电力系统故障录波数据分析

电力系统故障录波数据分析摘要：电力系统故障录波系统是电力系统发生故障及振荡时能自动记录的一种系统或一种装置。

近年来，不同类型的故障录波器已在电力系统中得到广泛应用，所记录的各种故障录波数据为电力系统故障分析及各种保护动作行为的分析和评价提供了数据来源和依据。

目前，电网调度端已能通过专用网或电话网将电网故障录波数据集中到一起，但如何有效管理和利用这些信息进行必要的故障分析、保护动作行为评价及故障测距等并没有统一的标准，因此，本文针对电力系统故障录波数据进行了分析。

关键词：电力故系统故障分析；故障录波数据；双端测距一、电力故障录波器目前，在各个电压等级的变电站中，故障录波器的应用非常普遍。

故障录波器的系统运行原理是基于三相制（三相电压和三相电流）的电力系统进行运作的。

以单相为例，电力系统的电压经由滤波器将低频漂移信号和高频干扰信号过滤，再由霍尔电压传感器变为电流信号，调理电路则将电流信号转变为等比例电压信号，并将该信号传递给模数转换芯片转换成数字信号，通过相关的计算方法对这些数据进行分析，可以得到关于电压的各项参数，包括电压峰值、有效值、最大值、THD等，监控中心获得这些参数后，则可根据分析结果向电力系统故障录波器发送如检测电压、电流以及调整故障记录限值的相关控制指令，并以此促使电力系统始终处于正常的工作状态中。

由此可见，故障录波器是对电力系统故障进行动态记录的主要设备，其负责对电力系统中高速故障及其动态过程的全程记录工作。

（1）对高速故障的记录是针对新型高速断电保护以及安全自动装置进行检测的主要手段，包括对电力系统的短路及通过线路分布参数与电流和电压的系统操作错误的暂态过程进行记录。

（2）对故障动态过程进行记录是针对继电保护与安全自动装置的动作行为进行检测的主要手段，由于大扰动的原因使得电流、电压及其导出量发生有功、无功、频率的变化的全过程都是故障录波器对故障动态过程记录的相关内容。

（3）长过程动态记录是对发电机组和电网正常运行时的稳态数据的记录，其内容包括对母线电压及频率、线路有功潮流、变压器电压分接头位置以及自动装置的动作行为等。

故障录波文件解析1.引言1.1 概述故障录波文件解析是一项重要的技术，在电力系统故障诊断和维护方面起着关键的作用。

故障录波是指在电力系统发生故障时，对系统电压、电流等参数进行高频采样记录的过程。

故障录波文件解析是对录波数据进行分析和处理的过程，通过解析故障录波文件，可以获取有关故障发生时的详细信息，包括故障类型、故障位置、故障时的电压电流波形等。

这些信息对于电力系统的故障诊断和维护具有重要的指导意义。

在故障录波文件解析的过程中，需要使用一系列的方法和步骤。

首先，需要对录波数据进行预处理，包括数据校验、数据格式转换等。

然后，通过信号处理和数学算法，对录波数据进行分析和提取，获取相关的故障特征。

最后，通过与故障诊断数据库进行比对，确定故障类型和故障位置。

故障录波文件解析在电力系统运维中扮演着重要的角色。

它可以帮助工程师们迅速准确地定位故障，提高故障处理的效率。

同时，通过对录波数据的分析与比对，还能为日后的故障预防和系统优化提供可靠的依据。

因此，故障录波文件解析是电力系统运维中不可或缺的一环。

它的重要性不容忽视，对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。

在接下来的正文部分，我们将详细介绍故障录波的定义和作用，以及文件解析的方法和步骤，以期帮助读者更好地理解和应用这一技术。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：文章的结构部分旨在介绍整篇文章的组织架构和内容安排，帮助读者更好地理解文章的内容和脉络。

首先，本文的结构分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分主要包括概述、文章结构和目的三个方面。

概述部分可以简要介绍故障录波文件解析的背景和重要性，引起读者的兴趣。

文章结构部分就是本小节要介绍的内容，主要目的是向读者呈现整篇文章的组织结构和内容安排，让读者了解本文的整体框架。

目的部分可以明确本文的写作目的，概括地说明本文的主要目标和内容要点。

正文部分是文章的核心部分，包括故障录波的定义和作用以及文件解析的方法和步骤。

故障录波分析系统使用说明书一、概述故障录波分析系统主要功能是对保护单元中保存的故障录波数据进行处理和分析。

具体功能有故障点的选择、各通道数据的波形显示、波形的谐波分析、差分分析、向量分析、阻抗分析以及保护特性分析等。

波形、差分、向量、阻抗和保护特性等分析都要求用图形显示。

二、基本功能2.1数据读取及格式转换系统读取从保护测控单元储存内存中的故障录波数据直接导出的文本文件，该文件最大可储存10次录波数据，每次录波数据最大可记录26个测量通道数据。

