第 5 章 变电站微机故障录波
变电站综合自动化 原理与系统
主讲：黄 勇
教材：《变电站综合自动化原理与系统》 张惠刚 编著 中国电力出版社
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第 5 章 变电站微机故障录波
第5章 变电站微机故障录波
引子 微机故障录波原理 微机故障录波实例
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第 5 章 变电站微机故障录波 引子1: 电力系统运行过程中遇到的一些问题：
作为继保部门来说，所关心的是：如何在事故发生后，
查找事故的起因；
事故发展过程中各微机保护设备的动作行为正确与否； 保护定值整定是否恰当；
事故对相关电气设备的冲击；
区域性事故对全网和全系统的影响如何；
如何根据事故发生情况来调整系统的运行方式等等。
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第 5 章 变电站微机故障录波 解决之道－1
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第 5 章 变电站微机故障录波 解决之道－3
详尽、真实、统一时标的数据是事故后分析的关键
在电力系统发生事故后，为了对系统的暂态过程进行分 析，判别事故发生的原因，进行事故重现等处理，详尽、真 实的数据是基础。由于事故分析时，可能考虑到高次谐波的 影响或需要利用故障时某些特殊的高次谐波量进行事故分析， 根据来奎斯特采样定理的定义，这种数据的采样频率必须是 大于所考虑的最高有效次谐波频率的两倍，如果考虑计算精 度，频率应当更高。因此有效的数据应当是满足一定采样频 率的真实采样点数据，而不是有效值的采样点。
1、前臵机主要由中央处理器和一些外围电路组成，前臵机的主要 功能是交流数据采集。其中交流数据采集功能模块主要包括：
变换器：一般分为模拟变换器和光电隔离变换器两大类型。 变换器的作用主要有：电气隔离、幅度变换。 低通滤波器：低通滤波器的作用主要有： 一是滤除输入信号中的干扰信号，起抗干扰作用； 二是滤除高次谐波信号，降低输入信号的截止频率，使 输出信号满足采样定理的要求，从而使数据采集的离散信 号能如实反应输入信号中有用频率信号的变化情况。
这些标准明确规定了电力系统故障动态记录装臵应达到 的记录要求，这对国内生产的故障录波装臵提出了越来越高 的要求。
《220～500kV电力系统故障动态记录技术准则》
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第 5 章 变电站微机故障录波 电力故障录波器的发展
国内对故障录波器的研制和开发已经有多年的历史，其中有： 机电式录波器 光电式录波器 采用固态数据存储器的录波器 90年代，我国继电保护进入了微机时代，此时产生了第一 代微机故障录波器WGL-11（华北电力学院），此后不久又产 生了WGL-12，并催生了第一个电力录波装臵的技术规范： DL/T553~1994《220～500kV电力系统故障动态记录技术准 则》。
第 5 章 变电站微机故障录波
5.1 微机故障录波原理
一、故障录波器的概念：
故障录波器是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的 一种装臵，它可以记录因短路故障、系统振荡、频率崩溃、 电压崩溃等大扰动引起的系统电流、电压及其导出量，如有 功、无功以及系统频率的全过程变化现象。主要用于检测继 电保护与安全自动装臵的动作行为，了解系统暂态过程中系 统中各电参量的变化规律，校核电力系统计算程序及模型参 数的正确性。
准确的数据是故障定点的保障：
为了提高故障的准确定位，在110kV及以上变电站大部 分都装有电力系统故障动态记录装臵，即故障录波器。故 障录波器的整定值要求其测距误差不大于5%（或2km）且 无判相错误，并能准确记录故障前后的电压、电流量，这 给故障巡视提供了详实的第一手资料。 而装臵提供资料的准确与否决定于以下4个方面： ① 装臵的接线是否正确； ② 装臵的定值整定是否准确，这决定于线路参数的测量、 定值的计算和定值的整定； ③ 线路进行改造后是否再次进行了核相，线路参数测量， 计算定值并进行整定。 ④ 线路跳闸后是否进行事故分析，并对装臵的定值进行 校核和调整，这一点是今后装臵能否准确定位的关键。
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第 5 章 变电站微机故障录波 电力故障录波器的基本作用（表述2）
正确分析事故原因并研究对策，同时可正确清楚的了解系 统的情况，及时处理事故； 根据所录取的波形图，可以正确评价继电保护和自动装臵 工作的正确性，特别是对转换性故障更是如此； 根据录波图中示出的零序电流值，可以较正确的给出故障 地点范围，便于寻找故障点； 分析研究振荡规律； 分析录波图可以发现继电保护和自动装臵缺陷；
二、故障录波器的作用：
电力系统故障录波分析产品素有“电力黑匣子”之称， 是电力系统进行故障分析的基本工具，对于正确评判继电保 护及安全自动装臵动作行为、确定故障原因、及早排除故障、 恢复正常运行起到了关键的作用，因此对保证电力行业的安 全可靠运行具有十分重要的意义。故障录波装臵已成为分析 系统故障的重要依据。
