故障录波装置是当电力系统发生故障或振荡 时，能迅速、直接地记录与系统故障有关的运行参 数的一种自动记录装置。故障时的录波图，便于分 析电力系统故障、继电保护装置和自动装置在故障 过程中的动作情况，并有助于迅速找出故障点。因 此故障录波装置的安全、稳定、可靠运行在电网中 起着不可忽视的作用。为确保故障录波装置的可 靠性、灵敏性，一般故障录波装置设置的整定定值 比较小，启动灵敏度高，因此常出现系统正常运行 时产生的冲击电流及电压波动造成故障录波装置 频繁启动，并频发故障录波动作信号的情况。这些 没有实用价值的启动录波文件和启动报告，影响了 有效故障录波数据和故障录波报告的获取，也降低 了分析和处理故障的速度，延缓了供电恢复时间。 同时，频发的故障录波动作信号给运行人员带来很 大的困扰，麻痹了运行人员的安全意识。 1 变电站故障录波装置故障概况

包头供电局古城变电站主变压器故障录波装 置为SH-3000型故障录波器，装置上接有站内3台 主变压器的录波信号。2011-08-01—2011-11-30 每天21：00—次日05：00均频繁启动20—35次，对 运行人员造成很大困扰，严重影响运行人员的判断 力与安全意识。故障录波器频繁启动大多是由于 变电站所带负荷中有冲击负荷和母线电压的波动 造成。故障录波装置的频繁启动，降低了故障分析 和处理的速度，同时，由于数据量较大，也影响了故 障录波装置的安全稳定运行。 2 故障录波装置频繁启动原因分析 2.1 故障录波装置运行情况调查

首先对故障录波装置的实际定值执行情况进行传动检查，确定其与区调下发定值通知单一致。 并对故障录波装置正常运行时频繁打印的报文进 行分析，报文内容主要反映在电流与电压突变方 面，发现系统实际负荷冲击与电压波动大于故障录 波装置的启动值。系统电流、电压波动与录波装置 定值对比情况详见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 系统电流、电压波动与录波装置定值对比

表 1 系统电流、电压波动与录波装置定值对比

通常，为确保故障录波装置的可靠性及灵敏 性，装置设置的整定定值较小，启动灵敏度高。但 是，当变电站中送出负荷带有冲击性负荷时，如古 城变110 kV古园Ⅰ、Ⅱ回线路负荷主要是铝园工业 园区，大部分负荷均为高耗能及电铁负荷，因此，当 系统正常运行时出现冲击电流及母线电压波动情 况下，故障录波装置都将启动，并向监控装置发出 故障录波器动作信号，同时形成故障录波报文。 2.2.1 电铁负荷

电气化铁路供电正常运行采用单相工频交流 电压，经全波整流后驱动直流牵引电动机。因此电 铁负荷具有波动性、随机性、不平衡性、单相性，存 在很高的负序分量、谐波分量，整流过程中会造成 交流电流和电压波形的严重畸变；同时电铁负荷波 动起伏剧烈，瞬间发生很大变化，可达其额定负荷 的300%。 2.2.2 高耗能负荷

高耗能用户以生产硅铁、电石、硅钙的电弧炉 为主，生产过程中产生的电压波动和闪变较大，冲 击电流很大。电弧炉冶炼过程中引发的极端短路 将使电弧电流大幅度、急剧变化。电弧炉是一个激 烈变动的负荷，特别是在熔化初期，电流变动的范 围可达电弧炉变压器额定电流的3倍，且电弧炉各 相电压独立变化，致使三相电流不对称。正常运行 情况产生的负序电流为电弧炉变压器额定电流的 25%左右。非正常运行情况下，若一相断弧，产生的 负序电流为电弧炉变压器额定电流的56%左右；若 两相短路的同时第三相断弧，此时产生的负序电流 为电弧炉变压器额定电流的86%，负序电流流入电网，就会造成故障录波装置启动。同时，电弧炉变 压器产生2—7次高次谐波（其中以2—3次谐波为 最大），可达基波分量的5%～10%，谐波电流流入电 网使得电压发生畸变。 2.3 故障录波装置定值整定原则 2.3.1 整定原则

