繼電保護二次回路絕緣現狀分析及對策

陳明泉

繼電保護二次回路絕緣現狀分析及對策

陳明泉

（福建中試所電力調整試驗有限責任公司，福州 350001）

繼電保護二次回路絕緣破壞可能造成繼電保護誤動或拒動，影響電網穩定運行。本文對二次回路常見的絕緣薄弱點進行分析，并通過列舉部分實例進行講解，總結檢修過程中二次回路絕緣測試項目內容和測試方法及注意事項，為檢修人員提供參考。

絕緣；直流失地；高阻導通；絕緣強度；高溫高濕

0 引言

繼電保護二次回路是電力系統不可或缺的重要組成部分，它的完好性直接影響被保護電氣設備的穩定運行。現今，由于各廠站的建設規模越來越大，所使用到的設備和二次線纜也越來越多，若運行中的繼電保護設備和二次回路的絕緣薄弱點被擊穿破壞，會造成二次回路直流失地、跳閘觸點高阻導通、交流電流/電壓回路兩點或多點接地等[1-6]故障，進而引起被保護的設備運行異常、誤跳閘或區內故障拒跳閘，更有甚者可能引發火災，進而破壞電力系統的安全穩定運行[7-9]。二次回路的絕緣薄弱點往往不是一經送電即出現故障，而是緩慢的擊穿過程，運行中不易被發現，因此也容易被人忽視，導致隱患不容易在第一時間被發現。所以，在廠站新安裝調試或日常定期檢修時，加強對繼電保護設備及二次回路的絕緣測試，及時發現絕緣不良隱患至關重要。

1 常見二次回路絕緣薄弱點

根據多年現場檢修經驗及電網例年的事故分析，二次回路絕緣薄弱點主要由以下幾個原因造成：

1）基建或技改時施工單位安裝工藝質量不過關。例如：電纜二次接線施工中，施工人員割電纜頭時用力過猛，割破電纜芯線絕緣層；熱鍍鋅鋼電纜保護管管口毛刺和尖銳棱角未打磨光滑，在二次電纜穿管時刺破電纜；窄小密閉空間內防火防潮封堵材料放置過多誤碰接線端子，該情況多發生在變壓器本體各壓力繼電器接線盒內；戶外高壓互感器接線盒至地面電纜溝的熱鍍鋅鋼電纜保護管管口兩端未封堵或封堵不嚴密，運行時電纜溝中水汽通過保護管進入互感器接線盒內聚集。隨著就地模塊越來越多的應用，就地模塊多功能、小型化的特點也對施工人員的安裝工藝提出更高的要求[10]。

2）設備產品質量缺陷或結構設計不合理。據不完全統計，電網變壓器氣體繼電器、油溫/繞溫溫度計等本體元件在雨季或進行變壓器噴淋試驗時，由于密封效果不好且未加裝防雨罩，雨水或噴淋水進入繼電器接線盒內造成變壓器非計劃停運的情況時有發生。二次電纜產品質量不過關造成二次回路整體絕緣偏低。例如：某變電站曾發生連續暴雨天氣，倉庫存儲的電纜遭雨水浸泡，水從電纜頭處滲入電纜內部，由于安裝調試監督不嚴且驗收時絕緣測試未抽查到該批次電纜，造成后期二次回路整體絕緣偏低，設備運行時常出現異常報警，最終處理結果是結合一次設備檢修更換了該批次電纜；某廠家一次設備本體航空插頭設計不合理，由于智能站設備運行狀態監視回路采用完全雙重化冗余配置，廠家設計時未考慮航空插頭內空間小、電纜布置多的問題，導致現場安裝時航空插頭的狹小空間內電纜過多，相互擠壓破壞二次電纜絕緣。

3）二次回路設計或布線路徑及空間位置布置不合理。現場調試中常發現由于設計人員疏忽大意，二次回路發生兩組直流電源在遙信回路中交叉、互串的現象，特別是兩組公共端交叉使用；或是同一繼電器、機構本體輔助觸點相鄰近的兩副觸點分別接入不同組別直流回路，甚至是設計分別接入直流和交流回路，造成兩組直流電源、交/直流電源間相互感應產生有源互串現象。

