基于FMEA的直流接地風險辨識

　　摘 要：當發生絕緣損壞等故障時，可能造成直流電源系統兩點接地，進而導致斷路器誤動或拒動，甚至引起熔絲熔斷或燒毀繼電器觸點。FMEA(Failure Mode and Effect Analysis)即“故障模式和影響分析”，是生產過程中一項事前預防的關鍵分析方法。本文主要基于FMEA法，對直流系統接地風險進行辨識，提高故障診斷效率。

　　關鍵詞：直流接地;FMEA;風險辨識

　　《電氣時代》(月刊)創刊于1981年，由中國機械工業聯合會主管，機械工業信息研究院主辦，為中國期刊方陣雙效期刊之一。

　　一 引言

　　正常狀態下，變電站直流系統不接地運行。當絕緣損壞造成直流系統一點接地時，電力設備仍能正常運行;此時，若在系統內又發生接地，將形成短路回路，可能會對電力系統造成較大的影響。

　　現有的絕緣監察裝置多是按照直流電橋原理構成，它存在一些不足之處：當任何一極的絕緣電阻值不滿足要求，裝置不能發出接地告警信號(漏報);當直流電源系統正極、負極電阻值均滿足規程要求時，若兩極絕緣電阻差值達到一定數值，裝置發出接地信號(誤報) 。

　　FMEA即“故障模式和影響分析”，是分析系統中每一產品所有可能產生的故障模式及其對系統造成的所有可能影響，并按每一個故障模式的嚴重程度、檢測難易程度以及發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償措施分析等步驟。本文主要基于FMEA法，對直流系統接地風險進行辨識，以提高實際工作中的故障排查效率。

　　二 直流系統接地故障產生機理

　　由于直流系統比較復雜，而且通過電纜線與屋外配電裝置的端子箱、操動機構等相連，所以發生接地機會較多。當直流系統一點接地時，由于沒有形成短路回路不引起熔斷器熔斷等直接危害，電力設備仍能正常運行，但潛在危險性很大，必須立即給出告警，并進行查找;此時，若在同一極或另一極又發生接地，構成兩點接地，形成短路回路后，可能會引起信號回路、控制回路、繼電保護回路或自動裝置回路等重要負荷的不正確動作。研究表明，正接地可能導致斷路器誤跳閘，負接地可能導致斷路器拒跳閘，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。

　　1、兩點接地可能造成斷路器誤跳閘。如圖1所示，當A、B兩點發生直流接地時，將電流繼電器KA短接，啟動出口中間繼電器KM，KM常開觸點閉合，斷路器跳閘。A、C兩點發生直流接地時，短接KM常開觸點而跳閘。A、D兩點接地時，同樣會導致斷路器跳閘。

　　2、兩點接地可能造成斷路器拒動。當B、E兩點、D、E兩點或C、E兩點發生直流接地時，線圈KM或YT被接地點短接而不能動作，斷路器可能拒動。

　　3、兩點接地可能引起熔絲熔斷。當A、E兩點發生直流接地時，正負電源直接加在1FU、2FU熔絲兩端，直流回路短路電流可能引起熔絲熔斷。

　　4、當B、E兩點接地時，KM線圈被短接，保護動作時KM無法啟動，開關將不能跳閘且引起2FU熔絲熔斷。當D、E兩點或C、E兩點接地時，YT線圈被短接，保護動作時跳閘線圈拒動，而且直流短路電流將引起2FU熔絲熔斷。同時，上述幾種情況都有燒毀繼電器觸點的可能。

　　三 基于FMEA的直流系統接地風險辨識

　　通過對直流系統運行過程使用FMEA，根據實際情況制定FMEA表格。直流系統絕緣損壞故障模式包括控制電纜、二次導線絕緣老化，控制電纜、二次導線質量問題，施工工藝不良，造成絕緣破損，特殊點的回路絕緣損壞。故障原因分別對應電纜、導線陳舊，電纜、導線質量問題，施工缺陷，特殊點驗收檢查不到位。對策對應為定期檢查、消缺，嚴格把關采購渠道，加強施工管理，鋪設前進行絕緣測試。

　　實際運行中，直流系統接地的故障模式包括兩套接地告警裝置接地，端子箱-操作機構箱電纜接地，備用電纜芯接地，端子箱內多個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，蓄電池電纜接地。直流系統接地的故障原因告警裝置接地，電纜質量問題，施工缺陷，維護不當或年久失修，維護不當或運行故障，維護不當，電纜質量問題。對策對應為查看兩套接地告警裝置信號，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，更換該電纜。

　　按照故障模式最終對直流系統影響的最壞潛在后果，對其進行分類：Ⅰ類災難、Ⅱ類致命傷、Ⅲ類嚴重、Ⅳ類輕度。PRN表示風險優先系數，又稱為風險度，它是風險分析的一種方法，目的是按照每一故障模式的嚴重程度及該故障模式發生的概率所產生的綜合影響對系統中的產品劃等分類，以便全面評價系統中各種可能出現的產品故障的影響，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表中對應的故障原因得出故障樹。

　　所述的故障樹，其邏輯概念表達式為T= X1+ X2 +X3 +X4+ X5，即只要其中有一個事件發生就會導致兩套告警裝置接地故障(A：材料問題，X1：電纜、導線質量問題，X2：電纜、導線陳舊，B：過程缺陷，X3：施工缺陷，X4：維護不當，X5：運行故障)。因此在工程驗收時，應做好以下幾項工作：

　　1、材料質量。做好進場驗收工作，確保工程建設所使用的電纜、導線質量，避免使用絕緣強度不滿足要求的材料。2、施工驗收。加強施工管理，降低由于施工不合格所造成的絕緣破壞風險。3、過程維護。運行過程中，要合理安排巡視，并做好絕緣監察和檢測工作，保障告警裝置安全可靠運行。發現有故障隱患時，及時做好預防措施。

　　四 小結

　　當發生絕緣損壞等故障，造成變電站直流電源系統兩點接地時，將對電力系統造成嚴重的影響。現有的基于直流電橋原理的絕緣監察裝置存在一些不足之處。本文基于FMEA法，對直流系統接地風險辨識進行了分析與討論，以期提高故障辨識效率和故障排查效率，切實提高直流電源系統的運行可靠性。

　　參考文獻

　　[1]吳翰林.變電站直流接地故障分析與對策[J].機電信息，2018(36).

　　[2]吳志強.變電站直流系統接地故障分析及應對措施[J].中國石油和化工標準與質量，2018，38(15).