主变压器及线路故障录波装置定值整定原则 均按照《网调继[2008]3号华北电网故障录波装置管 理规定》^[1]执行。 2.3.1.1 电流元件整定值

电流突变量ΔI_Φ=0.1In（In为电流互感器二次额定 电流；相电流I_Φ=0.1In；零序电流3I₀=0.1In；负序电流 I₂=0.1In。 2.3.1.2 电压元件整定值

电压突变量ΔU_Φ=8 V/相，Δ3U₀=8 V，ΔU₂=3 V/ 相；相电压U 过=64 V/相，U 低=52 V/相；零序电压3U₀= 8 V；负序电压U₂=3 V/相。 2.3.2 故障录波装置定值分析 2.3.2.1 提高故障录波装置启动值

在确保调整电流、电压定值后相关设备仍具有 足够灵敏度的前提下，将电流突变量定值ΔI_Φ由0.1In 提高到0.15In，相电流定值I_Φ由0.1In提高到0.15In，负 序电流定值I₂由0.1In提高到0.15In，电压突变量定值 ΔU₂由3 V/相提高到5 V/相^{[2, 3]}。 2.3.2.2 故障录波装置调整后定值

按照故障录波装置的整定原则，调整了故障录 波装置部分定值，详见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 系统电流、电压波动与录波装置定值调整后对比

表 2 系统电流、电压波动与录波装置定值调整后对比

调整故障录波装置整定值后，当用户负荷波动 不大时，故障录波装置不启动，起到了一定的作 用。但是，为确保故障录波装置的可靠性及启动灵 敏性，故障录波装置整定定值不能调整太大。因 此，当变电站负荷中带有高耗能和电铁负荷时，若 仍采取调整故障录波装置整定定值的办法，则无法 解决故障录波装置频繁启动的问题。 3 解决方案 3.1 原则

（1） 根据故障录波装置现场采集到的电流、电 压及开关量输入信号，并对突变量电流、突变量电 压、零序电流、负序电流等各种录波启动条件进行 分析和判断，确定输入信号是否满足启动故障录波 的要求，再决定是否启动故障录波功能。

（2） 故障录波装置在负荷扰动或电压波动时 频繁启动故障录波，是因为故障录波装置中有突变 量启动条件，在突变量超标很短时间内就启动故障 录波，从而引起故障录波装置频繁启动。因此，需 要找到一种方法，不仅要判断突变量是否超标，还 要判断突变量超标持续的时间，只有突变量超标且 持续的时间超过一定时间时才启动故障录波功能， 形成故障录波文件和故障录波报告。对此提出了 反时限过电流保护的概念，既能够有效解决故障录 波装置频繁启动的问题，又不会降低故障录波装置 灵敏度。

（3） 发生故障时，保护装置一般都有跳闸信号 输出，可以通过接入故障录波装置的保护跳闸开关 量信号来判断是否需要启动故障录波功能。 3.2 目标

（1） 故障录波装置在负荷扰动或电压波动时 不启动，不形成故障录波文件和故障录波报告，且 不向监控装置发录波器动作信号。

（2） 故障录波装置在手动及开关量动作时能 可靠动作，生成故障录波文件和故障录波报告，向 监控装置发录波器动作信号。

（3） 故障录波装置在系统发生区内、区外故障 时能可靠动作，生成故障录波文件和故障录波报 告，向监控装置发录波器动作信号。 3.3 反时限过电流保护动作原理

反时限过电流保护的动作时间是个变量，随着 短路电流大小而改变，短路电流大，则动作时间短； 短路电流小，则动作时间长，表现为反时限特性。保护的动作时间与短路电流大小有关，且成反比例 关系。

