故障测距培训讲义

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1、故障测距培训讲义一、故障测距定义：1、故障测距的几种方式简介按照故障测距原理，输电线故障测距一般可分为阻抗法、故 障分析法和行波法。阻抗法利用故障时测量到的工频电压和电流量来计算故障 回路的阻抗值，是基于线路长度与阻抗值成正比的原理而求 出观测点到故障点的距离在系统运行方式已确定和线路参数 已知的条件下，输电线路发生故障时，装置处的电压和电流 是故障点距离的函数。故障分析法是利用故障时记录下来的电压、电流值对故障进 行分析计算，实时求出测量点到故障点的距离。行波法是根据行波传输理论实现对输电线故障测距的方法。由于行波在线路中有比较稳定的传播速度，且测量到的时间 差不受线路类型、故障电阻及系统运

2、行参数等影响。我段采用的微机馈线保护测控装置利用测得的牵引网馈线电 抗，采用线性电抗逼近法得出馈线故障点，距该馈线断路器 的距离称为故障测距。二、故障测距原理：WXB65A型微机馈线保护测控装置，在输入计算好的定值后， 当接触网出现短路故障时，保护出口使馈线断路器跳闸，保护装置根 据采集到的数据，自动测出故障距该馈线断路器的电抗值并换算出故障公里数。故障测距装置原理接线如图所示：DLRdXdYh wxb-65A0L_J-I L图1图1为故障测距装置原理接线图，其中Rd、Xd分别代表故障点的 电阻和导线的接地过渡电阻，WXB65A代表我管段内各所亭采用 的馈线保护装置。当供电方式及接触网的悬挂方

3、式确定后，接触网的 单位电抗Xo就成为一个常数，接触网断路故障时，其回路电抗 Xd=XoL,因此根据测得的Xd值，便可以准确地确定出故障点的 位置。三、故障测距的重要性：接触网因为故障或某种原因跳闸后，我们工区巡视查找故障点的 依据是变电所的故障测距或者路内人员的反馈信息，而故障测距是我 们查找故障点的主要依据，因此了解和提高故障测距的精度，对工区 在抢修时缩短故障查找时间显得尤为重要。四、简单的跳闸分析：1、跳闸后跳闸报告中各种数据的识别：(1) 流水号：是保护装置对此次跳闸的编号，和跳闸报告中的参 数没有必然联系。（2）重合闸：如果重合闸项注有“重合闸启动”信息，说明此次 跳闸重合闸成功；

4、如果重合闸不成功，重合闸项注有“重合闸失败” 信息。（3）故障时刻：此项表明故障发生，保护装置对开关发出跳闸命 令的具体时间。（4）动作类型：此项表示保护装置中保护动作的类型，通过此信 息可以看出，到底是那种保护出口使开关跳闸。（阻抗1、2段；过流 保护、高阻保护、阻抗2段后加速、过流后加速）（5）出口时间：与上面的“动作类型”中显示的此次跳闸所动作 的保护有关，此时间为该保护项目的固有整定时间。（6）U：为“故障时刻”减去“出口时间”所得的时刻，保护装 置所采集到的线路的基波电压。基波：周期为Ts的信号中有大量正弦波，其频率分别为1/T Hz、 2/T Hz、n/THz，称频率为1/THz的

5、正弦波为“基波”。在电力 系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载 时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。（7）11 :故障时刻保护装置所采集到的基波电流。（8）U2： AT供电方式用。（9）112：为二次谐波电流。（10）113：为三次谐波电流。（11）115：为五次谐波电流。（12）117：为七次谐波电流。（13）电阻：为保护装置将采集到的数据经过计算得出.（14）电抗：为保护装置将采集到的电阻值与阻抗角进行计算 的电抗值。（15）阻抗角：为跳闸时保护装置所采集到的电压和电流的夹 角。2、跳闸后故障性质的初步判定：（1）、根据阻抗角来判定：由于整