系统每一次录波数据可以转换为电力系统暂态数据交换（COMTRADE）共用格式。

下图所示是各通道曲线设置窗口，可以设置各通道的名称、系数、比例等属性。

2.2波形显示显示录波数据的瞬时数据曲线，以及分析后的差分曲线以及数据基波曲线。

曲线的颜色、比例都有可以调整。

还可以选取需要显示的曲线，简单方便，直观形象。

波形显示窗口还给用户提供故障线和观察线的选定和显示功能。

用户只要在波形上双击故障点坐标，波形上即会显示出一条黄色竖形的故障线；当用户按住鼠标左键在波形上移动时波形上会显示出两条浅蓝色的观察线，靠近鼠标下面的实线与左边的虚线之间的时间间隔为一个周期，此时观察谐波分析或者向量分析的数据是以实线所表示的时刻为准。

另外，在系统状态栏中还显示了观察实线的采样点及该点距离故障线的时间间隔。

2.3差分分析差分是指将每个当前采样点数据与前一采样点之差组成新的数列，分析该数列的基波幅值和相位。

差分分析结果可以在基本信息窗口显示或者向量显示。

2.4谐波分析谐波分析是运用傅里叶级分解原理离散分析方法，得到直流分量、基波分量、2次谐波、3次谐波一直到20次谐波分量。

谐波分析结果显示时，可以显示各分量的幅值、相位以及高次幅值占基波幅值的百分比。

2.5向量分析向量分析是根据各道通波形的基波分量以及其差分分量的幅值和相位在向量坐标系中作向量图，提供电压组(Ua、Ub、Uc)和电流组(Ia、Ib、Ic)两组6个向量以及向量之间的计算(Uab、Ubc、Uca、1U0、2U0、3U0、Iab、Ibc、Ica、1I0、2I0、3I0等)向量。

在我们的日常生产中经常需要通过录波图来分析电力系统到底发生了什么样的故障？保护装置的动作行为是否正确？二次回路接线是否正确？CT、PT 极性是否正确等等问题。

接下来分享一下分析录波图的基本方法：1、当我们拿到一录波图后，首先要大致判断系统发生了什么故障，故障持续了多长时间。

2、以某一相电压或电流的过零点为相位基准，查看故障前电流电压相位关系是否正确，是否为正相序？负荷角为多少度？3、以故障相电压或电流的过零点为相位基准，确定故障态各相电流电压的相位关系。

（注意：选取相位基准时应躲开故障初始及故障结束部分，因为这两个区间一是非周期分量较大，二是电压电流夹角由负荷角转换为线路阻抗角跳跃较大，容易造成错误分析）4、绘制向量图，进行分析。

一、单相接地短路故障录波图分析：分析单相接地故障录波图的要点：1、一相电流增大，一相电压降低；出现零序电流、零序电压。

2、电流增大、电压降低为同一相别。

3、零序电流相位与故障相电流同向，零序电压与故障相电压反向。

4、故障相电压超前故障相电流约 80 度左右；零序电流超前零序电压约 110 度左右。

当我们看到符合第 1 条的一录波图时，基本上可以确定系统发生了单相接地短路故障；若符合第 2 条可以确定电压、电流相别没有接错；符合第 3 条、第 4 条可以确定保护装置、二次回路整体均没有问题（不考虑电压、电流同时接错的问题，对于同时接错的问题需要综合考虑，比如说你可以收集同一系统上下级变电所的录波图，对于同一个系统故障各个变电所录波图反映的情况应该是相同的，那么与其他站反映的故障相别不同的变电站就需要进行现场测试）。

若单相接地短路故障出现不符合上述条件情况，那么需要仔细分析，查找二次回路是否存在问题。

这里需要特别说明一下南瑞公司的900 系列线路保护装置，该系列保护在计算零序保护时加入了一个78 度的补偿阻抗，其录波图上反映的是零序电流超前零序电压 180 度左右。