反时限保护装置一般提供3种曲线的反时限特 性保护，反时限曲线用户可以根据需要选择其中任 意一种特性的反时限保护。

特性1：一般反时限，动作时间计算方法见公式 （1）：

特性2：非常反时限，动作时间计算方法见公式 （2）：

特性3：极端反时限，动作时间计算方法见公式 （3）：

对于特性1、2、3，Ifsx可取（1.05~1.3）In，Tfsx整定范 围为0.05～10 s。在故障录波装置中选用一般反时 限特性曲线（特性1）作为计算和处理的算法。反时 限过电流保护原理如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 反时限过电流保护原理

在故障录波装置中，根据装置采集到的数据进 行反时限过电流跳闸判断，判断得到的反时限过电 流跳闸信号就成为故障录波装置启动故障录波的 信号。 4 改进措施 4.1 技术措施 4.1.1 采用继电保护跳闸原理

故障录波装置在负荷扰动或电压波动时频繁启动故障录波，是因为故障录波装置中有突变量启 动条件，在突变量超标很短时间内就启动故障录波 功能。因此引入反时限过电流保护动作的概念，解 决故障录波器频繁启动的问题。 4.1.2 增加保护跳闸开关量信号

真正发生故障时，保护装置一般都有跳闸信号 输出，可以通过接入故障录波装置的保护跳闸开关 量信号来判断是否需要启动故障录波功能。 4.1.3 过滤信号

重新设计发给后台监控系统的故障录波动作 信号，删掉了因负荷扰动或电压波动而引起的录波 启动信号。 4.2 实现功能

（1） 解决故障录波装置在负荷扰动或电压波 动时的频繁启动且频发告警信号的问题。

（2） 解决故障录波装置频繁启动问题的同时 要大大减少对故障分析意义不大的启动录波文件 和启动报告，提高故障录波文件和故障录波报告获 取的效率。

（3） 确保系统发生故障时故障录波装置可靠 动作，正确录波，为快速分析、处理故障提供技术支 持，为快速恢复供电创造条件，从而提高电网的供 电可靠性，为整个电网的安全稳定运行保驾护航。 5 实施效果

以古城变电站110 kV故障录波装置及主变压 器故障录波装置为例，分析上述措施实施后故障录 波装置测试及运行情况。 5.1 检测试验 5.1.1 手动故障录波检测

分别操作故障录波装置面板上的手动录波按 钮及点击故障录波装置界面上的手动录波按钮，启 动录波，装置均可靠动作且形成报文。 5.1.2 负荷扰动试验

分别在线路1、线路2上做负荷扰动试验，故障 录波装置均不动作且无报文。 5.1.3 电压波动试验

分别在母线1、母线2上做电压波动试验，故障 录波装置均不动作且无报文。 5.1.4 线路故障模拟试验

分别在线路3、线路4上做线路故障模拟试验， 故障录波装置均可靠动作且形成报文。 5.2 技术措施实施后效果

上述技术措施实施后，在系统正常运行时产生 负荷冲击及电压波动情况下故障录波装置均不启 动。经实际观测，正常运行情况下，每天21：00—次 日05：00，故障录波装置不再启动，且不发录波器动 作信号。 5.3 事故考验

2013-04-25T14：38，古城变电站121古萨线L3 相发生接地故障，2013-06-08T16：11，萨拉齐变电 站1号主变压器间隙保护动作，2次故障古城变电站 110 kV故障录波装置均可靠动作，录波完好，同时 向监控设备发出录波器动作信号。 6 结束语

改进后的故障录波装置运行稳定、可靠，无故 障时由于电流冲击、电压波动引起的启动次数基本 降为0，提高了故障录波数据的准确性及故障录波数据的获取效率，方便快速分析、处理故障，为快速 恢复供电创造了条件，对整个电网的安全稳定运行 有着较大的意义。

改进后的故障录波装置经过了事故考验，装置 动作灵敏，同时可以减轻故障录波装置的维护工作 量，有效提高了运行人员的故障判断能力。该项改 进措施适用于各型号故障录波装置，可从根本上解 决故障录波装置频繁启动的问题。特别是对于带 有高耗能、电铁负荷及正常运行时会产生大电流冲 击、电压波动的变电站，该故障录波装置应用效果 更好。