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电力系统故障诊断技术讲义

一、引言

电力系统作为国民经济的基石，其安全、稳定、可靠运行直接关系到社会生产生活的正常秩序。然而，由于电力系统本身的复杂性、设备老化、自然环境影响以及人为因素等诸多原因，故障的发生难以完全避免。一旦发生故障，若不能迅速、准确地判断故障性质、定位故障点并采取有效的隔离和恢复措施，可能导致事故扩大，造成大面积停电，甚至引发灾难性后果。因此，电力系统故障诊断技术应运而生，成为保障电力系统安全稳定运行的关键支撑技术之一。

本讲义旨在系统阐述电力系统故障诊断的基本概念、核心技术、应用方法及发展趋势，为从事电力系统运行、维护、调度及研究的工程技术人员提供一套实用的理论与实践参考。通过学习本讲义，期望读者能够掌握故障诊断的基本原理，熟悉常用的诊断方法，并能结合实际情况进行初步的故障分析与判断。

二、电力系统故障概述

2.1故障的定义与分类

电力系统故障是指电力系统中任何一处发生的短路、断线或其他异常状态，导致系统正常运行方式被破坏，电气参数（电流、电压、功率等）出现显著异常。

故障按其发生的部位和特征可主要分为以下几类：

*短路故障：这是最常见且危害最严重的故障类型，指系统中相与相之间或相与地之间的不正常连接。根据短路相数和接地情况，可分为三相短路、两相短路、两相接地短路和单相接地短路。其中，三相短路电流最大，单相接地短路在中性点不接地系统中较为常见。

*断线故障：指线路或设备的一相或多相导体断开，导致系统开环运行，可能引起过电压、异步运行等问题。

*其他故障：如设备内部故障（变压器绕组匝间短路、电机定子绕组短路等）、雷击过电压引起的绝缘损坏、污闪等。

2.2故障的特征与危害

电力系统发生故障时，通常会表现出以下特征：

*电流急剧增大：短路点的故障电流远大于正常负荷电流，可能达到额定电流的数倍至数十倍。

*电压大幅降低：故障点及附近母线电压显著下降，严重时甚至降为零。

*功率因数变化：故障线路的功率因数会发生明显变化，通常表现为感性。

*系统频率波动：严重故障可能导致系统有功功率失衡，引起频率下降。

*产生暂态分量：故障瞬间会产生大量的暂态电流和电压分量。

故障的危害主要包括：

*烧毁电气设备，造成巨大经济损失。

*导致用户供电中断，影响工农业生产和人民生活。

*破坏系统稳定，引发大面积停电事故。

*产生的过电压可能损坏绝缘，扩大故障范围。

*短路电流产生的电动力可能导致设备变形、损坏。

2.3故障诊断的基本任务

电力系统故障诊断的基本任务是：

1.故障检测：判断电力系统是否发生故障。

2.故障定位：确定故障发生的具体位置（如线路的哪一段、哪个设备）。

3.故障类型识别：判断故障的性质（如三相短路、单相接地等）。

4.故障原因分析：在条件允许时，分析故障发生的可能原因。

5.故障评估：评估故障的严重程度及对系统的影响。

三、故障诊断的基本方法

3.1基于保护和断路器动作信息的诊断方法

继电保护装置和断路器是电力系统故障的第一道防线。它们的动作行为直接反映了故障的发生和切除过程。基于保护和断路器动作信息的诊断方法是目前电力系统中应用最广泛、最成熟的故障诊断方法之一。

*基本原理：根据电力系统的拓扑结构、保护配置方案以及保护和断路器的动作逻辑，当系统发生故障时，通过收集相关保护装置的动作信号（如过流保护动作、距离保护动作等）和断路器的跳闸信号，结合故障发生时的电流、电压等信息，运用逻辑推理或专家经验来判断故障位置和类型。

*常用方法：

*常规逻辑分析：根据保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性要求，分析保护动作是否符合预期，断路器是否正确跳闸。若保护动作与故障类型、位置不匹配，则可能存在保护拒动、误动或断路器拒动等情况。

*专家系统：将领域专家的知识和经验总结成规则库，通过推理机对收集到的保护和断路器动作信息进行推理，得出诊断结论。专家系统能够处理复杂的逻辑关系和不确定性信息，但知识库的构建和维护较为困难，对新的故障类型适应性较差。

*模糊推理与神经网络：针对保护和断路器动作中可能存在的不确定性（如保护误动、拒动、信息丢失等），引入模糊集理论或神经网络模型进行诊断。模糊推理能较好地处理模糊信息，神经网络具有自学习和并行处理能力。

3.2基于故障录波数据的分析方法

随着电力系统自动化水平的提高，故障录波器在各级电网中得到了广泛应用。故障录波器能够完整记录故障前、故障过程中和故障后的电压、电流等电气量波形数据，为故障诊断提供了宝贵的原始资料。

*基本原理：通过对故障录波数据（电压、电流波形）进行分析和处理，提取故障特征量（如故障相别、故障时刻、故障电流大小、电压降、阻抗轨迹等），结