故障录波器及故障测距算法研究
电力系统故障录波数据分析
电力系统故障录波数据分析摘要：电力系统故障录波系统是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种系统或一种装置。
近年来，不同类型的故障录波器已在电力系统中得到广泛应用，所记录的各种故障录波数据为电力系统故障分析及各种保护动作行为的分析和评价提供了数据来源和依据。
目前，电网调度端已能通过专用网或电话网将电网故障录波数据集中到一起，但如何有效管理和利用这些信息进行必要的故障分析、保护动作行为评价及故障测距等并没有统一的标准，因此，本文针对电力系统故障录波数据进行了分析。
关键词：电力故系统故障分析；故障录波数据；双端测距一、电力故障录波器目前，在各个电压等级的变电站中，故障录波器的应用非常普遍。
故障录波器的系统运行原理是基于三相制（三相电压和三相电流）的电力系统进行运作的。
以单相为例，电力系统的电压经由滤波器将低频漂移信号和高频干扰信号过滤，再由霍尔电压传感器变为电流信号，调理电路则将电流信号转变为等比例电压信号，并将该信号传递给模数转换芯片转换成数字信号，通过相关的计算方法对这些数据进行分析，可以得到关于电压的各项参数，包括电压峰值、有效值、最大值、THD等，监控中心获得这些参数后，则可根据分析结果向电力系统故障录波器发送如检测电压、电流以及调整故障记录限值的相关控制指令，并以此促使电力系统始终处于正常的工作状态中。
由此可见，故障录波器是对电力系统故障进行动态记录的主要设备，其负责对电力系统中高速故障及其动态过程的全程记录工作。
（1）对高速故障的记录是针对新型高速断电保护以及安全自动装置进行检测的主要手段，包括对电力系统的短路及通过线路分布参数与电流和电压的系统操作错误的暂态过程进行记录。
（2）对故障动态过程进行记录是针对继电保护与安全自动装置的动作行为进行检测的主要手段，由于大扰动的原因使得电流、电压及其导出量发生有功、无功、频率的变化的全过程都是故障录波器对故障动态过程记录的相关内容。
（3）长过程动态记录是对发电机组和电网正常运行时的稳态数据的记录，其内容包括对母线电压及频率、线路有功潮流、变压器电压分接头位置以及自动装置的动作行为等。
一起线路故障跳闸后故障录波器无测距的原因查找及分析处理
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点 ，并 自动取这一时刻的故 障电压和故障电流 ， 折算到一次值进行测距 算法来测距 。在 中性点接地系统中 ，一般故障真正开始点就是 ０时刻 ， 这一时刻向后取一个周 波计算 的故障电压和故障电流就可 以用于测距的
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起线路 故障跳 闸后故障 录波器无测距 的原 因查找及 分析处理
李 国平
内蒙古超 高压供 电局 内蒙古
【 摘
呼和浩特
０ １ ０ ０ ８ ０
要 】本 文对 变电站发 生的一起 线路 故障跳 闸故障录波器显示信息不准确的原 因查找及分析处理过程 ，说 明同一类型故障录波 器在发生 同类型
测距 区 外 手 动 测距
问题 时 的 一 种 处 理 方 法 。 【 关 键 词 】故 障 录 波 器 中图 分 类 号 ：Ｔ Ｍ７ ４ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １ ０ ０ ９ — ４ ０ ６ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ２ ２ — ２ ４ ３ — ０ １
笔者所在 ５ ０ ０ ｋ Ｖ变电站发生一起线路跳 闸事件 ，俩套 主保护动作 ， 重合 闸动作 ，重合成功 。保护测距 ８ ． ３ ＫＭ， 故障录波器测距 区外 ，对侧变
李 国平 ，男 ，１ ９ ８ １ 年 出生，长期从事 变电运行管理工作。
２ ０ １ ４・ ２ ２ 中国电子商务 ● ２４ ３
钮 ，会出现提示 ，点确定 Ｙ后 ，“ Ｏ ”时标会 自动调整过来 ，如图 ３
故障录波、行波测距及故障信息子站三合一设计方案
随着电力系统的不断发展 ， 故 障录波器、 行 波 测 距 及 故 障信
息 处 理 系 统 在 电网 中得 到 了 广 泛 的应 用 ，故 障 录波 数 据 已成 为
分为三部分 ： 行 波测 距 部 分 主 要 是 高 速 采 集 故 障 时 的行 波 信 息 ， 故 障录 波 部 分 主 要 是 采 集 故 障 时 的 故 障 波 形 信 息 ，信 息 子 站 部 分 主要 是 获 得 变 电站 内各 类 保 护 的 信 息 ，这 三 类 信 息 采 集 后 统
ｓｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｇｒ ｉ ｄ． Ｔｈｉ ｓ ｐａ ｐｅｒ ｐｒ ｅｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｍｅｔ ｈ ｏｄ ｏ ｆ ｉ ｎ ｔ ｅｇｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍｓ， ａ ｎｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｗａ ｙ， ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｗ ｍｅｔ ｈ ｏｄ ａｃ ｈｉ ｅ ｖｅ ｓ ｄａ ｔ ａ ｓ ｈ ａｒ ｉ ｎ ｇ， ｒ ｅ ｄｕｃ ｅ ｓ ｃ ｏｓ ｔ ｏ ｆ ｈ ａｒ ｄｗａ ｒ ｅ ， ａｎ ｄ ａ ｆｏ ｒ ｄｓ ｆ ａ ｌ ｉ ｔ ｉ ｅｓ ｆ ｏｒ ａ ｎａ ｌ ｙｚ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏｗｅｒ ｆ ａ ｕ ｌ ｔ ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ： ｆ ａ ｕｌ ｔ ｒ ｅｃ ｏｒ ｄｅｒ ， ｔ ｒ ａ ｖ ｅｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｆ ａｕ ｌ ｔ Ｉ ｎ ｏｒ ｆ ｍａｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｕｂｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏｎ ． ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ． ｓ ｃｈ ｅ ｍ ｅ， ＤＰＵ
交给 Ｄ Ｐ Ｕ分 析 处 理 。
启动信 号 一
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２ 功 能 实现
充， 如 故 障 录 波 器 和 故 障信 息 处 理 系 统 可 利 用 行 波 测 距 的结 果 ，
南方电网故障录波器及行波测距装置技术规范解读
中国南方电网有限责任公司企业标准南方电网故障录波及行波测距装置技术规范Technical specification for fault recorder and travelling wave faultlocation device of CSGQ/CSGICS备案号：目次1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)4 故障录波装置技术要求 (2)5 行波测距装置技术要求 (7)附录A HDR文件格式 (9)附录B 故障录波装置建模原则 (19)附录C 故障录波装置录波量接入原则 (21)前言为规范、指导南方电网110 kV及以上系统故障录波装置及行波测距装置选型配置，依据国家和行业的有关标准和规程，特制定本规范。
本规范的附录为资料性附录。
本规范由中国南方电网有限责任公司系统运行部提出。
本规范由中国南方电网有限责任公司系统运行部归口并解释。
本规范在起草的过程中得到了广东省电力设计研究院、广东电网公司、广西电网公司、云南电网公司、贵州电网公司和海南电网公司的大力支持。
本规范主要起草人：丁晓兵、庞学跃、刘玮、李一泉、邓小玉、刘千宽南方电网故障录波及行波测距装置技术规范1范围1.1本规范规定了南方电网公司范围内110kV及以上常规厂站故障录波装置和行波测距装置的技术标准和要求。
直流换流站录波装置和行波测距装置参照执行。
1.2本规范适用于南方电网公司范围内110kV及以上常规变电站的故障录波装置和行波测距装置新建、改造工程。
故障录波装置和行波测距装置的设计、施工、验收及运行维护应参照本规范执行。
1.3本规范与《中国南方电网继电保护通用技术规范》一起，构成故障录波装置和行波测距装置的全部技术要求。
2规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而构成为本规范的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范，但鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
故障录波器测距原理
故障录波器测距原理
故障录波器测距原理是基于电磁波传播速度与距离之间的关系来进行测距的。
故障录波器通常是通过发送电磁脉冲信号到被测对象上，然后接收反射回来的信号，根据信号的传播时间来计算距离。
在故障录波器中，电磁波的传播速度通常是已知的，例如已知传播速度为光速。
当发送电磁脉冲信号时，通过测量信号的来回传播时间，可以得知被测对象与仪器之间的距离。
计算距离的方法可以简化为以下公式：
距离 = 传播时间 ×传播速度
通过记录多组不同的传播时间和对应的距离，可以建立一组距离与传播时间的映射关系，从而实现测距。
需要注意的是，在实际应用中，可能存在一些误差因素，例如信号传播路径的多样性，介质影响等。
因此，在进行实际测距时，需要根据具体情况进行实际校准和修正。
电力系统故障录波器算法探讨
电力系统故障录波器算法探讨在故障录波器中要计算观测点的正负序电压,电流,以便根据正序电压,电流的突变量来启动录波。
通过傅氏算法可分别计算观测点三相电压,电流相量值,根据以下算法可计算出序量值。
I•1I•2I•3=131 a a21 a 2 a1 11×I•aI•bI•c(2.2-1)式中,算子a=e jt2π,a2=e jt4π,I•1,I•2,I•3分别为a相电流正,负,零序分量。
