基于故障錄波數據的繼電保護動作特性分析

曹浩鵬，曾子如

（國網湖南省電力有限公司檢修公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

傳統的繼電保護動作特征分析過程中，常采用微機故障錄波裝置，借助對故障電氣量的實時變化情況進行詳細記錄，為相關動作特征分析提供數據支持。隨著科學技術的發展和電網結構復雜性的變化，該方法很難適應現階段繼電保護動作特征分析的需要。因此，分析研究基于故障錄波數據的繼電保護動作特性分析具有重要的現實意義。

1 系統總體結構

基于故障錄波數據的繼電保護動作特性分析研究,首先需分析研究故障的相關數據，其次借助不同裝置、不同工作原理通過計算機軟件模擬裝置的動作過程，最后得到直觀和準確的數據分析結果[1]。因此，通過故障錄波數據的繼電保護動作特性分析可以實現對繼電保護動作不足的完善，有效提升繼電保護的工作效率和工作質量。

通常情況下，故障錄波數據的機電保護動作特性系統（如圖1所示）包含以下四方面內容。

（1）錄波數據格式轉換及文件管理：主要是對故障錄波文件中的數據進行分析和提取，同時負責將數據轉換成系統所需格式；

（2）電網故障輔助分析：在進行繼電保護動作特征分析過程中，需要實現自動辨識、故障距離測量等功能，通過電網故障輔助分析為這些功能的實現和數據的測量提供輔助工具支持；

（3）故障波形再現及分析：通過對故障波形進行再處理如回放、縮放或打印等，為相關工作者提供一個可以實現平面分析和完整觀測的界面；

（4）繼電保護動作行為：主要是系統的主要裝置配置，如母線、變壓器和其他線路等。

圖1 “基于故障錄波數據的繼電保護動作特性分析系統”結構框圖

2 基于故障錄波的錄波數據格式轉換及文件管理分析

作為繼電保護分析系統的重要組成部分，錄波數據格式轉換和文件管理是組成系統另外三個部分的基礎[2]。它的主要功能模塊包含錄波文件管理和錄波數據格式轉換。

2.1 錄波數據文件及格式

（1）頭文件：相關工作人員在使用該項工具時，借助頭文件可以對系統中的文件數據和相關信息進行全面了解。頭文件一般采用ASCⅡ的格式，借助文字處理編輯形成，能夠對故障錄波進行詳細的輔助說明工作。

（2）配置文件：配置文件是對故障錄波的相關數據進行具體說明，同樣是由文字處理編輯而成，可以使計算機的相關軟件生成ASCⅡ格式的文本文件。配置文件的功能是對計算機軟件中的數據進行分離，并從中找出重要信息，幫助計算機在編程時更加便捷地讀取程序。例如：借助配置文件對格式進行固定，以降低計算機在進行編排工作時進行繁雜程序的操作。一般情況下，配置文件中存在多行字符時，可以借助逗號對字段進行區分。需要注意的是，字段可以存在空白，但逗號的分隔符不能缺少。對于每一行結尾，常采用回車和換行表示。

（3）數據文件：對每個裝置模擬通道中的數據按照采集時間的不同進行記錄。數據的記錄文件可以分為通過本文編輯格式記錄的數據文件和通過二進制方式記錄的數據文件。若采用文本編輯格式，每個數據之間采用逗號進行分割；如果采用二進制格式，則不需要采用分隔符，因為二進制格式可以對數據進行連續記錄。

（4）信息文件：信息文件主要是對一些額外信息進行記錄，方便相關使用者在進行系統操作時使用，所以信息文件多是系統工作人員創建。

2.2 錄波文件的管理

通過對錄波文件進行合理管理，可以提升對繼電保護動作特征分析的有效性和準確性。借助錄波數據的格式轉換功能，可以更好地實現錄波文件管理模塊的相關功能[3]。錄波器中，按照時間為標準，對錄入的文件進行命名，可以有效避免錄波文件出現重疊或混淆問題，且可以將同一時間的所有文件放置在同一個錄波器文件夾中，方便相關工作人員查找。

3 故障錄波數據的繼電保護動作特性分析

3.1 基于故障錄波的故障波形再現及分析

（1）為了確保故障錄波數據有效顯示，提升故障波形圖的準確性，對故障波形圖的時間坐標處理過程中可以采用無級別縮放的方式；

（2）故障波形圖處理過程中，借助游標功能可以快速找出故障波形圖的高峰點和沖突點，為分析提供理論支持；

（3）對再現故障波形圖進行分析過程中，為確保故障波數據結合的緊密性，推動數據分析的準確性，可以對一些故障錄波數據進行增加或刪減。

（4）在進行虛擬通道的數據分析中，常采用四則運算方法，為波形操作提供了便利條件。

（5）系統可以實現對重要數據的存檔保護功能，具有數據保存和打印功能。

3.2 給予故障錄波的繼電保護動作行為分析

繼電保護動作是提升電力系統整體運營能力的關鍵組成部分。因此，在進行故障錄波數據的機電保護動作特征分析過程中，需要對波形參數進行重點分析研究。

（1）需要對電力系統進行分析研究，將正常運行狀態的波形作為分析研究的標準；

（2）借助浪涌識別算法進行相關計算過程，對故障波形和信號進行有效識別；

（3）采用形態學濾波法對故障波形中出現的干擾信息進行過濾處理，處理后再進行相關信息數據的分析和計算，最終得到電阻數值。

（4）以上幾點保護動作行為可以有效對電力系統中變電設備和電壓器進行差動保護，因此借助電阻數值可以對繼電保護動作進行詳細有效的分析。

3.3 基于故障錄波的電網故障輔助分析

當電力系統出現故障時，會產生一些與故障相關的數據信息，這時機電保護裝置通過對數據信息的分析研究，可判斷是否需要進行下一步動作。為確保電網故障輔助分析的準確性，可對故障問題的時間間隔采用繼電保護算法進行計算，分析相關的電網故障服務，確定故障問題產生的類型[4]。

4 故障錄波數據的繼電保護動作特性實例分析

某電廠是110 kV變電站，采用單回線路接入到220 kV變電站，實現了和主電網的并行。在進行電力線路敷設過程中地形地貌復雜，很容易發生線路故障，給用電客戶帶來影響。因此，可以加入另一條線路110 kV變電站實現雙回并列運行，有效降低故障發生的幾率。但是，運行過程中還是頻繁發生故障現象，因此需要借助故障錄波數據分析故障原因，找出對應的解決方案。

4.1 線路故障分析

故障前系統接線，如圖2所示。由于大雪的影響，導致并網Ⅱ線的B相導線出現架空地線放電，導致并網Ⅱ線B2零序Ⅰ段出現跳閘故障。同時，引發并網Ⅰ線A2零序Ⅱ段也出現跳閘故障。

圖2 故障前系統接線

4.2 錄波記錄與保護動作行為分析并網Ⅰ線

在主變電站中設置有故障錄波裝置，可調取以上故障發生時的數據，相關的電流記錄如圖3所示。

圖3 電流錄波記錄

通過對電流錄波記錄進行分析，反映出故障性質為B相接地的短路故障。進一步分析發現，導致該變電站頻繁出現故障的原因是零序保護Ⅱ段電流整定值過小。

5 結 論

電力資源的重要性日益突出，保障電力系統的安全運行也備受關注。尤其是繼電保護裝置，關系著整個電力系統的正常運行。因此，相關工作者需加強自身專業素質，充分了解故障錄波數據系統，深入研究繼電保護動作特性，不斷推動我國電力供應的可持續發展。