基于FMEA的直流接地风险辨识

　　摘 要：当发生绝缘损坏等故障时，可能造成直流电源系统两点接地，进而导致断路器误动或拒动，甚至引起熔丝熔断或烧毁继电器触点。FMEA(Failure Mode and Effect Analysis)即“故障模式和影响分析”，是生产过程中一项事前预防的关键分析方法。本文主要基于FMEA法，对直流系统接地风险进行辨识，提高故障诊断效率。

　　关键词：直流接地;FMEA;风险辨识

　　《电气时代》(月刊)创刊于1981年，由中国机械工业联合会主管，机械工业信息研究院主办，为中国期刊方阵双效期刊之一。

　　一 引言

　　正常状态下，变电站直流系统不接地运行。当绝缘损坏造成直流系统一点接地时，电力设备仍能正常运行;此时，若在系统内又发生接地，将形成短路回路，可能会对电力系统造成较大的影响。

　　现有的绝缘监察装置多是按照直流电桥原理构成，它存在一些不足之处：当任何一极的绝缘电阻值不满足要求，装置不能发出接地告警信号(漏报);当直流电源系统正极、负极电阻值均满足规程要求时，若两极绝缘电阻差值达到一定数值，装置发出接地信号(误报) 。

　　FMEA即“故障模式和影响分析”，是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频率予以分析的一种归纳分析方法。FMEA包括故障模式分析、故障原因分析、故障影响分析、故障检测方法分析与补偿措施分析等步骤。本文主要基于FMEA法，对直流系统接地风险进行辨识，以提高实际工作中的故障排查效率。

　　二 直流系统接地故障產生机理

　　由于直流系统比较复杂，而且通过电缆线与屋外配电装置的端子箱、操动机构等相连，所以发生接地机会较多。当直流系统一点接地时，由于没有形成短路回路不引起熔断器熔断等直接危害，电力设备仍能正常运行，但潜在危险性很大，必须立即给出告警，并进行查找;此时，若在同一极或另一极又发生接地，构成两点接地，形成短路回路后，可能会引起信号回路、控制回路、继电保护回路或自动装置回路等重要负荷的不正确动作。研究表明，正接地可能导致断路器误跳闸，负接地可能导致断路器拒跳闸，具体情况分析如下：

　　图中，KM为出口中间继电器，YT为跳闸线圈，KA为电流继电器，1FU、2FU为熔丝，A～E为可能的接地故障点。

　　1、两点接地可能造成断路器误跳闸。如图1所示，当A、B两点发生直流接地时，将电流继电器KA短接，启动出口中间继电器KM，KM常开触点闭合，断路器跳闸。A、C两点发生直流接地时，短接KM常开触点而跳闸。A、D两点接地时，同样会导致断路器跳闸。

　　2、两点接地可能造成断路器拒动。当B、E两点、D、E两点或C、E两点发生直流接地时，线圈KM或YT被接地点短接而不能动作，断路器可能拒动。

　　3、两点接地可能引起熔丝熔断。当A、E两点发生直流接地时，正负电源直接加在1FU、2FU熔丝两端，直流回路短路电流可能引起熔丝熔断。

　　4、当B、E两点接地时，KM线圈被短接，保护动作时KM无法启动，开关将不能跳闸且引起2FU熔丝熔断。当D、E两点或C、E两点接地时，YT线圈被短接，保护动作时跳闸线圈拒动，而且直流短路电流将引起2FU熔丝熔断。同时，上述几种情况都有烧毁继电器触点的可能。

　　三 基于FMEA的直流系统接地风险辨识

　　通过对直流系统运行过程使用FMEA，根据实际情况制定FMEA表格。直流系统绝缘损坏故障模式包括控制电缆、二次导线绝缘老化，控制电缆、二次导线质量问题，施工工艺不良，造成绝缘破损，特殊点的回路绝缘损坏。故障原因分别对应电缆、导线陈旧，电缆、导线质量问题，施工缺陷，特殊点验收检查不到位。对策对应为定期检查、消缺，严格把关采购渠道，加强施工管理，铺设前进行绝缘测试。

　　实际运行中，直流系统接地的故障模式包括两套接地告警装置接地，端子箱-操作机构箱电缆接地，备用电缆芯接地，端子箱内多个继电器绝缘下降引起接地，多分支接地故障，交流电源串入直流系统，蓄电池电缆接地。直流系统接地的故障原因告警装置接地，电缆质量问题，施工缺陷，维护不当或年久失修，维护不当或运行故障，维护不当，电缆质量问题。对策对应为查看两套接地告警装置信号，更换电缆，将备用电缆芯断口包好，清扫所有继电器及基座，或更改继电器，拉路法，找出并解开交直流回路串接点，更换该电缆。

　　按照故障模式最终对直流系统影响的最坏潜在后果，对其进行分类：Ⅰ类灾难、Ⅱ类致命伤、Ⅲ类严重、Ⅳ类轻度。PRN表示风险优先系数，又称为风险度，它是风险分析的一种方法，目的是按照每一故障模式的严重程度及该故障模式发生的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系统中各种可能出现的产品故障的影响，它是一种相对定量的分析方法。

　　由以上分析可以看出，严酷度最大的故障模式为两套接地告警装置接地，将其作为故障树分析中的顶事件，并由FMEA表中对应的故障原因得出故障树。

　　所述的故障树，其逻辑概念表达式为T= X1+ X2 +X3 +X4+ X5，即只要其中有一个事件发生就会导致两套告警装置接地故障(A：材料问题，X1：电缆、导线质量问题，X2：电缆、导线陈旧，B：过程缺陷，X3：施工缺陷，X4：维护不当，X5：运行故障)。因此在工程验收时，应做好以下几项工作：

　　1、材料质量。做好进场验收工作，确保工程建设所使用的电缆、导线质量，避免使用绝缘强度不满足要求的材料。2、施工验收。加强施工管理，降低由于施工不合格所造成的绝缘破坏风险。3、过程维护。运行过程中，要合理安排巡视，并做好绝缘监察和检测工作，保障告警装置安全可靠运行。发现有故障隐患时，及时做好预防措施。

　　四 小结

　　当发生绝缘损坏等故障，造成变电站直流电源系统两点接地时，将对电力系统造成严重的影响。现有的基于直流电桥原理的绝缘监察装置存在一些不足之处。本文基于FMEA法，对直流系统接地风险辨识进行了分析与讨论，以期提高故障辨识效率和故障排查效率，切实提高直流电源系统的运行可靠性。

　　参考文献

　　[1]吴翰林.变电站直流接地故障分析与对策[J].机电信息，2018(36).

　　[2]吴志强.变电站直流系统接地故障分析及应对措施[J].中国石油和化工标准与质量，2018，38(15).