[科普中国]-故障录波器-

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。故障录波器是提高电力系统安全运行的重要自动装置，当电力系统发生故障或振荡时，它能自动记录整个故障过程中各种电气量的变化。

引言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

特点1.在数据采集方面，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。2

2.在启动判据方面，保护要求在故障当时即刻准确判定,所以对启动判据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。

3.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。

4.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。

5.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。

作用1、根据所记录波形，可以正确地分析判断电力系统、线路和设备故障发生的确切地点、发展过程和故障类型，以便迅速排除故障和制定防止对策。

2、分析继电保护和高压断路器地动作情况，及时发现设备缺陷，揭示电力系统中存在的问题。

3、积累第一手材料，加强对电力系统规律的认识，不断提高电力系统运行水平。

故障录波器的启动方式启动方式的选择，应保证在系统发生任何类型故障时，故障录波器都能可靠的启动。一般包括以下启动方式：负序电压、低电压、过电流、零序电流、零序电压。

(1)相电流突变和相电压突变：

相电流突变量起动采用：△i(k)=||i(k)-i(k-N)|-|i(k-N)-i(k-2N)||i(k)为电流一个瞬时点

相电压突变量起动采用：△u(k)=||u(k)-u(k-N)|-|u(k-N)-u(k-2N)||

注：式中N为一个工频周期内的采样点数，采用分相判别，用计算出的相电流或相电压突变

量与定值比较，连判三次满足突变量起动定值即被确认为起动。

(2)相电流、相电压越限及零序电流、零序电压越限起动

用计算出的各相电压、各相电流以及零序电压、零序电流（采用

专用通道输入，而非采用对称分量法计算得到）同整定值比较以判断是否起动。

(3)频率越限与频率变化率起动

本装置采用硬件测频，用测得的频率与频率越限定值比较以判定是否起动。

频率变化率用式df/dt=|f2-f1|/△T其中：f2当前参考时刻测得的系统频率;

f1前一参考时刻测得的系统频率;

△T相临两参考时刻的间隔时间

(4)荡判断起动

线路同一相电流变化，0.5s内最大值与最小值之差≥10%时起动振荡录波，并判断振

荡是否平息。并利用负序电流及零序电流的变化dI2+dI0检测振荡中是否发生故障。

（5）开关量起动

通过配置可设定任何开关量作为起动条件、变位方式可选。

(6)正序、负序和零序电压启动判据。电力系统故障时，正序、负序和零序电压均

可以看成故障分量，因此可以利用这些量变化启动录波，具体可以按如下判据启动：

U2（负序）>=3/1000*UN

U1（正序）>=90/1000*UN

U0（零序）>=2/1000*UN

国内外故障录波器的比较同国外相比,国内的故障录波器还存在一定的差距,概括起来,主要有以下几点:

录波器在故障时没有正常运行的主要原因是元器件质量不过关,占总数的70%；

硬件配置不合理。国内故障录波器一般采用单片机完成数据的采集、计算和判断,而国外普遍采用专门的DSP芯片；3

系统容量小。由于受到系统本身结构的限制,无论是模拟量的输入、开关量的输入、还是故障数据存储容量,其冗余度小,不利于增容和升级。而国外录波器的模块式结构使以后的扩展能简单地集成到现有的结构中,且采用数据压缩技术,存储容量大；

国外的故障录波器一般是多功能的智能化装置,能记录短路故障、低频振荡、暂态故障,还能进行故障定位、谐波分析和电能质量分析,而国内的录波器数据分析能力差,故障测距结果不准。4

本词条内容贡献者为:

胡启洲 - 副教授 - 南京理工大学