基于故障录波图分析几种典型线路故障

魏雯

摘要：本论文简要介绍了电力故障记录装置的作用包括：正确判断故障的起因、正确分析故障过程等。本课题主要研究单相接地短路故障、两相接地短路故障、两相短路故障、三相短路故障的典型电力故障记录装置录波图，并对具体波形特征进行了分析。

关键词：电力故障记录装置；故障录波图；线路故障

1绪论

随着电网工程建设不断推进，电力系统网络规模不断扩大、区域间互联越发紧密，电力系统较过去变得越来越复杂。在现阶段这庞大互联的电力系统中，当系统发生故障时，有可能因继电保护装置的拒动或误动，而由一个小故障意外引发大范围停电的电力事故事件。在事故事件中，还因缺少可靠的故障发生过程记录，导致无法查出事故原因。

随着电力故障记录装置在电力系统中的广泛应用，电力故障记录装置能在系统发生故障时，自动地将故障前、后全过程电流、电压等相关电气量变化情况记录存盘，形成故障录波图。本文介绍的基于故障录波图分析几种典型线路故障，正是通过分析、比较电力故障记录装置记录的电气量变化情况，从而确定故障类型，并对保护是否正确动作作出判断，为提高电力系统安全运行水平提供有力的理论依据。

2电力故障记录装置

2.1电力故障记录装置作用

2.1.1正确判断故障起因

现今，电力系统相互连接着多个发电厂和变电站，当电网系统发生故障时，可能有多套保护装置以及安自装置同时动作，相互配合切除故障。在事故事件调查工作中或电力故障原因分析时，运维人员不需再像从前那样通过臆想和推测，做出前后矛盾的事故解释。运维人员只需通过调阅分析电力故障记录装置记录的故障录波图，就能快速得到可靠的故障分析依据，尽快查明事故真实起因，彻底地消除故障，消除安全隐患。

2.1.2正确分析故障过程

电力系统发生故障时，同一线路可能出现多种故障集中连续发生，并且可能存在由一种故障类型转换为另一种故障类型的情况。例如：某220kV线路投入综合重合闸功能，当线路发生单相接地故障时，保护装置动作故障相两侧跳开后，在非全相运行过程中又再发生故障。当有电力故障记录装置记录的故障录波图，便可明晰线路故障发生全过程，确切掌握线路故障具体的时间、电气量变化及故障类型转换等重要数据。

2.1.3正确评价保护及自动装置动作行为

电力网络发生故障时，继电保护装置可能出现多套保护装置同时动作的情况。例如：某220kV线路发生两相短路故障时，距离、零序电流方向保护同时动作，若无电力故障记录装置记录下故障发生前后的电气量变化，将难以判断保护动作的正确性，将无法判断零序电流方向保护误动作，进而无法确知线路故障类型。

2.1.4正确定位故障点

祖国大地幅员辽阔，电力系统中高压输电线路距离较长。本作者工作地点位于边远山区，山高林密且高压输电线路均跨越较长，当发生线路故障时，输电运检人员较难在短时间内巡视线路全长来发现故障点。通过电力故障记录装置记录的录波文件便可快速识别故障线路、类型，进行故障测距，正确定位故障点，有利于缩小巡线范围，减轻输电运检人员工作强度。

3故障类型与统计分析

3.1典型线路故障类型

1、单相接地短路故障

2、两相接地短路故障

3、两相短路故障

4、三相短路故障

5、单相断线故障

6、两相断线故障

3.2典型线路故障类型

表3.22017年清远市220kV及110kV电网输电线路故障统计表

通过《2017年清远市220kV及110kV电网输电线路故障统计表》中的数据可知，在2017年清远市220kV电网中，单相接地短路次数占所有线路故障次数的84.2%；在110kV电网中，单相接地短路次数占所有线路故障次数的70.8%，由此可知，实际运行线路中发生的故障类型多为单相接地故障。

4典型故障录波图及分析

4.1.单相接地短路波形图分析

单相接地短路分析应注意以下几点特征：

一相电流增大，一相电压降低，且为同一相别；

同时出现零序电流和零序电压，零序电流相位与故障相电流同相，零序电压与故障相电压反相；

3、故障相电压超前故障相电流约80°左右；零序电流超前零序电压约100°左右。

图4.1A相单相接地短路典型录波图

如图4.1A相单相接地短路典型录波图，以A相为故障相为例分析可知：A相电流增大，A相电压降低，故障相电流、相电压同为A相；同时出现零序电流（3I0）和零序电压（3U0），零序电流（3I0）与故障相电流（IA）相位相同，零序电压（3U0）与故障相电压（UA）相位相反；故障相电压（UA）超前故障相电流（IA）4ms（一个周波20毫秒，共360°，即18°/ms），即故障相电压（UA）超前故障相电流（IA）约72°；零序电流（3I0）超前零序电压（3U0）5.5ms，即超前约99°。综上，此图记录的电气量变化符合单相接地短路全过程。

4.2两相接地短路波形图分析

两相接地短路分析应注意以下几点特征：

1、两相电流增大，两相电压降低，且同为相同两个相别；

2、故障两相电流幅值基本相等，相位基本相反；

3、同时出现零序电流和零序电压，零序电流相量位于故障两相电流间。

图4.2AB两相接地短路典型录波图

如图4.2AB两相接地短路典型录波图，以AB相为故障相为例分析可知：故障相电流（IA、IB）增大，故障相电压（UA、UB）降低，且相别同为AB两相；故障相电流IA与IB幅值相等，相位相反；同时出现零序电流（3I0）和零序电压（3U0），零序电流（3I0）相量位于故障AB两相电流间。综上，此图记录的电气量变化符合两相接地短路全过程。

4.3两相短路波形图分析

两相短路分析应注意以下几点特征：

1、两相电流增大，两相电压降低，且同为相同两个相别；

2、故障两相电压幅值相等，相位基本相同，与非故障相电压方向基本相反；

3、故障两相电流幅值基本相等，相位基本相反；

4、未出现零序电流和零序电压。

图4.3AB两相短路典型录波图

如图4.3AB两相短路典型录波图，以AB相为故障相为例分析可知：故障相电流（IA、IB）增大，故障相电压（UA、UB）降低，且相别同为AB两相；故障相电压UA、UB大小相等，相位相同，与非故障相电压（UC）相位相反；故障相电流IA与IB幅值相等，相位相反。未出现零序电流（3I0）和零序电压（3U0）。综上，此图记录的电气量变化符合两相短路全过程。

4.4三相短路波形图分析

三相短路分析应注意以下几点特征：

1、三相电流同时增大，三相电压同时降低；

2、未出现零序电流和零序电压；

3、故障相电压超前故障相电流约80°左右。

图4.4三相短路典型录波图

如图4.4三相短路典型录波图，以三相故障为例分析可知：三相电流（IA、IB、IC）同时增大，三相电压（UA、UB、UC）同时降低；未出现零序电流（3I0）和零序电压（3U0）；故障相电压（UA、UB、UC）分别超前故障相电流（IA、IB、IC）4ms，即故障相电压超前故障相电流约72°。

5结束语

在电网线路故障处理中，电力故障记录装置记录的故障录波图在故障分析中起到了重要作用。通过对故障录波图的综合分析，为故障处理提供可靠依据，可以快速判断故障类型，加以实际推理判断以及现场实地检查，迅速缩短寻找故障点的时间，为有效消除安全隐患、清除故障，为电网安全可靠运行提供有力保障。