对于分析录波图，第 4 条是非常重要的，对于单相故障，故障相电压超前故障相电流约条是非常重要的，对于单相故障，故障相电压超前故障相电流约 80 度左右；对于多相故障，则是故障相间电压超前故障相间电流约 80 度左右；“80 度左右”的概念实际上就是短路阻抗角，也即线路阻抗角。

基于Python软件的故障录波数据分析基于Python软件的故障录波数据分析引言：电力系统是现代社会的重要基础设施，为保障电力系统的稳定运行，故障录波数据的分析变得尤为重要。

而Python语言作为一种功能强大的编程语言，在数据分析、可视化和机器学习等方面有着广泛的应用。

本文将介绍如何使用Python软件对故障录波数据进行分析，以帮助电力系统工程师更好地理解和处理故障。

一、故障录波数据的特点：故障录波数据是指在电力系统发生故障时，通过录波装置记录下的相关信号。

故障录波数据具有以下特点：1. 高速采样：为了准确记录故障发生过程中的细节，录波装置通常以较高的采样频率进行数据采集。

2. 大数据量：因为故障发生的瞬间，录波装置需要记录较长的时间窗口，导致录波数据的数量庞大。

3. 多种信号：录波数据通常包含多个信号，如电流、电压、功率等。

4. 难以处理：录波数据的处理需要考虑信号的同步、滤波、配准等问题，具有一定的难度。

二、Python在故障录波数据分析中的应用：Python语言具备丰富的科学计算库和数据处理工具，使其成为处理故障录波数据的理想选择。

1. 数据导入与预处理：Python拥有强大的数据导入和处理功能，可以轻松处理大规模的录波数据。

通过使用Pandas库，可以将数据从不同格式（如CSV、Excel等）导入到Python环境中，并进行数据清洗和预处理工作。

示例代码：import pandas as pddata = pd.read_csv('data.csv') # 导入数据data = data.dropna() # 去除缺失值2. 数据可视化：Python提供了多种数据可视化库，如Matplotlib和Seaborn，可以帮助分析师更好地理解和呈现故障录波数据。

可以利用这些库绘制波形、频谱图、柱状图等图形，揭示数据中的规律和特点。

示例代码：import matplotlib.pyplot as pltplt.plot(data['time'], data['voltage']) # 绘制电压波形plt.xlabel('Time')plt.ylabel('Voltage')plt.show()3. 特征提取与分类：故障录波数据中蕴含着丰富的信息，可以通过特征提取和分类算法进一步分析数据。

故障录波四步分析法讲解故障录波是电力系统中的一种常见设备，它能够捕捉到电力系统中出现的异常波形，并将这些波形记录下来。

故障录波数据对于电力系统的故障分析、事故处理以及设备运行状态评估都有着重要的作用。

而故障录波的四步分析法则是一种对故障录波数据进行系统分析的方法。

故障录波四步分析法概述故障录波四步分析法指的是从故障录波数据的挑选、分析、诊断以及判定四个步骤入手，对故障录波数据进行分析的方法。

具体来讲，故障录波四步分析法包括以下四个步骤：1. 故障录波数据的挑选对于整个电力系统中存在的大量故障录波数据，我们需要首先从中挑选出与我们正在研究的故障类型以及特有的电学特征相一致的数据。

例如，如想要研究一次侧接地故障的波形，我们需要把一次侧的故障录波数据从整个数据中筛选出来。

2. 故障录波数据的分析在确定了可以用于研究的故障录波数据之后，我们需要对这些数据进行进一步的分析。

在此步骤中需要关注的重点包括：•波形特征的分析，包括波形起点、极值点、波形衰减等。

•电学特征的分析，包括电流的大小、相位角、频率响应等。

在了解了故障录波数据的基本信息之后，我们需要对这些数据进行进一步的诊断。

主要包括：•确定故障类型，它可以是接地故障、短路故障等。

•确定故障位置，例如故障发生是在哪个支路、哪个相位等。

•确定故障性质，例如故障是否单相、三相、瞬时短路等。

4. 故障录波数据的判定最后，根据对故障录波数据的挑选、分析和诊断，可以得出对发生故障位置的初步判断。

在此步骤中需要打打决策，例如进行临时保护动作等。

故障录波四步分析法应用案例下面以一种典型的短路故障为例，介绍故障录波四步分析法的应用：1. 故障录波数据的挑选首先，我们需要从大量的故障录波数据中挑选出符合要求的数据。

