變電站“FMEA”措施下的直流接地風(fēng)險(xiǎn)討論

吳昱明

摘? 要：直流系統(tǒng)相當(dāng)于變電站整個(gè)二次系統(tǒng)的心臟，為二次系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供動(dòng)力。它不僅是一個(gè)獨(dú)立的電源系統(tǒng)，還給其他部分提供電源。直流系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能會(huì)產(chǎn)生一些故障，最具代表性的就是接地故障。FMEA（故障模式和影響分析），是生產(chǎn)過程中一項(xiàng)事前預(yù)防的關(guān)鍵分析方法。本文基于此對直流系統(tǒng)接地風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)，提高故障診斷效率。

關(guān)鍵詞：變電站;接地風(fēng)險(xiǎn);直流系統(tǒng);“FMEA”

一、概述

直流系統(tǒng)是變電站非常重要的組成部分，正常狀態(tài)下不接地運(yùn)行。當(dāng)絕緣損壞造成直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地時(shí)，電力設(shè)備仍能正常運(yùn)行;此時(shí)，若在系統(tǒng)內(nèi)又發(fā)生接地，將形成短路回路，可能會(huì)對電力系統(tǒng)造成較大的影響。現(xiàn)有的絕緣監(jiān)察裝置多是按照直流電橋原理構(gòu)成，它存在一些不足之處：當(dāng)任何一極的絕緣電阻值不滿足要求，裝置不能發(fā)出接地告警信號(hào)（漏報(bào)）;當(dāng)直流電源系統(tǒng)正極、負(fù)極電阻值均滿足規(guī)程要求時(shí)，若兩極絕緣電阻差值達(dá)到一定數(shù)值，裝置發(fā)出接地信號(hào)（誤報(bào)） 。

FMEA（故障模式和影響分析）是分析系統(tǒng)中每一產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對系統(tǒng)造成的所有可能影響，并按每一個(gè)故障模式的嚴(yán)重程度、檢測難易程度以及發(fā)生頻率予以分析的一種歸納分析方法。FMEA包括故障模式分析、故障原因分析、故障影響分析、故障檢測方法分析與補(bǔ)償措施分析等步驟。本文主要基于FMEA法，對直流系統(tǒng)接地風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行討論，以提高實(shí)際工作中的故障排查效率。

二、直流系統(tǒng)接地故障產(chǎn)生機(jī)理

由于直流系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且通過電纜線與屋外配電裝置的端子箱、操動(dòng)機(jī)構(gòu)等相連，所以發(fā)生接地機(jī)會(huì)較多。當(dāng)直流系統(tǒng)一點(diǎn)接地時(shí)，由于沒有形成短路回路不引起熔斷器熔斷等直接危害，電力設(shè)備仍能正常運(yùn)行，但潛在危險(xiǎn)性很大，必須立即給出告警，并進(jìn)行查找;此時(shí)，若在同一極或另一極又發(fā)生接地，構(gòu)成兩點(diǎn)接地，形成短路回路后，可能會(huì)引起信號(hào)回路、控制回路、繼電保護(hù)回路或自動(dòng)裝置回路等重要負(fù)荷的不正確動(dòng)作。研究表明，正接地可能導(dǎo)致斷路器誤跳閘，負(fù)接地可能導(dǎo)致斷路器拒跳閘，具體情況分析如下：

圖中，KM為出口中間繼電器，YT為跳閘線圈，KA為電流繼電器，1FU、2FU為熔絲，A～E為可能的接地故障點(diǎn)：①兩點(diǎn)接地可能造成斷路器誤跳閘。如圖1所示，當(dāng)A、B兩點(diǎn)發(fā)生直流接地時(shí)，將電流繼電器KA短接，啟動(dòng)出口中間繼電器KM，KM常開觸點(diǎn)閉合，斷路器跳閘。A、C兩點(diǎn)發(fā)生直流接地時(shí)，短接KM常開觸點(diǎn)而跳閘。A、D兩點(diǎn)接地時(shí)，同樣會(huì)導(dǎo)致斷路器跳閘。 ②兩點(diǎn)接地可能造成斷路器拒動(dòng)。當(dāng)B、E兩點(diǎn)、D、E兩點(diǎn)或C、E兩點(diǎn)發(fā)生直流接地時(shí)，線圈KM或YT被接地點(diǎn)短接而不能動(dòng)作，斷路器可能拒動(dòng)。③兩點(diǎn)接地可能引起熔絲熔斷。當(dāng)A、E兩點(diǎn)發(fā)生直流接地時(shí)，正負(fù)電源直接加在1FU、2FU熔絲兩端，直流回路短路電流可能引起熔絲熔斷。④當(dāng)B、E兩點(diǎn)接地時(shí)，KM線圈被短接，保護(hù)動(dòng)作時(shí)KM無法啟動(dòng)，開關(guān)將不能跳閘且引起2FU熔絲熔斷。當(dāng)D、E兩點(diǎn)或C、E兩點(diǎn)接地時(shí)，YT線圈被短接，保護(hù)動(dòng)作時(shí)跳閘線圈拒動(dòng)，而且直流短路電流將引起2FU熔絲熔斷。同時(shí)，上述幾種情況都有燒毀繼電器觸點(diǎn)的可能。