6、流型电力机车自身功率因数较 低，形成了牵引网负荷功率因数角较小为36.9 （电流滞后电压，感 性负荷），牵引网阻抗中的电抗成分较大，故在接触网发生短路接地 时跳闸报告中阻抗角较大。在线路大负荷出现时，跳闸报告中阻抗角 略大于36.9但接近于负荷阻抗角则可初步判定为机车过负荷引起， 若跳闸报告中的阻抗角接近于短路阻抗角（70），则可初步判定为 接地故障。（具体分析见特例跳闸分析1）（2）、根据跳闸报告中的基波电压、基波电流判断故障性质：如在发生近端短路接地时，跳闸报告中的基波电压下降较多一般 低于8千伏，基波电流则会达到3000安以上，可由此判断为该供电 臂靠近变电所端发生了接地故障，当这种情况

7、发生时一般变电所馈线 保护装置的阻抗1段出口。（具体分析见特例跳闸分析2）（3）、根据跳闸报告中的谐波电流来判断故障性质：一、外界上 跨接触网的电线等物搭到网上时，接地电流不但是通过该物体接地， 若该物耐压等级低于27.5KV时，还会在该物体表面产生大电弧，此 时故障电流中不但有接地电流成分还含有通过电弧接地的电流成分。 因为有电弧产生，所以还会有谐波电流产生，其中电弧产生的谐波主 要为27次谐波，其中以2、3次谐波最大，其平均值一般达到基 波分量的510%。二、京沪线运行的多为SS型电力机车和少量的 和谐型机车，根据电力机车采用的参数得知，电力机车正常运行时主 要产生三、五次谐波，其中三次谐

8、波含量超过15%。另外，电力机车 在启动与过分区亭空载投入时会产生远高于额定电流的励磁涌流，它 不仅含有奇次谐波，还含有丰富的偶次谐波，其中以二次谐波含量最 大，高达72%。另外根据SS型电力机车的功率可以得知，SS系列机 车在网上取流最小为174.5A、最大为316.36 A。而京沪线目前运行的 功率最大的和谐型货车额定工作电流为349.1 A。根据以上条件得知 机车在正常运行时也会产生谐波，但因保护装置具有谐波闭锁保护功 能，所以正常运行时不跳闸，只有在机车出现故障时才会跳闸，所以 根据跳闸报告中的谐波电流进行计算就可以初步判断是机车故障还 是异物搭接在接触网上。（具体分析见特例跳闸分析3

9、）（4）、过电流跳闸：过电流保护作为阻抗保护的后备保护，保护 线路的全长，整定时要躲过馈线上的最大负荷电流。由于我管段内各 所亭馈线保护装置中整定的过流定值为设计院所给原始定值，随着电 力机车行车密度增大后，尤其动车组重联连发开行，有可能引起过流 跳闸。下面讲一下过电流跳闸的判断方法：一、跳闸时基波电压接近 馈线的额定电压。二、基波电流略大于馈线整定的过流定值。三、出 口类型中为“过流出口”，阻抗保护不动。四、跳闸报告中的阻抗角 较小，一般小于20度或者为负值。另外过流保护原理是线路正常运 行时流过的是负荷电流，线路发生故障时，电源向故障点提供比负荷 电流大很多的短路电流，系统的正常运行遭到破

10、坏，利用线路短路故 障时电流增大的特点，构成过流保护。有时在线路末端存在故障时过 流保护也会出口，但是这种情况较少，且一般电压都会低于25KV， 所以如果跳闸报告中的各种数据满足以上条件，则基本可以判定为过 电流跳闸。只有过电流保护跳闸一般不会是接触网故障。（具体分析 见特例跳闸分析4）（5）机车带电过分相：相间短路特征短路电流一般都很大，能 达三千多安，ab相对地短路电压较高为Ue/J2左右。因为根据故 障电流如此大，可以判断为近端短路，如果单相近端短路，短路电流 达到三千多安时，电压会下降很多（一般情况下保护装置采集到的故 障电压在10000伏以下），由短路时的短路电压很高接近于19.4千

