故障录波图讲义讲解学习

故障录波图讲义
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故障录波图分析
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在我们的日常生产中经常需要通过录波图来分析电力系统到底发生了什么样的故障？保护装置的动作行为是否正确？二次回路接线是否正确？CT、PT极性是否正确等等问题。

接下来我就先讲一下分析录波图的基本方法：
1、当我们拿到一张录波图后，首先要通过前面所学的知识大致判断系统发生了什么故障，故障持续了多长时间。

2、以某一相电压或电流的过零点为相位基准，查看故障前电流电压相位关系是否正确，是否为正相序？负荷角为多少度？
3、以故障相电压或电流的过零点为相位基准，确定故障态各相电流电压的相位关系。

（注意选取相位基准时应躲开故障初始及故障结束部分，因为这两个区间一是非周期分量较大，二是电压电流夹角由负荷角转换为线路阻抗角跳跃较大，容易造成错误分析）
4、绘制向量图，进行分析。

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第一节单相接地短路故障录波图分析
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分析单相接地故障录波图要点：
1、一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压。

2、电流增大、电压降低为同一相别。

3、零序电流相位与故障相电流同向，零序电压与故障相电压反向。

4、故障相电压超前故障相电流约80度左右；零序电流超前零序电压约110度左右。

当我们看到符合第1条的一张录波图时，基本上可以确定系统发生了单相接地短路故障；若符合第2条可以确定电压、电流相别没有接错；符合第3条、第4条可以确定保护装置、二次回路整体均没有问题
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（不考虑电压、电流同时接错的问题，对于同时接错的问题需要综合考虑，比如说你可以收集同一系统上下级变电所的录波图，对于同一个系统故障各个变电所录波图反映的情况应该是相同的，那么与其他站反映的故障相别不同的变电站就需要进行现场测试）。

若单相接地短路故障出现不符合上述条件情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。

这里需要特别说明一下南瑞公司的900系列线路保护装置，该系列保护在计算零序保护时加入了一个78度的补偿阻抗，其录波图上反映的是零序电流超前零序电压180度左右。

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对于分析录波图，第4条是非常重要的，对于单相故障，故障相电压超前故障相电流约80度左右；对于多相故障，则是故障相间电压超前故障相间电流约80度左右；“80度左右”的概念实际上就是短路阻抗角，也即线路阻抗角。

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第二节两相短路故障录波图分析
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分析两相短路故障录波图要点：
1、两相电流增大，两相电压降低；没有零序电流、零序电压。

2、电流增大、电压降低为相同两个相别。

3、两个故障相电流基本反向。

4、故障相间电压超前故障相间电流约80度左右。

若两相短路故障出现不符合上述条件情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。

比如说有一条线路正常运行时负荷电流基本没有，发生故障后保护拒动。

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我们来分析一下由录波图绘制的向量图。

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对照要点分析录波图，前三条都满足，但第四条不满足，绘制出向量图以后成了故障相间电压滞后故障相间电流约110度左右。

大家想一下，保护回路出了什么问题？通过分析可以看出保护的A相电流与B相电流接反了，但由于装置正常运行时负荷电流基本为零，装置不会报警。

将A、B两根电流线交换后，第四条变成满足，证明保护装置接线不再有问题。

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所以再重申一遍：对于分析录波图，第4条是非常重要的，对于单相故障，故障相电压超前故障相电流约80度左右；对于多相故障，则是故障相间电压超前故障相间电流约80度左右；“80度左右”的概念实际上就是短路阻抗角，也即线路阻抗角。

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第三节两相接地短路故障录波图分析
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分析两相接地短路故障录波图要点：
1、两相电流增大，两相电压降低；出现零序电流、零序电压。

2、电流增大、电压降低为相同两个相别。

3、零序电流向量为位于故障两相电流间。

4、故障相间电压超前故障相间电流约80度左右；零序电流超前零序电压约110度左右。

若两相接地短路故障出现不符合上述条件情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。

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第四节三相短路故障录波图分析
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分析三相短路故障录波图要点：
1、三相电流增大，三相电压降低；没有零序电流、零序电压。

2、故障相电压超前故障相电流约80度左右；故障相间电压超前故障相间电流同样约80度左右
若两相接地短路故障出现不符合上述条件情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。