通过计算可得i t=13i a(k)-12i b(k)+i c(k)-32sin2πNi b(k-1)-i c(k-1)(2.2-1)上式就是离散采样形式的正序电流值,式中的各常数系数项可先求出。
同样可得负序电流瞬时值和零序电流瞬时值。
采用这种算法可以得到任意时刻序分量的瞬时值。
2.3频率计算2.3.1频率测量的算法频率测量的算法很多,典型的有周期法、基于样本值解析法、离散卡尔曼滤波算法、快速傅立叶变换(FFT)类算法等。
2.3.2基于FFT的测频算法设系统电压信号为:u(t)=Ucos(2πft+α0)(2.3-1)其中f为系统实际频率。
若系统额定频率设为f0,那么有: u(t)=Ucos[2πf0t+θ(t)](2.3-2)其中θ(t)=2πft+α0(2.3-3)对信号采集前首先经过模拟低通滤波器进行抗混叠滤波。
每个周波采集点数n=128,采样频率就等于6400HZ。
第k个采样点的值为: u(t)=Ucos[2πkn+θ(t)](2.3-4)其FFT得到实部和虚部分别记作U R和U I通过测量相量幅角的变化来实时测量频率。
θ(t)=arctgU IU R(2.3-5)对(3)式两边求导,得到:dθ(t)dt=2πf(2.3-6)所以频率的计算公式为:f=f0+f=f0+12πdθ(t)dt=f0+12πθm+n(t)-θm(t)T0(2.3-7)高次谐波的存在并没有影响到测量的精确性,FFT类算法对谐波分量具有较强的抑整理用。
风电场中故障录波器的应用与典型故障分析
风电场中故障录波器的应用与典型故障分析摘要：故障录波器用于电力系统，可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平均有着重要作用。
关键词：故障滤波器；故障；分析与判断1引言电力系统故障录波器是一种用作记录和分析电网故障的设备。
能够反应电气故障前后各参数量的变化规律，因此故障录波器已成为电力企业必不可少的装置之一，无论是电力企业的技术管理者还是现场检修运行人员，熟练掌握故障录波器尤为重要，本文介绍故障录波器主要是针对风电场中应用与研究，并重点讨论风电场发生电气故障是故障录波器的波形分析。
2故障录波器的功能按照电力系统发生故障的不同情况，对应于录波器的作用主要体现在：2.1系统发生故障，保护动作正确，利用故障录波器记录下来的电流电压量对故障线路进行测距，同时给出能否强送的依据。
2.2电力系统元件发生不明原因跳闸，利用故障录波器记录下来的电流电压及开关量判断出是否无故障跳闸，查明原因马上恢复送电。
2.3利用故障录波器记录下来的保护动作事件量和开关接点状态信息找出保护不正确动作的原因，必要时通过计算工具进行模拟计算分析。
继电保护装置有不正确动作行为。
2.3.1继电保护装置误动造成无故障跳闸；2.3.2系统有故障但保护装置拒动；2.3.3系统有故障但保护动作行为不符合预先设计；3故障录波器原理3.1录波器起动方式：目的，能满足各种故障情况下可靠起动故障录波器。
3.1.1模拟量起动：按相设置的过电流、低电压起动；按相设置的电流突变起动、零序过流和突变起动；负序电流起动；3.1.2开关量起动：所有保护的跳闸出口信号；所有开关的副接点变位信号。
4故障录波器的基本要求4.1录波数据的真实性、采样数据的同时性和精度要求、录波器的启动方式要求、电流电压幅值、变化量及频率的越限；外部触发启动，如动作节点、断路器位置；直流变化量；手动启动；启动前应有一定的信息记录宽度。
高精度故障录波与行波测距装置
录波：
主
➢ 能够记录高频、暂态行波波形，采样频率1MHz
➢ 也能够记录开关量和高频载波信号波形
要
➢ 同时还能够记录传统的工频、谐波故障波形，采样
特
频率10kHz
测距：
点
➢ 仅仅利用单端量实现故障测距，测距精度高（绝对
误差小于1公里）、可靠性好
➢ 也可以利用两端电气量实现故障测距，可靠、准确
高精度故障录波与测距装置 HPR-7000
采样 速率
1M 10K 1M
<10K
产品可 扩展性
模拟量 开关量
模拟量 开关量
模拟量 开关量
模拟量 开关量
测距 精度
<1km ----<1km
-----
故障数据 记录功能
实现低频稳态量、 行波量同步录波
实现低频稳态量同 步录波
实现电压电流行波 同步录波
只录低频稳态波形 测距不准确
800K
开关量 模拟量
比较内容 产品型号
测距原理
HPR-7000-1
单端量组合算法，结合阻抗 法和行波法，精度高、可靠
HPR-7000-2
阻抗算法，可以扩展为单端 组合法
HPR-7000-3
其它产品1 其它产品2
双端行波算法，可以扩展为 单端组合法
阻抗法 受过渡电阻影响，原理上存 在缺陷
双端行波法 线路两端均需要安装设备， 成本高
组合故障测距方法
---组合故障定位方法基本原理
○0
○1
○2 ○3
○4
○5
0
x1 x2 x3
x4
x5 L
a) 行波信号的二进小波变化结果\\
b) 测量阻抗法确定的故障区间