11、 伏、短路电流达到3000安左右，就可以初步判断为分相短路。（具体 分析见特例跳闸分析5）（6）、避雷器击穿或爆炸：我管段各工区管内接触网所装避雷器 均为氧化锌避雷器。氧化锌避雷器主要由氧化锌压敏电阻构成。每一 块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电阻），在正常 的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态， 但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相 当于短路状态。然而压敏电阻被击状态，是可以恢复的；当高于压敏 电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在电力线上如安装 氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电 流通过压敏电阻

12、流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从 而保护了电器设备的安全。（具体分析见特例跳闸分析6）7、分段击穿：分段击穿一般发生在勺停作业时，因为一条供电 臂停电，所以分断两段有压差存在，分段质量不好就有可能发生分段 击穿。作业时因为地线封好后，都有人监护，所以当分段击穿后一般 距离分段最近的地线都会有打火现象，同时因为接地引起断路器跳 闸。若再区间作业巡视时应先巡视邻近的分段；在站场作业时应对与 相邻供电臂有连接的分段同时巡视。（具体分析见特例跳闸分析7）以上所述7种为馈线跳闸原因的简易判断方法，当然在某种特殊 情况下，可能会有上述情况中两种或多种情况同时出现，这时就需要 进行全面地分析，

13、但是一般情况下的跳闸故障，可以用以上所述7种 方法进行故障的初步判断，结合跳闸报告中的故障测距值确定重点进 行巡视，以缩短故障查找时间。五、特例：1、特例跳闸分析1：机车故障引起跳闸，因为管段内各变电所馈 线还未出现过因为机车故障跳闸记录，只有南京东开闭所因机车故 障，因南京东开闭所馈线没有压互采集不到故障电压，所以数据不作 为参考。机车故障时阻抗角比负荷阻抗角略大，一般在4050 之间，故障电压、故障电流一般短路接地时的值相似。2、特例跳闸分析2：近端短路引起跳闸，如六摆渡变电所2007 年2月13日00： 19： 33： 242，212馈线断路器跳闸报告如下:流水号：137重合闸：重合闸失

14、败故障时刻：2007年2月13日00： 19： 33： 242动作类型：阻抗1段、阻抗2段出口U： 6627VI1 : 4617 A。I 12： 37 A。I 13： 81 A。I 15： 31 A。I 17： 0 A电阻：1.2 Q。电抗：0.78 Q。阻抗角：33.1 。故障测距：2.69公里。具体分析：跳闸时装置采集到的故障电压为6627V,故障电流 为4617 A，阻抗1段出口。满足上述故障性质判断标准的第2条， 所以由上述第2条既可判断此类跳闸为近端短路引起。3、特例跳闸分析3：异物搭接在接触网或供电线上引起的跳 闸，如六摆渡变电所2007年3月14日16时27分32秒962毫秒，

15、214馈线断路器跳闸报告如下：流水号：138重合闸：重合闸失败故障时刻：2007年3月14日16： 27： 32： 962动作类型：阻抗1段出口U： 18612VI1 : 3584 A。I 12： 6 A。I 13： 81 A。I 15： 25 A。I 17： 0 A电阻：5.18Q。电抗：0.3 Q。阻抗角：3.4。故障测距：2.34公里。具体分析：造成此次跳闸原因为江苏交通公司在施工期间， 挖掘机碰到供电接地线(3-4)型号LG-185造成短路接地引起。接 地电流为3584 A符合近端短路条件，另外因为是金属性永久接地， 所以线路近似于纯电阻型，因此保护装置测得的电阻值较大、电抗值 较小。