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第五节 Y/△-11变压器△侧（低压侧）两相短路故障录波图分析
先以△侧（低压侧）AB两相短路为例，介绍一下Y/△-11变压器△侧（低压侧）发生两相短路故障，Y侧（高压侧）电流电压的向量情况。

通过前面的分析我们知道低压侧AB两相短路时，保护安装处向量图如下图示：
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我们知道Y/△-11的变压器△侧（低压侧）电压、电流与Y侧（高压侧）电流、电压的关系如下：
FA△=FAY-FBY
FB△=FBY-FCY
FC△=FCY-FAY
由上面的向量图可知，
对于正序分量，FA△超前FAY30度；
对于负序分量，FA△滞后FAY30度。

通过这个关系我们就可以将△侧（低压侧）各序分量转换至Y侧（高压侧），从而求取出高压侧的全电压、全电流。

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变压器低压侧AB两相短路时，高压侧保护安装处向量图如下图示：
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●从向量图我们可得到变压器低压侧两相短路时，高压侧全电压、全电流得特点：
●短路滞后相电流与其他两相电流方向相反，且大小为其他两相电流的2倍。

●短路滞后相母线故障残压非常小，接近为零。

非故障相电压与短路超前相电压大小相等，方向相反。

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那么在构成变压器电压闭锁电流保护时，由于高压侧电压闭锁电流保护要作为低压侧电压闭锁电流保护的后备保护，可是从向量图我们知道如果高压侧电压闭锁量采用三个接于线电压的低电压继电器，将不能可靠的开放保护，造成拒动，实现不了对低压侧的后备作用。

因此常采用负序继电器加一个接于相间的低电压继电器构成复合电压继电器来实现闭锁。

从而提高保护的灵敏性。

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接下来我们看一张变压器低压侧两相短路时的录波图：
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●分析变压器低压侧两相短路故障录波图要点：
●低压侧两相电流增大，两相电压降低；没有零序电流、零序电压。

●低压侧电流流增大、电压降低为相同两个相别。

●低压侧两个故障相电流基本反向。

●高压侧短路滞后相电流与其他两相电流方向相反，且大小为其他两相电流的2倍左
右。

●高压侧短路滞后相母线故障残压非常小，接近为零。

高压侧非故障相电压与短路超前相电压大小相等，方向相反。

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变压器△侧（低压侧）为小接地系统，单相接地时故障电流很小，因此一般不会出现△侧（低压侧）突然有一相电流突然增大的可能，若出现这种情况则应仔细分析。

大家可能已注意到了，为什么低压侧故障相间电压超前故障相间电流不是80度左右呢？难道是低压侧接线错误了吗？其实这是因为录波图看到的是电压、电流的二次值，而变压器差动保护计算的是高、低压侧的差动电流，因此各侧CT极性抽取时均以各侧母线为极性抽取或均以变压器为极性抽取。

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对上图来说，各侧极性均以母线为极性抽取，所以低压侧电流反相180度。

微机差动保护装置采用全星型接线，相位、幅值补偿由保护实现。

正常运行时高压侧电流超前同名相低压侧电流150度。

当发生低压侧AB相间差动保护区外故障时，由前面分析可知：（设变压器变比为1，△侧以母线为极性抽取）
IA△=－√3IA△1 ej30
IB△=√3IA△1 ej30
IC△=0
IAY=ICY=IA△1 ej30
IBY=－2IA△1 ej30
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所以 IDA=（IAY－IBY）/√3+IA△
=（IA△1 ej30+2IA△1 ej30）/√3－√3IA△1 ej30
=0
IDB=（IBY－ICY）/√3+IB△
=（－2IA△1 ej30－IA△1 ej30）/√3+√3IB△1 ej30
=0
IDC=（ICY－IAY）/√3+IC△
=（IA△1 ej30－IA△1 ej30）/√3+0
=0
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第六节大电流接地系统发生接地故障主变Yn侧（其他侧无源）录波图分析
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分析故障录波图要点：
1、三相电流增大，且三相相位相同；出现零序电流、零序电压。

2、零序电流超前零序电压约110度左右。

对于大电流接地系统，接地故障短路回路的形成实际上是通过变压器的中性点构成，当系统中发生接地故障，对于其他侧无电源的接地变压器来说，故障电流仍会通过大地经接地变压器中性点流向星型绕组，并分配到各相流回故障点，故形成上述典型波形。

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