4）現場裝配線人員水平或廠家廠內裝配線質量不過關。現場常發現二次線號頭相類似的兩根或多根導線接線交叉、整排端子接錯位的情況；或者是廠家在廠內配線時某個元件跨接在兩組電源之間等。

5）運行環境惡劣造成二次回路絕緣強度下降。高溫高濕環境下，二次回路電纜經過長年運行，絕緣層嚴重老化開裂破壞[11]；或者是由于金屬軟管老化損壞，雨水通過破損口順著軟管流入設備接線盒造成絕緣擊穿事件；溫度分布不均的封閉空間內，空氣中水汽達到過飽和時，高濕空氣就會在溫度較低的絕緣材料表面凝露，致使絕緣材料絕緣性能下降[12-13]；振動設備的二次電纜長期受振動磨損、拉扯等外力作用破壞電纜絕緣。另外，由于靜電對灰塵的吸附效應，在高揚塵的環境中，特別是基建或擴建施工階段，運行設備和機構上的相鄰端子或觸點附著塵土過多導致絕緣擊穿，更有極個別發現有小動物糞便落入設備導致絕緣擊穿事故。

2 現場二次絕緣破壞事件實例

實例1：某變電站現場敷設電纜作業時，在500kV設備區與聯絡變壓器之間的道路穿管處刮破4根控制電纜外皮導致3號聯絡變220kV側23C開關跳閘。跳閘后專業人員進行3號聯絡變220kV側23C開關控制回路絕緣檢查，現場測量發現5051、5052開關失靈跳23C開關的4根破損電纜絕緣數據異常：5051失靈跳23C第一組直流正電源電纜芯線（K101）對地絕緣3MW、5052失靈跳23C第二組直流負電源（231）對地絕緣3MW、兩組電源之間絕緣10MW，其他數據正常。據上述數據判斷，由于電纜損傷、絕緣降低，導致5051、5052失靈保護兩端觸點誤導通，驅動跳閘回路，跳開23C開關。二次原理圖及電纜絕緣破損示意圖如圖1和圖2所示。

圖1 二次原理圖

圖2 電纜絕緣破損示意圖

實例2：某變電站施工單位在進行1號主變擴建工程中的110kV側開關機構信號核對和電動機更換工作時造成直流正失地，且27M第二組跳閘線圈存在絕緣降低隱患，在直流系統發生正失地和直流系統對地電容放電的綜合作用下，導致27M第二組跳閘線圈與串聯電阻之間對地絕緣被擊穿，與正失地點構成回路。27M開關跳閘回路示意圖如圖3所示。

圖3 27M開關跳閘回路示意圖

27M第二組跳閘線圈絕緣低（實測237回路對地絕緣為80kW），是由于開關機構箱內第二組跳閘回路線圈串聯電阻接線柱螺釘朝內，較貼近金屬柜內壁且有銹蝕現象造成回路對地絕緣降低。將該電阻接線柱調整角度后進行絕緣測量，跳閘回路絕緣恢復正常。27M開關機構分壓電阻安裝示意圖如圖4所示。

圖4 27M開關機構分壓電阻安裝示意圖

實例3：某廠220kV升壓站運行中220kV永黃Ⅱ路222開關突然跳閘，線路跳閘時系統無沖擊，線路無故障，現場未進行任何操作，保護操作箱上“第一組A、B、C跳閘”燈亮，第一套線路保護面板上“保護動作”燈亮，其他保護無動作信號，直流系統運行正常，無直流失地等其他異常情況。經檢查發現為老鼠糞便掉落在母線保護出口插件跳閘回路之間，母線保護出口插件板示意圖如圖5所示。且事故前后幾天均為雨天，空氣濕度大，導致222開關第一組跳閘出口回路擊穿閃絡（持續1.4s左右），誤跳永黃Ⅱ路222開關。