16、另外因为挖掘机机械臂在碰触供电线瞬间有电弧产生，就会有 谐波电流产生，在电弧产生时2、3次谐波电流最占基波分量的5 10%，所以在此次跳闸时装置会采集到谐波电流属于正常。4、特例跳闸分析4：过电流引起跳闸，(以南京东变电所211馈 线断路器的一系列跳闸为例)，跳闸情况汇总如下：2007年07月12日08时13分35秒509毫秒，南京东变电所211 断路器（南京下行）跳闸，重合闸成功，过流保护出口，出口时间 485ms,故障电压27648V，故障电流744A，电阻37.040，电抗-0.83 。，阻抗角358.70，故障测距0KM。2007年07月23日08时00分07秒555毫秒，南京东变电所

17、211 断路器（南京下行）跳闸，重合闸成功，过流保护出口，出口时间 485 ms，故障电压27181V，故障电流744A，电阻36.40，电抗-1.23 0，阻抗角358.10，故障测距0KM。2007年7月29日10时49分22秒674毫秒，南京东变电所211 断路器（南京下行）跳闸，重合闸成功，过流出口，出口时间485 ms， 故障电压26721V，故障电流752A，电阻35.170，电抗4.430，阻 抗角7.2。，故障测距13.33KM。2007年07月29日16时35分33秒459毫秒，南京东变电所211 断路器（南京下行）跳闸，重合闸成功，过流出口，出口时间485 ms， 故障电压

18、27579V，故障电流784A，电阻34.980，电抗-1.960，阻 抗角356.80，故障测距0KM。2007年8月16日11时43分54秒841毫秒，南京东211断路器 （南京下行）跳闸，重合闸失败，过流出口，出口时间485 ms，故 障电压27524V，故障电流808A，电阻33.910，电抗0.130，阻抗 角0.30，故障测距0.52KM。2007年8月23日11时42分57秒669毫秒，南京东211断路器（南京下行）跳闸，重合闸成功，过流出口，出口时间485 ms，故 障电压27326V，故障电流776A，电阻35.120，电抗0.330，阻抗 角0.50，故障测距1.16KM。

19、2007年8月24日11时43分46秒725毫秒，南京东211断路器 (南京下行)跳闸，重合闸成功，过流出口，出口时间485 ms，故 障电压25188V，故障电流816A，电阻29.840，电抗8.160，阻抗 角15.3。，故障测距18.38KM。对以上数次跳闸具体分析：(1) 、出口类型，全是由于过流保护出口而跳闸，过流保护原理 是线路正常运行时流过的是负荷电流，发生故障时，电源向故障点提 供比负荷电流大很多的短路电流，系统得正常运行遭到破坏，利用线 路短路故障时电流增大的特点，构成过流保护，在我们变电所内馈线 保护有阻抗I、II保护投入，过流保护投入，高阻接地I段保护投入。(2) 、故

20、障电压，这几次跳闸故障电压都是27.5KV左右，都是 额定电压。(3) 、故障电流，故障电流在744A-816A之间，尤其是两次744A 跳闸，根据定值过流保护定值为0.93A，流互变比为800，电流正好 为 744A。(4) 、在这几次跳闸当中阻抗保护未动。原因：阻抗保护的原理 是利用线路的电流增大、电压下降，阻抗继电器所测量的阻抗减小， 当ZjZdz时阻抗保护才会出口。而这几次跳闸，跳闸时电压基本上 维持在额定电压，电流超过最大负荷电流不多，所以阻抗保护未动而 过流出口，属于过流保护的正常出口。(5) 、昆山变电所过流跳闸也属于此类型。5、特例跳闸分析5：分相短路引起跳闸（以六摆渡变电所2

21、007 年12月23日19时37分分相短路跳闸为例）跳闸报告如下:213断路器跳闸报告：流水号：324重合闸：重合闸成功故障时刻：2007年12月23日19： 37： 53： 861动作类型：阻抗一段出口出口时间：485msU： 21799VI 1 : 3181 A。I 12： 12A。I 13： 37 A。I 15： 12 A。I 17： 0 A电阻：6.84Q。电抗：-0.42 Q。阻抗角：356.4。故障测距：0.00公里。214断路器跳闸报告：流水号：484重合闸：重合闸成功故障时刻：2007年12月23日19： 37： 54： 20动作类型：阻抗一段出口出口时间：485msU： 22