三、基于“FMEA”的直流系統(tǒng)接地風(fēng)險(xiǎn)研究

直流系統(tǒng)運(yùn)行過程使用FMEA應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定相關(guān)表格。直流系統(tǒng)絕緣損壞故障模式包括控制電纜、二次導(dǎo)線絕緣老化，控制電纜、二次導(dǎo)線質(zhì)量問題，施工工藝不良，造成絕緣破損，特殊點(diǎn)的回路絕緣損壞。故障原因分別對應(yīng)電纜、導(dǎo)線陳舊，電纜、導(dǎo)線質(zhì)量問題，施工缺陷，特殊點(diǎn)驗(yàn)收檢查不到位。對策對應(yīng)為定期檢查、消缺，嚴(yán)格把關(guān)采購渠道，加強(qiáng)施工管理，鋪設(shè)前進(jìn)行絕緣測試。

實(shí)際運(yùn)行中，直流系統(tǒng)接地的故障模式包括兩套接地告警裝置接地，端子箱-操作機(jī)構(gòu)箱電纜接地，備用電纜芯接地，端子箱內(nèi)多個(gè)繼電器絕緣下降引起接地，多分支接地故障，交流電源串入直流系統(tǒng)，蓄電池電纜接地。直流系統(tǒng)接地的故障原因告警裝置接地，電纜質(zhì)量問題，施工缺陷，維護(hù)不當(dāng)或年久失修，維護(hù)不當(dāng)或運(yùn)行故障，維護(hù)不當(dāng)，電纜質(zhì)量問題。對策對應(yīng)為查看兩套接地告警裝置信號(hào)，更換電纜，將備用電纜芯斷口包好，清掃所有繼電器及基座，或更改繼電器，拉路法，找出并解開交直流回路串接點(diǎn)，更換該電纜。

按照故障模式最終對直流系統(tǒng)影響的最壞潛在后果，對其進(jìn)行分類：Ⅰ類災(zāi)難、Ⅱ類致命傷、Ⅲ類嚴(yán)重、Ⅳ類輕度。PRN表示風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)，又稱為風(fēng)險(xiǎn)度，它是風(fēng)險(xiǎn)分析的一種方法，目的是按照每一故障模式的嚴(yán)重程度及該故障模式發(fā)生的概率所產(chǎn)生的綜合影響對系統(tǒng)中的產(chǎn)品劃等分類，以便全面評價(jià)系統(tǒng)中各種可能出現(xiàn)的產(chǎn)品故障的影響，它是一種相對定量的分析方法。

由以上分析可以看出，嚴(yán)酷度最大的故障模式為兩套接地告警裝置接地，將其作為故障樹分析中的頂事件，并由FMEA表中對應(yīng)的故障原因得出故障樹。所述的故障樹，其邏輯概念表達(dá)式為T= X1+ X2 +X3 +X4+ X5，即只要其中有一個(gè)事件發(fā)生就會(huì)導(dǎo)致兩套告警裝置接地故障（A：材料問題，X1：電纜、導(dǎo)線質(zhì)量問題，X2：電纜、導(dǎo)線陳舊，B：過程缺陷，X3：施工缺陷，X4：維護(hù)不當(dāng)，X5：運(yùn)行故障）。因此在工程驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)做好以下幾項(xiàng)工作：①材料質(zhì)量。做好進(jìn)場驗(yàn)收工作，確保工程建設(shè)所使用的電纜、導(dǎo)線質(zhì)量，避免使用絕緣強(qiáng)度不滿足要求的材料。②施工驗(yàn)收。加強(qiáng)施工管理，降低由于施工不合格所造成的絕緣破壞風(fēng)險(xiǎn)。③過程維護(hù)。運(yùn)行過程中，要合理安排巡視，并做好絕緣監(jiān)察和檢測工作，保障告警裝置安全可靠運(yùn)行。發(fā)現(xiàn)有故障隱患時(shí)，及時(shí)做好預(yù)防措施。

四 小結(jié)

總之，變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行的安全性能與穩(wěn)定性能將會(huì)直接影響到電網(wǎng)的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，為了能夠更好地滿足人們對電力的需求，就必須采取合理措施保證直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文基于“FMEA”對直流系統(tǒng)接地風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析與討論，以期提高故障辨識(shí)效率和故障排查效率，切實(shí)提高直流電源系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

參考文獻(xiàn)

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