现场维护、调试方便；
装臵整体应具有很高的灵敏度和可靠性； 处理机软件功能强大、齐全，能将故障录波、故障 分析、打印报告及远传合为一体。 录波数据具有统一、标准的输出格式，可以接入系 统中其它分析系统，如综自、监控、故障信息联网 系统等。
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第 5 章 变电站微机故障录波
作为线路的运行部门最不愿听到或最头疼的莫过于 接到调度部门“某线路跳闸”的通知，但输电线路固 有的“点多、面广、线路长和运行条件恶劣”的特点， 决定了线路运行部门时常要接到这样的电话。
如何组织事故巡视？ 如何尽快找到故障点？
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第 5 章 变电站微机故障录波 引子2: 电力系统运行过程中遇到的一些问题：
借助录波器，可实测系统参数以及监视系统的运行状态。
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第 5 章 变电站微机故障录波 电力系统对故障录波器的应用和要求
电力系统的动态过程是瞬息万变和无序的，随着环保的约 束，坑口电厂大容量机组的长距离送电将显著影响电网的稳定 性； 而跨区联网使电网的动态行为更加复杂，局部故障可能波 及大范围停电；
TA TV 多 路 转 换 开 关 多 路 转 换 开 关
和 二 次 信 号
பைடு நூலகம்
{
通道1 通道2
电流、电压变换器 电流、电压变换器
低通滤波器 低通滤波器
采样保持 采样保持
A/D
微 机
CPU
…
总
高 频 保 护
{
通道1 通道2
高频变换器 高频变换器 …
采样保持 采样保持
A/D
微 机
CPU
线
开关量输入
光电耦合器
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采样保持器； 多路转换开关；
A/D转换器；
开关量信号的数据采集； 中央处理器（CPU）。 2、主机：主要由工控机、半导体固化盘和接口系统三大部 分组成。其中接口系统主要功能有：与前臵机通讯和信号 的输出。
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缺电局面和近期开展的电力市场，使设备的运行接近热容 量；
系统的扩容等因素增加了运行条件的不可预知性。 随着大机组、超高压电网的发展，电力行业对安全可靠运 行越来越重视，我国电力部门技术规范规定：110KV及以上电 压等级变电站，125MW及以上发电厂必须安装故障录波分析 装臵。
电力部门已将继电保护正确动作率与故障录波完好率并列 统计。
接口
图5－1 微机交流数据采样系统框图
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第 5 章 变电站微机故障录波 某种微机故障录波器的组成及原理：
微机型故障录波器主要包括了前臵机和主机（后台机）两大 部分。一台微机故障录波器可由一台主机和多台互为独立的前臵 机组成分布式结构。这种结构具有两大优点：一是避免局部故障 而引起整套装臵退出工作，便于维护和管理；二是对任一台前臵 机进行校验和维修，不会影响整套装臵的运行。
同时，由于系统中存在多个微机自动装臵，装臵在事故 时的动作次序是判别自动装臵动作正确性的关键。要进行动 作次序的判别，对自动装臵出口状态的判别、出口时间的记 录又必须足够详细。 因此，当电力系统发生事故时必须有一套能够真实记录 故障发生前后系统各种模拟、开关状态量的装臵。
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第 5 章 变电站微机故障录波 微机故障录波器的启动方式：
内部自起动判据及推荐值：
各相和零序电压突变量：ΔU≥±5%UN；ΔU0≥±2%UN。
电压越限：110%UN≤U1≤90%UN；U2≥3%UN；U0≥2%UN。
主变压器中性点电流：3I0≥10%IN。 频率越限与变化率：50.5Hz≤f≤49.5Hz；df/dt≥0.1Hz/s。 线路同一相电流变化：0.5s内最大值与最小值之差≥10%。 220kV及以上断路器的保护跳闸信号起动。 空触点输入。 变电所和上级调度来的起动命令。
此后随着计算机技术、电子技术、通讯技术的发展，国产 录波器又经历了2－3代的发展，目前更趋向于采用嵌入式技术、 网络化技术、分布式构架的录波器设计制作技术。
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第 5 章 变电站微机故障录波 微机故障录波器的基本特点：
应当具有强大的数据采集功能； 可以采用分时多任务系统的实时信号处理技术； 可以具有计算机组网技术和管理机系统； 应当具有实时监视功能；
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第 5 章 变电站微机故障录波 微机故障录波器的数据记录方式：
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