22、335 VI1 : 2312 A。I 12： 6A。I 13： 6A。I 15： 6 A。I 17： 0 A电阻：9.48Q。电抗：1.92 Q。阻抗角：11.5。故障测距：6.96公里。具体分析：一、总体分析：本次一系列跳闸从现象上分析，可认为是相间短 路造成（因为213故标为0；刚出线处，六跨分相机车双弓过分相可 能性最大）。原因：短路电流很大，达三千多安，一定是近端短路。 ab相对地短路电压较高为Ue/ J 2左右。这符合平衡变二次相间短路 的特征。1、平衡变二次绕组示意图。2、平衡变二次电压相量图。同上，将其中Z改为U即可。短路电流 I 的计算为：(Ea-Eb)/ Za+Zc+(Za+

23、Zb)Zc+Zc+Zb 由于Za+Zc+(Za+Zb)Zc+Zc+Zb为变压器的反映到二次的折 算阻抗，电感量很大，故I的方向接近于垂直Eab, Uab=I*Zdl, Zdl 为短路阻抗。由于是弧光短路，电阻分量较大，故Uab的方向与I 的方向基本一致。至于Ua与Ea的差值为I* Za+Zc+(Zb+Zc)Za Ea它大部分降落 在变压器的内部绕组及电力系统上。Ub与Eb的差值与此相同。3、短路电量相量图。一、具体分析跳闸过程如下：Ua/2007年12月23日19时37分57秒861毫秒，六摆渡变电所213 厂Ub/断路器跳闸，阻抗1段出口，2007年2月23日西时37分54秒20 、 Ua/

24、 Eb毫秒，六摆渡变电所214断路器靴闸，阻抗 出口，两次跳闸均重 合闸成功。分析：六摆渡变电所213断路器跳闸报告中，电抗值为负值，故障测距 为0，阻抗角为负值，因为馈线采用线性电抗逼近法，电抗值为负值 所以馈线故障测距显示为0属于正常。因为馈线靠分区所实现闭环，所以在213与211馈线相间短路时 214断路器跳闸。对照上面相量图，可以看出，a相电压与短路电流的方向基本相 同，电流超前电压很小的角度，符合故障参数中的阻抗角指示。由于 a相电压与短路电流的方向基本相同，所以故障参数中213电阻较大、 电抗较小且为负值，根据相量图完全能解释清楚。1、镇江南271阻抗保护未动作，而是电流速断出口，

25、可以从213 的故障参数间接反映出来。因为213跳闸是阻抗1段动作，所以短路 阻抗一定大于其定值：R1+J X1，即30.61+ J17.01 ,镇江南在213馈 线供214馈线这两条馈线的中间，故其保护测得的阻抗一定大于(30.61+J17.01)/2，而271阻抗保护的定值为21.55+J4.54，略大于213阻抗一段定值的一半，所以它不会动作。2、214断路器跳闸原因：214断路器跳闸原因为，镇江分区所271断路器电流速断的整定 时限为0.1秒，而214阻抗1段的整定时限同样为0.1秒，结合跳闸 报告中数据分析214断路器阻抗1段出口属于保护正常动作。3、六摆渡变电所211断路器不跳闸原