圖5 母線保護出口插件板示意圖

實例4：某變電站在中雨天氣下，2號主變本體氣體繼電器動作，跳開主變三側開關，低壓側備自投正確動作，無負荷損失，故障時現場無檢修工作。檢修人員到現場檢查發現，2號主變外觀無異常，主變各側一次設備檢查正常，無故障點。對主變本體氣體繼電器二次線進行絕緣電阻檢查，絕緣電阻值幾乎為零。接線盒進線口涂有密封膠，氣體繼電器防雨罩外觀無異常且已罩住接線盒主體。對本體氣體繼電器開蓋檢查，接線盒內有受潮現象，如圖6所示。初步判斷主變本體氣體繼電器動作原因是中雨天氣本體氣體繼電器接線盒受潮，導致絕緣降低，氣體繼電器觸點短路接地，觸發保護動作信號。該氣體繼電器二次線纜布置于氣體繼電器上方、油枕下方。波紋管由條狀材料繞制而成，波紋管長年運行后存在細微縫隙，該縫隙無法完全阻隔雨水滲入，雨水由油枕處滴落，滲入波紋管，沿波紋管道進入繼電器接線盒內，如圖7所示，造成繼電器接線盒內積水，進而引發氣體繼電器誤動作事件。

圖6 受潮接線盒示意圖

圖7 雨水滲入路徑示意圖

實例5：某變電站2號直流屏正電源接地報警（220kV洪田Ⅰ路控制電源Ⅱ和220kV故障錄波器屏均有接地現象），工作人員在檢查直流失地時，220kV洪田Ⅰ路233開關本體非全相保護Ⅰ誤動作。經現場檢查，非全相端子箱內第一組非全相動作繼電器K34動作信號燈亮。檢查非全相回路，發現第一組非全相繼電器并聯電阻9正端接至第二組非全相K37繼電器的A2；第二組非全相繼電器并聯電阻11的正端接至第一組非全相K38繼電器的A2。非全相繼電器回路正確和錯誤接線示意圖分別如圖8和圖9所示。

圖8 非全相繼電器回路正確接線示意圖

由于實際接線錯誤，導致非全相保護出口繼電器K37/K38線圈并接于Ⅰ/Ⅱ段直流負母線間。當Ⅱ段直流正母線接地時，Ⅱ段直流負母線對地電壓為-200V，Ⅰ段直流負母線對地電壓為-134V，Ⅰ/Ⅱ段負母線間電壓差為66V，即K38繼電器和串接11電阻承受66V電壓，不滿足動作條件，繼電器不動作。

圖9 非全相繼電器回路錯誤接線示意圖

檢修人員查找直流失地時，拆除220kV故障錄波器屏3EGL—155電纜G01回路芯線，形成Ⅱ段母線負極接地，Ⅰ段直流負母線對地電壓為-134V，Ⅱ段直流負母線對地電壓在-20～0V間波動，Ⅰ/Ⅱ段負母線間電壓差在114～134V間波動，即K38繼電器和串接11電阻承受114～134V電壓，由于K38繼電器動作電壓偏小（串接電阻11后實測值為120V），滿足動作條件，繼電器動作。

以上幾個實例均是典型的二次回路絕緣薄弱引發的事故。實例1為施工隊伍施工工藝質量問題造成，該起事件中絕緣破壞得比較徹底，如果僅是電纜絕緣破壞到臨界狀態，則只有在二次專業人員例行檢修絕緣測試時才能發現。實例2主要原因是開關機構箱內回路線圈串聯電阻接線柱空間布置設計不合理。實例3為設備運行環境差的極端個例，現場小動物進入運行設備內，動物排泄物造成回路絕緣擊穿事故。實例4主要是現場電纜防護軟管老化損壞且電纜走線空間布局不合理，雨水從高到低進入未封堵好的接線盒內造成。實例5則是廠家廠內配線質量不過關造成。

3 二次回路絕緣測試

測試時應注意的安全事項如下：

1）被測設備應斷開電源，電容設備應充分放電，以保證人身安全和測量準確。

2）遙測過程中，被測設備上不能有人工作。

3）測量電容較大的電動機、變壓器、電纜、電容器時，應有一定的充電時間，且容量越大，充電時間越長，一般以兆歐表測試1min后的讀數作為標準。測量完成要立即進行放電，以保證安全。放電的方法是將測量時使用的地線，從兆歐表上取下來，在被測量物上短接一下即可。

