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继电保护二次回路绝缘现状分析及对策
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继电保护二次回路绝缘破坏可能造成继电保护误动或拒动，影响电网稳定运行。福建中试所电力调整试验有限责任公司的研究人员陈明泉，在2022年第3期《电气技术》上撰文，对二次回路常见的绝缘薄弱点进行分析，并通过列举部分实例进行讲解，总结检修过程中二次回路绝缘测试项目内容和测试方法及注意事项，为检修人员提供参考。
继电保护二次回路是电力系统不可或缺的重要组成部分，它的完好性直接影响被保护电气设备的稳定运行。现今，由于各厂站的建设规模越来越大，所使用到的设备和二次线缆也越来越多，若运行中的继电保护设备和二次回路的绝缘薄弱点被击穿破坏，会造成二次回路直流失地、跳闸触点高阻导通、交流电流/电压回路两点或多点接地等故障，进而引起被保护的设备运行异常、误跳闸或区内故障拒跳闸，更有甚者可能引发火灾，进而破坏电力系统的安全稳定运行。
二次回路的绝缘薄弱点往往不是一经送电即出现故障，而是缓慢的击穿过程，运行中不易被发现，因此也容易被人忽视，导致隐患不容易在第一时间被发现。所以，在厂站新安装调试或日常定期检修时，加强对继电保护设备及二次回路的绝缘测试，及时发现绝缘不良隐患至关重要。
1 常见二次回路绝缘薄弱点
根据多年现场检修经验及电网例年的事故分析，二次回路绝缘薄弱点主要由以下几个原因造成：
1）基建或技改时施工单位安装工艺质量不过关。
例如：电缆二次接线施工中，施工人员割电缆头时用力过猛，割破电缆芯线绝缘层；热镀锌钢电缆保护管管口毛刺和尖锐棱角未打磨光滑，在二次电缆穿管时刺破电缆；窄小密闭空间内防火防潮封堵材料放置过多误碰接线端子，该情况多发生在变压器本体各压力继电器接线盒内；户外高压互感器接线盒至地面电缆沟的热镀锌钢电缆保护管管口两端未封堵或封堵不严密，运行时电缆沟中水汽通过保护管进入互感器接线盒内聚集。随着就地模块越来越多的应用，就地模块多功能、小型化的特点也对施工人员的安装工艺提出更高的要求。
2）设备产品质量缺陷或结构设计不合理。
据不完全统计，电网变压器气体继电器、油温/绕温温度计等本体元件在雨季或进行变压器喷淋试验时，由于密封效果不好且未加装防雨罩，雨水或喷淋水进入继电器接线盒内造成变压器非计划停运的情况时有发生。二次电缆产品质量不过关造成二次回路整体绝缘偏低。
例如：某变电站曾发生连续暴雨天气，仓库存储的电缆遭雨水浸泡，水从电缆头处渗入电缆内部，由于安装调试监督不严且验收时绝缘测试未抽查到该批次电缆，造成后期二次回路整体绝缘偏低，设备运行时常出现异常报警，最终处理结果是结合一次设备检修更换了该批次电缆；某厂家一次设备本体航空插头设计不合理，由于智能站设备运行状态监视回路采用完全双重化冗余配置，厂家设计时未考虑航空插头内空间小、电缆布置多的问题，导致现场安装时航空插头的狭小空间内电缆过多，相互挤压破坏二次电缆绝缘。
3）二次回路设计或布线路径及空间位置布置不合理。
现场调试中常发现由于设计人员疏忽大意，二次回路发生两组直流电源在遥信回路中交叉、互串的现象，特别是两组公共端交叉使用；或是同一继电器、机构本体辅助触点相邻近的两副触点分别接入不同组别直流回路，甚至是设计分别接入直流和交流回路，造成两组直流电源、交/直流电源间相互感应产生有源互串现象。
4）现场装配线人员水平或厂家厂内装配线质量不过关。
现场常发现二次线号头相类似的两根或多根导线接线交叉、整排端子接错位的情况；或者是厂家在厂内配线时某个元件跨接在两组电源之间等。