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本科生毕业论文（设计）题目故障录波器及故障测距算法研究学院电气信息学院专业电气工程及其自动化学生姓名冯士雨学号 0843031381 年级 08 级指导教师黄勇教务处制表二Ο一二年五月二十八日故障录波器及故障测距算法研究专业名电气工程及其自动化学生冯士雨指导老师黄勇【摘要】在电力系统故障行中，线路故障占了其故障的很大一部分，电力部门需要点位出故障的准确位置（无论是瞬时故障还是永久故障），以便进行查线，从而解决故障，避免不必要的经济损失和事故发生。
要想加速线路的修复，减少经济损失，避免重大事故发生，就必须使用准确可靠的故障录波器和测距算法。
本文从故障录波器的核心控制器和结构两个方面出发，分析总结了故障录波器的发展历程，对故障录波器在各个发展阶段的特点进行了介绍。
重点讨论了故障录波器的研究现状，阐明了数字化分布式故障录波器在数字化变电站中的位置，并给出了当前最新数字化分布式故障录波器的模块构成，针对其数据采集模块与管理分析模块的结构和功能进行了分析介绍；从而引出了故障测距的方法，以及如何分析故障录波数据；通过对几种测距算法的研究和分析，阐述了如何实现准确可靠的故障测距。
关键词：故障录波器、故障测距算法、单端测距、双端测距The research of fault recorder or range algorithm Electrical engineering and its automationStudent：Feng Shiyu Instructor：Huang YongAbstract： In power system fault line, line fault accounted for a large part of its fault, the power sector needs to point out the exact location of the fault (transient fault or the permanent fault)，in order to check the line，so as to solve the fault，avoiding unnecessary economic losses and the accident occurred。
But the accurate reliable breakdown records the wave and the range finder can reduce the attendants to patrol the line inspection time, speeds up line's restoration, reduces economic loss which, First embarks from the breakdown oscillograph's core controller and the structure two aspects, carried on the analysis to the breakdown oscillograph's development process to summarize, introduced the breakdown oscillograph in each development phase characteristic. Discussed the breakdown oscillograph's research present situation with emphasis, had expounded the digitized distributional breakdown oscillograph's in digitized transformer substation position, and has given the current newest digitized distributional breakdown oscillograph's module constitution, Have carried on the analysis introduction in view ofits data acquisition module and the management analysis module's structure and the function; Thus directs to crash range finder's method, as well as how to analyze the breakdown to record the wave data; Through to several kind of range finder algorithm's research and the analysis, elaborated how to realize the accurate reliable breakdown range finder.Key Word: Breakdown oscillograph、Breakdown range finder algorithm、Single end range finder、Double-end range finder目录故障录波器及故障测距算法研究 (2)第一章绪论 (5)1.1故障录波器的应用意义 (5)1.2 故障录波器的特点 (6)1.3故障录波器的工作原理和作用 (6)1.4故障录波器的历史 (7)1.5国外故障录波器发展现状 (9)1.6 国内故障录波器发展现状 (12)1.7 国内外故障录波器的比较及建议 (14)第二章故障测距方法 (17)2.1 行波测距法 (17)2.2 阻抗测距法 (18)2.3 行波测距原理 (20)2.4 故障录波器数据分析及双端测距算法 (22)第三章各种测距算法举例及比较 (28)3.1基于三迭代算法的输电线路测距算法 (28)3.2基于双端电压故障分量的输电线路测距实用算法 (32)3.3基于小波变换和行波发的电缆故障测距方法 (34)3.4算法总结分析 (36)第四章结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)第一章绪论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置,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置的动作行为,了解系统暂态过程中系统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。
多年来,故障录波已成为分析系统故障的重要依据。
[1]而及时的保存上报故障录波图，也是发生电力系统运行事故后事故现场保护和相关资料移交的重要措施之一。
[2]1.1故障录波器的应用意义随着国民经济的发展.电力系统不断扩大,电网规模不断增强，电力系统的各种故障通常会造成较严重的影响。
因输电线路故障而停止供电，不仅影响生产，也危及电力系统的安全稳定、运行。
准确、可靠地进行故障录波，可明显节约查线的人和物力，减轻劳动强度，并能使故障处理及早进行，保证迅速恢复供电，大大降低因停电造成的综合济损失。
因此输电线路故障录波具有巨大的社效益和经济效益，是一项具有重大技术经济意义课题。
这样就要求在发生故障后对故障性质及其关故障情况做出准确的判断，从而缩短故障处理时间，迅速地恢复供电，减少对用户造成的损失。
[3]电力系统故障录波装置是常年投入到运行监视运行状况中的一种自动记录装置。
利用电力系统现场的录波数据就可以正确的评价和验算继电保护装置工作的正确性，记录系统大扰动如短路故障、频率崩溃、系统振荡、电压崩溃等发生后的有关系统电参量的变化过程以及继电保护与安全自动装置的动作行为，特别是在发生转换性故障时和非全相运行再故障时，更需要用录波数据来正确的评价继电保护和重合闸装置的工作。
利用录波装置提供的零序短路电流值，较准确的计算出故障发生点，以便缩小巡线范围，有利于迅速找到故障点，消除故障，同时也可以最大程度的减轻工人巡线的劳动强度。
另外，通过对录波数据的分析还可以发现电力系统二次设备的缺陷，好及时进行消除并且改进装置的功能和接线。
电力系统由于故障和误操作等常常引起内部过电压，录波装置可记录其波形曲线，在分析研究之后为确定限制内部过电压的措施提供可靠的依据。
[4-6]1.2 故障录波器的特点故障录波器和继电保护、监控及远动相比具有自己的特点:a.在数据采集方面【7】,当判定为故障后,保护在取得足够的数据后可以短时停止对数据的采集转去作保护运算,而故障录波则不允许数据采集的任何中断;故障录波器为保持数据的真实性,应尽可能减少滤波,保护为判明故障则要消除各次谐波,因此在硬件上和软件上都要采取措施,特别是软件滤波在保护的CPU 时间分配中占有较大比重。
b.在启动判据上,保护要求在故障当时即刻准确判定,所以对启动判的准确性和快速性要求很高;故障录波器不需执行跳重合闸,对启动判据的准确性和快速性要求不高,较之保护其判据可大大简化。
故障录波器不仅记录故障过程还要记录故障前的波形和数据,所以在故障录波器中要开辟一定容量的环行内存缓存区,不断地以采取最新数据刷新这个环行缓存区,一旦判明故障,就首先将缓存区中的内容(包括故障前和故障过程的数据)保存起来,直到故障结束。
c.与发电厂变电站自动化监控系统中的事件顺序记录功能相比,故障录波装置一般可取代前者,因此在既有自动化监控系统又有录波装置的场合,希望录波装置提供与监控系统的通信接口。
录波装置还要配备相应的通信软件,以便将录制的数据和分析结果及时传送给监控系统。
d.和远动中的开关量相比,故障录波中的开关量着眼于事故分析的需要,局限于故障时短时的记录,而远动中的开关量偏重于整个系统的正常运行,虽然也有故障时的开关量信息,但它是着眼于宏观系统的需要。
e.现在的一些微机保护也具有故障录波功能,但由于保护功能的限制,采集的电气量简单,录波时间较短(多为3～5s) ,一般不具有谐波分析能力,有故障定位但精度不高。
故障录波器则要考虑系统分析的需要,采集量全面准确,录波时间较长,分析功能也强。
1.3故障录波器的工作原理和作用故障录波器的结构和工作原理[8]：故障录波器是用来记录电力系统中电气量和非电气量，以及开关量的自动记录装置。
通过记录和监视系统中模拟量和事件量，来对系统中发生的故障和异常等事件生成故障波形，储存并发送至远方主站，通过分析软件的处理对波形进行分析和计算，从而对故障性质故障、发生点的距离、故障的严重程度进行准确地判断。