4）禁止在雷電時或附近有高壓導體的設備上測量絕緣，只有在設備不帶電且不可能受其他電源感應而帶電的情況下才可測量。

5）兆歐表未停止轉動（數字型兆歐表為按下停止按鈕）之前，切勿用手觸及設備的測量部分或兆歐表接線柱。拆線時，也不可直接觸及引線的裸露部分。

參考GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》和DL/T 995—2016《繼電保護和電網安全自動裝置檢驗規程》，設備電壓等級與兆歐表的選用關系見表1，裝置及二次回路絕緣測試項目[14]見表2。二次回路絕緣測試結果要求：①采用1 000V電壓等級兆歐表測試，各回路（除信號回路）對地絕緣電阻應大于10MW，信號回路對地絕緣電阻應大于1MW，所有回路對地絕緣電阻應大于1MW；②對于弱電源的信號回路，宜用500V兆歐表。裝置絕緣測試結果要求：采用500V電壓等級兆歐表測試，各回路對地絕緣電阻應大于20MW。

表1 設備電壓等級與兆歐表的選用關系

表2 裝置及二次回路絕緣測試項目

檢修人員除了按檢修規程要求項目進行試驗外，同時應特別注意測試時的人身和設備安全事項，還應對被試回路做相應甄別。據現場經驗，裝置的絕緣破壞情況概率小，僅在積塵多且空間濕度大或是有小動物進入的環境中偶有發生。目前，電網系統中運維單位已加強了安全自動裝置運行管理和防小動物管理規定，因此裝置絕緣測試時應主要注意被試裝置安全，防止因測試兆歐表的選用不當，造成人為損壞裝置的情況發生。試驗項目中的二次回路絕緣破壞概率大，多集中在與戶外本體機構或戶外端子箱有關聯的二次回路。一方面，應特別留意本文所提到的薄弱點并加強關注，若發現可疑異常現象應堅持不放過原則；另一方面，要重點關注涉及重要跳閘回路且回路電纜較長或一經閉合不經任何閉鎖出口的跳閘觸點的絕緣測試項目，該回路或觸點絕緣破壞極易造成非計劃停電事故。

4 結論

綜上所述，現場二次回路所處環境多種多樣，如上述實例中的隱患在檢修前就已存在，若嚴格按照上述檢測項目進行測試，基本能提前發現回路的絕緣異常現象，避免事故的發生。因此，在檢修過程中，檢修人員不僅要按規程要求做好二次回路絕緣測試，還應在回路檢查過程中善于發現回路中各環節的絕緣薄弱點，對其進行絕緣加強。在運行過程中，運行人員運維巡視時應注意設備運行情況，關注有無異常告警信號、是否有凝露現象等。目前，部分智能化設備告警信息已包含過熱、絕緣擊穿、起火等異常告警信號[15]，如發現異常現象應及時處理，把隱患消除在萌芽狀態，這樣才能保證繼電保護二次回路在各種惡劣環境下良好運行，從而確保電網長期安全穩定運行。

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Analysis and countermeasures of the relay protection secondary circuit insulation status

CHEN Mingquan

(Fujian Central Test Institute Electric Power Adjustment Test Co., Ltd, Fuzhou 350001)

Insulation damage of relay protection secondary circuit may cause misoperation or rejection of relay protection and affect the stable operation of power grid. This paper analyzes the common insulation weak points of the secondary circuit, explains by citing some examples, and summarizes the insulation test items, test methods and precautions of the secondary circuit in the maintenance process, so as to provide reference for the maintenance personnel in the future.

insulation; DC landless; high resistance conduction; insulation strength; high tempe- rature and high humidity

2021-09-29

2021-11-04

陳明泉（1982—），男，福建省福州市人，本科，工程師，主要從事繼電保護及自動化、電力監控安全防護工作。