5）运行环境恶劣造成二次回路绝缘强度下降。
高温高湿环境下，二次回路电缆经过长年运行，绝缘层严重老化开裂破坏；或者是由于金属软管老化损坏，雨水通过破损口顺着软管流入设备接线盒造成绝缘击穿事件；温度分布不均的封闭空间内，空气中水汽达到过饱和时，高湿空气就会在温度较低的绝缘材料表面凝露，致使绝缘材料绝缘性能下降；振动设备的二次电缆长期受振动磨损、拉扯等外力作用破坏电缆绝缘。
另外，由于静电对灰尘的吸附效应，在高扬尘的环境中，特别是基建或扩建施工阶段，运行设备和机构上的相邻端子或触点附着尘土过多导致绝缘击穿，更有极个别发现有小动物粪便落入设备导致绝缘击穿事故。
2 现场二次绝缘破坏事件实例
实例1：某变电站现场敷设电缆作业时，在500kV设备区与联络变压器之间的道路穿管处刮破4根控制电缆外皮导致3号联络变220kV侧23C开关跳闸。跳闸后专业人员进行3号联络变220kV侧23C开关控制回路绝缘检查，现场测量发现5051、5052开关失灵跳23C开关的4根破损电缆绝缘数据异常：5051失灵跳23C第一组直流正电源电缆芯线（K101）对地绝缘3MΩ、5052失灵跳23C第二组直流负电源（231）对地绝缘3MΩ、两组电源之间绝缘10MΩ，其他数据正常。
据上述数据判断，由于电缆损伤、绝缘降低，导致5051、5052失灵保护两端触点误导通，驱动跳闸回路，跳开23C开关。二次原理图及电缆绝缘破损示意图如图1和图2所示。
图1 二次原理图
图2 电缆绝缘破损示意图
实例2：某变电站施工单位在进行1号主变扩建工程中的110kV侧开关机构信号核对和电动机更换工作时造成直流正失地，且27M第二组跳闸线圈存在绝缘降低隐患，在直流系统发生正失地和直流系统对地电容放电的综合作用下，导致27M第二组跳闸线圈与串联电阻之间对地绝缘被击穿，与正失地点构成回路。27M开关跳闸回路示意图如图3所示。
图3 27M开关跳闸回路示意图
27M第二组跳闸线圈绝缘低（实测237回路对地绝缘为80kΩ），是由于开关机构箱内第二组跳闸回路线圈串联电阻接线柱螺钉朝内，较贴近金属柜内壁且有锈蚀现象造成回路对地绝缘降低。将该电阻接线柱调整角度后进行绝缘测量，跳闸回路绝缘恢复正常。27M开关机构分压电阻安装示意图如图4所示。
图4 27M开关机构分压电阻安装示意图
实例3：某厂220kV升压站运行中220kV永黄Ⅱ路222开关突然跳闸，线路跳闸时系统无冲击，线路无故障，现场未进行任何操作，保护操作箱上“第一组A、B、C跳闸”灯亮，第一套线路保护面板上“保护动作”灯亮，其他保护无动作信号，直流系统运行正常，无直流失地等其他异常情况。
经检查发现为老鼠粪便掉落在母线保护出口插件跳闸回路之间，母线保护出口插件板示意图如图5所示。且事故前后几天均为雨天，空气湿度大，导致222开关第一组跳闸出口回路击穿闪络（持续1.4s左右），误跳永黄Ⅱ路222开关。
图5 母线保护出口插件板示意图
实例4：某变电站在中雨天气下，2号主变本体气体继电器动作，跳开主变三侧开关，低压侧备自投正确动作，无负荷损失，故障时现场无检修工作。检修人员到现场检查发现，2号主变外观无异常，主变各侧一次设备检查正常，无故障点。对主变本体气体继电器二次线进行绝缘电阻检查，绝缘电阻值几乎为零。接线盒进线口涂有密封胶，气体继电器防雨罩外观无异常且已罩住接线盒主体。对本体气体继电器开盖检查，接线盒内有受潮现象，如图6所示。
初步判断主变本体气体继电器动作原因是中雨天气本体气体继电器接线盒受潮，导致绝缘降低，气体继电器触点短路接地，触发保护动作信号。该气体继电器二次线缆布置于气体继电器上方、油枕下方。波纹管由条状材料绕制而成，波纹管长年
图6 受潮接线盒示意图