26、因分析：因为电流是从213流向211的（结合短路向量图可明显看出）， 也就是说流过211断路器流互的电流是逆行的，相当于流互极性接 反，保护装置计算出的电阻和电抗的坐标点就落在3象限，根据短路 时211馈线的电流值和电压通过欧姆定律可以计算出其电阻值，在阻 抗保护的偏移电阻之外，所以211的阻抗保护不会动作。另外213断 路器为阻抗1段出口，其整定时限为0.1秒，在短路时211的电流值 虽然达到其过流定值，但是因为213断路器再0.1秒后跳闸将相间短 路故障切除，线路恢复正常所以211断路器保护只出口不跳闸。6、特例跳闸分析6：避雷器击穿或爆炸（以丹阳变电所2007 年12月26日14时44分

27、避雷器爆炸引起跳闸为例）跳闸报告如下:流水号：172重合闸：重合闸成功故障时刻：2007年12月26日14： 44： 24： 129动作类型：阻抗一段出口出口时间：85msU： 11533V11 : 3892 A。I 12： 52A。I 13： 75A。I 15： 15 A。I 17： 0 A电抗：1.74 Q。阻抗角：36.1 。故障测距：7.85公里。具体分析：氧化锌压敏电阻在被击穿后，呈低阻值相当于短路 状态，此时线路呈阻性（类似于纯电阻电路），所以跳闸后跳闸报告 中阻抗角较小一般小于负荷阻抗角（小于36.9度），如果装在上网点 处避雷器击穿，其故障电流一般较大（达到2500安以上），跳

28、闸报 告中除阻抗角较小外，其他与近端短路跳闸报告中各项数据相似。7、特例跳闸分析7：分段击穿。以连城变电所2007年12月14 日19时19分212断路器跳闸为例。流水号：193重合闸：重合闸未成功故障时刻：2007年12月14日19： 19： 58动作类型：过流出口、阻抗2段出口出口时间：485msU： 18364VI1 : 1410A。I 12： 0A。I 13： 7A。I 15： 7 A。I 17： 0 A电抗：11.73 Qo阻抗角：64o故障测距：24.09公里。具体分析：因为故障点分布在供电臂末端，线路的阻抗较大， 线路保持较高残压为18364 ，接地电流为1410A，阻抗角64,

29、 接近于线路整定的短路阻抗。因为跳闸时装置采集到的数据满足 整定的过流定值和阻抗2段定值，又因两种保护的整定时间相 同，所以两个保护同时出口，断路器跳闸。7、因为WXB65A型微机馈线保护测控装置的测量值不受 短路点过渡电弧电阻的影响，所以棒瓷闪落时跳闸报告中的数据，与 平时发生较多的跳闸报告内容相似，所以在此不再赘述。六、公里标对照表讲解：1、跳闸后故障查找的方向问题：例如丹阳变电所214馈线跳闸后，故障测距显示为5.00公里。 因为214馈线的供电线长3.426公里，可以得知214馈线上网点距与 214馈线分相处还有约3公里，所以当故障测距显示为5.00公里时， 在214供电臂上就有两个对

30、应点，如果发生永久性接地跳闸后，为尽 快找到故障点应对这两点同时进行巡视检查。中性区网点故障点1分区所271DL:供电线:断路器出口 1 1图中故障点1和故障点2表示212馈线断路器跳闸后，故障测距为5 公里时，在该条供电臂上对应的两个点。2、公里标与故障测距的对照：以上面特例跳闸分析5中六摆渡变电所的214跳闸故标为例：故 障测距显示为6.96公里，在公里标对照表中对应公里标为K1213+705 处，对应支柱号为镇江站上行线002#支柱。故障点公里标具体计算方法：去上海方向的上下行供电臂，在计 算故障测距对应的公里标和杆号时用加法；去北京方向的上下行供电 臂，在计算故障测距对应的公里标和杆号时用减法。如图4：当故障点1发生接地故障引起跳闸时，故障测距对应的公里标计 算方法为，故障点公里标=上网点公里标-（故障测距-供电线长度）中性区/J网点故障点2故障点1/ 上网点北京方向上海方向当故障点2发生接地故障引起跳闸时，故障测距对应的公里标计 算方法为，故障点公里标=上网点公里标+ （故障测距-供电线长 度）。