故障录波测距装置判相失败的原因

张树培，熊红英

(云南电网有限责任公司保山供电局，云南 保山 678000)

0 前言

相比行波测距装置，故录对故障测距的准确性从原理上存在劣势，但考虑到经济性和运维成熟度，故障录波装置仍然是一些新建变电站的首选。故障录波装置的现场选相测距，目前所采用的模型和算法有一些局限性，典型故障的时候还好，但对于一些复杂情况，如同塔双回线同时发生不对称故障的故障分析上多次出现故障录波装置的相别判断与保护装置不一致的情况，因此，提高故障分析准确性是故障录波装置厂家修正与升级的方向之一。

1 故障录波装置的主要功能

故障录波装置的主要功能有两个，一个是对线路运行参数和电气量进行实时监测，另外一个是对线路故障时的故障量波形进行记录并基于记录数据对故障进行分析，在故障分析结果中，故障测距可以为线路人员查找故障点提供参考，而正确的选相是保证测距结果正确的前提。

2 故障录波装置选相的基本原理

故障录波装置实际上采用了一个比较复杂的综合逻辑进行选相，是以电流选相原理为主，当电流逻辑不成立的时候，再去找电压逻辑。多次与厂家交流故障分析经验得出，国电武仪的录波装置最核心的选相方式为相电流差工频变化量选相，而深圳双合的录波装置最核心的选相方式为电流序分量选相。

相电流差工频变化量选相流程如图1 所示:首先计算各相突变量和相电流差突变量:ΔIab，ΔIbc，ΔIca，再根据故障特征:单相接地——两非故障相电流差几乎为0;两相短路——两故障相电流差最大;两相接地——与两相短路相同，可通过比较零序变化量判断是否接地;三相短路——三个相电流差变化量几乎相等进行判相。

其中ΔIab≈ΔIca≈ΔIbc的判定条件为:

(ΔIbc＜＜ΔIab) ＆＆ (ΔIbc＜＜ΔIca) 的判断条件为:

是否接地的判断条件为:

即零序突变量电流大于定值。选相的逻辑、公式均是以其中的一种故障情况为例，其余故障情况类似推倒。

电流序分量选相的基本流程如图2:先对故障点前后电气量进行采样，利用式(3)判断有无零序电流，若有零序电流则明确是接地故障，再根据零序电流和负序电流的夹角以及正序电流和负序电流的夹角判断是属于哪一类型的接地故障(夹角范围与故障类型对应情况详见图3［1］:零负序电流与正负序电流比相划分图与表1 零负序电流与正负序电流比相划分表;若无零序电流

图2 故障录波装置非对称故障选相逻辑图

则对有无负序电流进行判断，有负序电流时通过对正序电流和负序电流的夹角判断出是哪种相间故障，无负序电流时通过对三相电流电压的幅值判断出属于三相短路故障还是无故障。

图3 零负序电流与正负序电流比相划分图

表1 零负序电流与正负序电流比相划分表

3 双回线故障的故障录波分析

2015 年1 月18 日03 时28 分29 秒，220 kV保腾Ⅰ、Ⅱ回线同时发生故障两侧断路器跳闸，其中220 kV 保腾Ⅰ回发生B 相接地故障，220 kV保腾Ⅱ回发生AB 两相接地故障。而故障录波装置对保腾I 回线的判相结果与保护装置不一致:腾冲变侧保腾I 回线采用深圳双合的故障录波装置，判相结果为BC 相接地短路，保山变侧采用了国电武仪的故障录波装置，判相结果为AB 相接地短路。

装置在查找故障点的时候，是针对线路的全部数据，从前到后遍历数据，查找选相条件成立的点，并以此为参考，确立故障点。利用故障点前后一个周期的电气量进行突变量判断，在突变量判断完成后再推半个周期进行序分量选相。所以选取故障前一周波、故障后一周波与故障一周波后推半周波的电气量进行分析，为保证与装置分析数据的一致性，故障前后一周波的数据选择与报文显示的数据一致。

1)对比故障前后一个周波的电气量:保腾Ⅰ回A 相电流由0.041 A 突变为0.396 A，B 相电流由0.040 A 突变为0.625 A，C 相电流由0.038 A 突变为0.160 A，各相电流的突变均大于0.1 倍额定电流，从定值上Iφ＞0.1In满足电流突变量启动;

2)零序电流从 0 A 突变为 0.356 A(126.3°)，从定值上I0＞0.1In判断为接地故障;

3)故障后一个半周波的arg (I0/I2)=293.7°－ 208.5°=85.2°，在(30°，90°)范围内，故障判相为BC 相短路接地，判相结束。保山变侧保腾Ⅰ回线故障量，结合相电流突变量选相方法对其进行分析:

1)对相电流变化量进行计算:

ΔIca=1.972 20 A 最小，ΔIab=7.856 11 A最大。

2)计算式(2)不满足，即ΔIab≈ΔIca≈ΔIbc的判定条件不满足，所以不是三相短路;

3)最小，计算

不满足，即(ΔIca＜＜ΔIab)＆＆(ΔIca＜＜ΔIbc)的判定条件不满足，所以不是B相接地;

4)ΔIab最大，同时零序电流由0.04 A 突变至1.202 A，I0＞Iset0，满足接地故障的判定条件，故障录波装置判断为AB 短路接地，判相结束。

本次的故障现象较为复杂，不仅受另外一条线路故障的影响，也受本线路对侧保护动作的影响，通过两台录波装置按照各自的选相逻辑均选相失败可以看出，目前故障录波装置利用单端电气量选相的方法在判别复杂故障时准确性还有待加强。为了提出更好的解决办法，做了以下几点分析:

1)利用电压选相方法带入两侧的数据进行计算不能得出B 相接地的判相结果。虽然电压选相方式不能更好的改进该问题，但为了解决某些大电阻故障时，电流变化很小的情况，电压选相的逻辑建议保留。

2)根据角度的计算，腾冲变侧故障录波数据中在判相边界值“90°”附近，利用选择更多的点进行分析，分别能得到AB 相接地短路、B相接地短路和BC 相接地短路的判相结果。继续运用电流序分量选相的方法对保山变侧数据分析，也能找有符合B 相接地短路的点。所以故障录波装置的选相逻辑应该将相电流突变量选相和电流序分量选相结合。

3)本次故障虽然复杂，但两侧保护(北京四方的CSC－103 系列保护装置)均判断为B 相接地短路并单跳单重，正确动作。光差保护，在GPS 定位系统的辅助下采用具备绝对同步的双端数据进行判相和测距，其精确度高于故障录波装置。我们将两侧厂家的录波文件转化为标准格式，利用山大电力的波形分析软件进行双端测距，得出AB 相接地短路，也不能选择出B 相接地短路的结果，且测距结果并不理想。

4)厂家的分析软件中手动测距菜单可以手动选择B 相接地短路从而得出更加准确的测距结果，启用“手动测距”是目前面对此类问题比较好的一种应对方法。

4 改进意见

根据分析结果，认为故障录波装置对于220 kV 及以上线路的选相可以从两个方面来完善，一方面是完善逻辑，将使用较为普遍的相电流突变选相、电流序分量选相和电压选相用或逻辑整合使用。另一方面是借鉴保护装置的判相结果，从开关量上对单相短路故障进行判断，判断方式如图4 所示(以A 相为例其他类似)。

图4 开关量选相逻辑图

在确立故障点前后5 个周期内保护动作完成，在该段时间内，单相接地故障若正确动作必然带来保护单跳和跳闸相动作的开关量至“1”，而保护三跳的开关量动作为“0”。将保护单跳、对应相动作与保护三跳取反用“与”逻辑联系起来，判断出具体相的单向短路故障，同时由于开关量取自主一和主二保护，可以用主二保护相同开关量与主一保护用“或”逻辑相连，提高保护开关量选相的准确性。

加入开关量选相后的选相逻辑如图5 所示:

图5 综合选相流程

在发生故障后，先根据开关量选相判断是否为单相接地故障，若不满足条件或选相失败，再进入传统的电气量选相。一方面运用保护装置选相的准确性可靠的完成单相接地故障的判断，另一方面即使开关量选相失败，通过完善传统电气量选相的功能也能提高选相正确的概率。

5 结束语

［2］中提出了基于六序分量法提升单端测距的准确性，但是单端测距无论算法和逻辑如何完善，选相的可靠性也不能超过基于绝对同步的双端电气量选相。运用保护装置启动的开关量完成选相虽然打破了故障录波装置选相的独立性，但是随着2014 年开展的大量双光差改造项目，220 kV 线路保护几乎都是两套光差保护互为备用，故障录波装置若不能以更高的选相精度完成选相何不如利用保护装置的选相结果进行测距，毕竟故障录波装置的选相结果改变不了断路器的动作行为，而更准确的测距值才能为事故分析带来更好的帮助。

参考文献:

［1］郑涛，刘万顺，杨奇逊，等.一种基于电流电压序分量的模糊选相元件［J］.中国电力，2003，36 (2):37－41.

［2］张海.同杆双回线故障稳态分析及其单端量选相的研究［D］.华北:华北电力大学电气与电子工程学院，2013.

［3］姚金雄.电力输电线路故障录波装置研究［D］.西安:西安理工大学水利水电工程学院，2005.