在这个案例中，我们需要挑选出短路故障发生在某个特定支路下的录波数据，并将其与其他支路下的录波数据进行比较。

2. 故障录波数据的分析接下来，我们需要对选定的故障录波数据进行分析。

故障录波器波形分析故障录波器（Fault Recorder）是一种专用的电力系统故障记录设备，广泛应用于电力系统的技术运行和故障分析过程中。

它能够记录和保存电力系统中的各种故障事件的波形数据，为故障的快速分析和解决提供了重要的依据。

故障录波器的波形分析是指对录波器保存的故障事件波形数据进行分析和解读的过程。

通过对波形数据的全面分析，可以从中获得有关故障事件的详细信息，包括故障类型、发生位置、故障时刻、故障电压和电流的变化等等。

这对于电力系统的运行和维护非常重要。

波形分析主要包括以下几个方面：1.故障类型的识别：通过对波形数据的特征分析，可以确定故障事件的类型，如短路、接地故障、电压暂降、电压暂升等。

不同类型的故障具有不同的波形特征，通过对波形数据的分析，可以准确地确定故障类型，为故障的修复提供依据。

2.故障的发生位置和时刻的确定：通过对电流和电压波形的相位和幅值分析，可以确定故障事件的发生位置和发生时刻。

电流和电压波形的相位差可以反映故障发生的位置，而波形的幅值变化可以反映故障的时刻。

通过对波形数据的分析，可以快速准确地确定故障的发生位置和时刻。

3.故障电压和电流的变化规律分析：通过对电流和电压波形的变化规律的分析，可以了解故障电压和电流在故障事件中的变化过程。

这对于了解故障的严重程度和对电力设备的损坏程度有重要的意义，对于故障的修复和设备的保护具有重要的指导作用。

4.波形数据的比较和对比分析：通过对不同事件之间波形数据的比较和对比分析，可以找出故障事件之间的相似之处和不同之处，寻找共性和规律。

这有助于从整体上了解故障事件的特点和规律，为未来类似故障的分析和解决提供经验和参考。

总之，故障录波器的波形分析是电力系统故障处理和分析的重要环节。

通过对波形数据的深入分析和解读，可以准确地确定故障的类型、发生位置和时刻，了解故障电压和电流的变化规律，为故障的修复和设备的保护提供重要依据。

它对于电力系统的安全稳定运行和维护具有重要的意义。

输电线路典型故障录波图的分析摘要：输电线路长期运行于野外自然环境，面临着雷击、鸟害、绝缘子污闪、外力破坏、山火及冰灾等考验。

输电线路故障后能否及时找到故障点及故障原因能有效避免故障的升级及再次发生。

本文通过对几种输电线路常见的典型故障的录波图进行研究，对故障期间整个过程的电压、电流的变化进行分析，找出一定规律总结，为下步及时查找输电线路故障点及原因提供重要参考。

关键词：输电线路；典型录播；分析；1 雷击故障录波分析输电线路故障中雷击是较常见的典型故障，110 kV以上输电线路雷击在故障类型中占到50%以上，雷击故障的重合闸成功率较高在70~80%左右。

一般雷击故障分为绕击和反击，绕击雷击故障大多为单相故障，反击为单相、两相和三相故障也较为常见。

雷电绕击时，雷绕过架空避雷线击于导线，雷电具有较高电压往往超过线路绝缘水平，单相绝缘子串闪络，造成线路跳闸，造成单相接地故障。

单相绝缘子串闪络前期伴随着较大幅值的雷电流，过后幅值快速下降，故障单相的电压出现变化，之后稳定的雷电流在波形图上呈现较为稳定和整齐的正炫波。

单相雷击后线路保护切除故障，重合闸动作后，大幅值雷电流消失，故线路一般可重合成功。

图1为某220 kV线路一起故障波形图。

图中可知I B相电流增大，U B相电压降低，出现了3I0零序电流及3U0零序电压，I B电流增大与U B电压降低为同一相别，3I0零序电流相位与I B相电流同向，3U0零序电压与U B相电压反向。

由此基本可以断定为单相接地故障。

分析录波后安排线路运维人员现场核实故障，结论为该线路N54塔B相绝缘子雷击闪络痕迹，与故障测距相符确定为故障点。

图1 单相雷击接地故障典型波形图反击故障一般雷击于杆塔顶部和架空避雷线，雷电流经杆塔引线接入大地，幅值较大的雷电流在杆塔上产生较高电压，导线与塔身电位差大于线路绝缘水平即可发生跳闸，故障有可能单相、两相或三相，与单相闪络相似，波形图前期电压波动，后期正炫波整齐稳定。