基于FMEA的直流接地風險辨識

　　摘 要：當發(fā)生絕緣損壞等故障時，可能造成直流電源系統(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)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(chuàng)刊于1981年，由中國機械工業(yè)聯(lián)合會主管，機械工業(yè)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(tài)下，變電站直流系統(tǒng)不接地運行。當絕緣損壞造成直流系統(tǒng)一點接地時，電力設備仍能正常運行;此時，若在系統(tǒng)內(nèi)又發(fā)生接地，將形成短路回路，可能會對電力系統(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(fā)出接地告警信號(漏報);當直流電源系統(tǒng)正極、負極電阻值均滿足規(guī)程要求時，若兩極絕緣電阻差值達到一定數(shù)值，裝置發(fā)出接地信號(誤報) 。

　　FMEA即“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，并按每一個故障模式的嚴重程度、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(tǒng)接地故障產(chǎn)生機理

　　由于直流系統(tǒng)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(fā)生接地機會較多。當直流系統(tǒng)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(tǒng)接地風險辨識

　　通過對直流系統(tǒng)運行過程使用FMEA，根據(jù)實際情況制定FMEA表格。直流系統(tǒng)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(zhì)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(zhì)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(tǒng)接地的故障模式包括兩套接地告警裝置接地，端子箱-操作機構箱電纜接地，備用電纜芯接地，端子箱內(nèi)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(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，維護不當或年久失修，維護不當或運行故障，維護不當，電纜質(zhì)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(tǒng)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(yōu)先系數(shù)，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(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(fā)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(zhì)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(zhì)量。做好進場驗收工作，確保工程建設所使用的電纜、導線質(zhì)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(jiān)察和檢測工作，保障告警裝置安全可靠運行。發(fā)現(xiàn)有故障隱患時，及時做好預防措施。

　　四 小結

　　當發(fā)生絕緣損壞等故障，造成變電站直流電源系統(tǒng)兩點接地時，將對電力系統(tǒng)造成嚴重的影響。現(xiàn)有的基于直流電橋原理的絕緣監(jiān)察裝置存在一些不足之處。本文基于FMEA法，對直流系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)接地故障分析及應對措施[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量，2018，38(15).