(shí)間是從故障消失開始計(jì)時(shí)到重合閘裝置發(fā)出合閘命令(重合閘觸點(diǎn)閉合)的時(shí)間，如圖1所示E段，重合閘動(dòng)作時(shí)間為862ms。

斷路器合閘動(dòng)作時(shí)間：斷路器合閘時(shí)間是從重合閘輸出觸點(diǎn)閉合到再次出現(xiàn)負(fù)荷電流的時(shí)間，同樣不能以斷路器位置觸點(diǎn)閉合或返回為準(zhǔn)，如圖1所示F段，斷路器合閘時(shí)間為218ms.

為了方便分析事故的發(fā)展，可以將中各過程時(shí)間匯集成時(shí)間軸，將上述各類時(shí)間匯集成下圖，見圖2所示：

2. 故障波形圖中讀取電流、電壓的有效值

可以利用故障波形圖中的電流、電壓波形測(cè)量故障期間電流、電壓的有效值。如圖3所示，B相發(fā)生故障后，B相電流通道上存在故障電流，B相通道上電壓明顯降低，非故障A、C相電壓相位基本沒有變。[2]

電流計(jì)算方法：先以IB通道上存在的故障電流波形兩邊的最高波峰為基準(zhǔn)點(diǎn)畫出一條刻度標(biāo)尺垂直線，如圖3所示，最后在刻度標(biāo)尺上計(jì)算出兩邊最高波峰之間存在的間隔有幾格標(biāo)尺，計(jì)算出來總標(biāo)尺格除以2得到電流具體存在標(biāo)尺格，在圖中顯示的I：4.0A/格(說明：不同故障波形該值是不相同)，在除以√2得到二次電流有效值，最后再乘以本間隔的CT變比，即得到一次電流有效值。假設(shè)本間隔CT變比為1200/1。