电气设备及二次回路中隐蔽故障的分析与防范

电气设备及二次回路中隐蔽故障的分析与防范
【摘要】分析了变电站继电保护及二次回路系统中隐蔽故障的危害、成因、典型案例分析及防范措施，对提高继电保护及其二次回路安全稳定运行有所借鉴。

【关键词】隐蔽故障；功率倒向；绝缘测试；交流窜直流；防范措施
继电保护及二次回路系统中存在的隐蔽故障对电网和电力设备有重大影响；当电网系统或设备发生故障时，隐蔽故障很容易造成系统特大事故或使事故扩大化，破坏电网系统的稳定运行；而电气设备中隐蔽故障由于厂家及施工单位人员的原因，又往往是不可避免的。

当继电保护及二次回路中的隐蔽故障导致保护装置的误动、拒动时，极有可能扩大事故，使系统的安全和稳定遭到破坏。

1 隐蔽故障原因分析
隐蔽故障是指一种在系统正常运行时对系统没有影响或不易察觉，当系统和设备的某些部分发生变化时，这种故障就会被触发而导致系统更大范围故障的发生。

隐蔽故障在设备正常运行时一般无法及时发现，或有时即使发现也不太能够引起足够重视。

电力系统和电气设备一旦发生故障，继电保护正确动作切除故障后，系统潮流分配发生改变，在新的运行状态下，有可能会使带有隐蔽故障的保护装置及二次回路发生误动。

隐蔽故障最危险的是它对系统的影响往往只有在系统处于最薄弱的状态下才暴露出来，如系统或电气设备发生故障和故障后瞬间低电压、过电压、系统振荡及其他相关的异常情况发生后。

继电保护装置及二次回路元件都有可能存在隐蔽故障。

如互感器、开关本体、保护装置内部、保护装置插件连接处、二次回路接线各端子等。

造成隐蔽故障的原因有很多，通常有以下几种情况：（1）保护原理存在缺陷，在某些极端条件下会误动或拒动。

（2）整定计算定值出错，定值的配合不能满足系统稳定运行要求。

（3）装置的一些内部故障，如绝缘性能下降、电源电压降低、插件接触不良等。

（4）二次接线端子松动，端子排螺丝生锈，二次接线错误。

（5）二次回路的寄生回路。

（6）回路的设计问题。

（7）施工人员人为因素。

2 典型案例分析
案例一：
在当下国产保护中都有防止功率倒向误动功能。

所谓功率倒向，“四统一”设计中描述为“在并联或者环网线路中的一回线发生故障，当故障线路的一侧断路器跳闸时，非故障线路中的故障电流可能出现倒换方向的情况，致使这些线路两侧的动作状态也随之倒换：一侧方向元件由不动作倒换为动作，另一侧方向元件由动作倒换为不动作，在倒换过程中可能短时出现两侧方向元件均处于动作的状态。

”国产南瑞继保LFP900、RCS900系列纵联距离和纵联方向保护的功率倒
向判别均按“四统一”规范设计，其功率倒向的确认时间定为不大于40ms，其中单命令方式为35ms，分相命令方式为40ms。

确定为功率倒向后，纵联保护动作延时为25ms。

然而，随着系统的发展，继电保护的动作时间和断路器跳闸及灭弧时间均较以前更短，实际系统中已开始出现故障后40ms之内断路器即完成跳闸和灭弧。

一些极端情况下，有可能导致按“四统一”设计的功率倒向逻辑不能正确判别，使得非故障线路纵联距离或纵联方向保护误动。

该缺陷隐蔽性强，误动条件比较苛刻，系统正常时毫无表现，属于典型的原理缺陷型隐蔽性故障。

案例二：
在参加某500kV变电所#1主变保护检修工作时，调试过程中发现#1主变低压侧后备过流保护定值整定单错误。

该#1主变保护采用ABB公司的RET521系列保护，其中第一套低压侧后备过流设置在RET521装置内，定值是由网调出具，第二套低压侧后备过流保护是单独的RAHL401过流保护装置，定值由地调出具。

在调试过程中核对两套保护定值单时发现，第一套低压侧过流保护整定为1.09A，第二套低压侧过流保护整定为1.09IB，由RAHL401装置说明书可知，其定值中IB表示为主变低压侧额定电流，装置是以多少倍额定电流来整定保护定值，与RET521中直接整定二次电流数值不同。

所以1.09A不等于1.09IB。

发现问题后，再仔细察看定值单整定说明，发现是第二套低压侧过流保护整定出错。

马上与地调相关人员联系，他们也确认了事实，并为此重新出了新整定单。

避免了由于整定计算出错引起保护误动作，确保了主变保护安全运行。

该事件就是典型的由于整定计算出错，而是运行设备存在隐蔽性故障。

案例三：
在扩建改造过程中，交流窜直流事故是一个老问题。

刀闸机构的接点上公用头没有分离，直流和交流互串，这在绝缘检查中还比较容易排除。

较隐蔽的直流信号回路直接接在闸刀三相接触器下端，平时检查绝缘是正常，只有在闸刀分合过程中发生直流接地，还伴随其他功率较小动作值较小的继电器的抖动现象。

极易引起保护出口继电器误动，损坏设备，特别是直流接地检测装置很容易损坏，高频充电模块也容易损坏.还有就是保护装置的逆变电源中对地连接的抗干扰电容很容易损坏，严重的损坏保护装置。

案例四：
某变电所在进行结合滤波器安装过程后，调试人员在进行电压回路绝缘测试时发现有几根芯线绝缘小于20兆欧，相比较其他芯线都在200兆欧以上，抱着有疑问就不放过的原则，仔细询问了施工过程中有无发生异常情况，施工人员反映在CVT到结合滤波器连接电缆需走电缆钢管，钻孔过程有可能钻伤了电缆绝缘。

调试人员立刻向项目部出具了联系单，要求检查及更换电压回路二次电缆，消除隐患。

后经电缆抽出检查发现钻孔已经严重损坏电缆绝缘，已经钻透钢铠及屏蔽层，如不进行更换，经过一段时间运行，后果就不可预知了。

3 隐蔽故障防范措施
通过对以上几种情况的分析，我们可以发现继电保护及其二次回路隐蔽故障并不是洪水猛兽般不可预控，而是可以通过寻找一些合适的措施加以避免的。

为尽可能的减少隐蔽性故障必须要求参与每一个电力工程设计、基建及调试、运行维护和检修的各个部门之间通力合作，各尽其职。

落实到具体的工作中，我认为可以从以下几个方面进行预控：
首先也是最为关键的一步是，在每个工程的设计建设过程中，要加强设计的合理性，严格执行反措要求，加强回路设计与各个保护装置功能的匹配；基建调试部门要严格审图，尽早发现问题及时沟通处理，在调试过程中验证保护功能与回路设计的合理匹配，不放过没一个异常状况，不省略每一个回路的绝缘检查，遇到问题多检查多试验直达找到故障根源；整定部门也要充分了解保护装置的原理特点和整定要求，从而使保护装置运行在正确的整定环境下。

其次，运行维护和检修部门在工作中要详细记录各种异常状况，提供尽可能多的相关信息，以利于在不停电的情况下快速而准确的进行处理，避免异常状况的持续和扩大。

在日常工作中坚持早发现、早汇报、早处理，尽量将事故遏制在萌芽状态。

最后，对一些典型的隐蔽故障要进行阶段性的汇总，详细分析原因，找出应对策略，形成书面材料向上级单位汇报，从而利于电力系统各地区各部门之间的学习借鉴，从而提高整个电力系统的安全稳定运行能力。