运行后存在细微缝隙，该缝隙无法完全阻隔雨水渗入，雨水由油枕处滴落，渗入波纹管，沿波纹管道进入继电器接线盒内，如图7所示，造成继电器接线盒内积水，进而引发气体继电器误动作事件。
图7 雨水渗入路径示意图
实例5：某变电站2号直流屏正电源接地报警（220kV洪田Ⅰ路控制电源Ⅱ和220kV故障录波器屏均有接地现象），工作人员在检查直流失地时，220kV洪田Ⅰ路233开关本体非全相保护Ⅰ误动作。经现场检查，非全相端子箱内第一组非全相动作继电器K34动作信号灯亮。
检查非全相回路，发现第一组非全相继电器并联电阻R9正端接至第二组非全相K37继电器的A2；第二组非全相继电器并联电阻R11的正端接至第一组非全相K38继电器的A2。非全相继电器回路正确和错误接线示意图分别如图8和图9所示。
图8 非全相继电器回路正确接线示意图
由于实际接线错误，导致非全相保护出口继电器K37/K38线圈并接于Ⅰ/Ⅱ段直流负母线间。当Ⅱ段直流正母线接地时，Ⅱ段直流负母线对地电压为200V，Ⅰ段直流负母线对地电压为134V，Ⅰ/Ⅱ段负母线间电压差为66V，即K38继电器和串接R11电阻承受66V电压，不满足动作条件，继电器不动作。
图9 非全相继电器回路错误接线示意图
检修人员查找直流失地时，拆除220kV故障录波器屏3EGL—155电缆G01回路芯线，形成Ⅱ段母线负极接地，Ⅰ段直流负母线对地电压为-134V，Ⅱ段直流负母线对地电压在-20～0V间波动，Ⅰ/Ⅱ段负母线间电压差在114～134V间波动，即K38继电器和串接R11电阻承受114～134V电压，由于K38继电器动作电压偏小（串接电阻R11后实测值为120V），满足动作条件，继电器动作。
以上几个实例均是典型的二次回路绝缘薄弱引发的事故。
实例1为施工队伍施工工艺质量问题造成，该起事件中绝缘破坏得比较彻底，如果仅是电缆绝缘破坏到临界状态，则只有在二次专业人员例行检修绝缘测试时才能发现。
实例2主要原因是开关机构箱内回路线圈串联电阻接线柱空间布置设计不合理。
实例3为设备运行环境差的极端个例，现场小动物进入运行设备内，动物排泄物造成回路绝缘击穿事故。
实例4主要是现场电缆防护软管老化损坏且电缆走线空间布局不合理，雨水从高到低进入未封堵好的接线盒内造成。实例5则是厂家厂内配线质量不过关造成。
3 二次回路绝缘测试
测试时应注意的安全事项如下：
1）被测设备应断开电源，电容设备应充分放电，以保证人身安全和测量准确。
2）遥测过程中，被测设备上不能有人工作。
3）测量电容较大的电动机、变压器、电缆、电容器时，应有一定的充电时间，且容量越大，充电时间越长，一般以兆欧表测试1min后的读数作为标准。测量完成要立即进行放电，以保证安全。放电的方法是将测量时使用的地线，从兆欧表上取下来，在被测量物上短接一下即可。
4）禁止在雷电时或附近有高压导体的设备上测量绝缘，只有在设备不带电且不可能受其他电源感应而带电的情况下才可测量。
5）兆欧表未停止转动（数字型兆欧表为按下停止按钮）之前，切勿用手触及设备的测量部分或兆欧表接线柱。拆线时，也不可直接触及引线的裸露部分。
参考GB 50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》和DL/T 995—2016《继电保护和电网安全自动装置检验规程》，设备电压等级与兆欧表的选用关系见表1，装置及二次回路绝缘测试项目见表2。
二次回路绝缘测试结果要求：①采用1000V电压等级兆欧表测试，各回路（除信号回路）对地绝缘电阻应大于10MΩ，信号回路对地绝缘电阻应大于1MΩ，所有回路对地绝缘电阻应大于1MΩ；②对于弱电源的信号回路，宜用500V兆欧表。装置绝缘测试结果要求：采用500V电压等级兆欧表测试，各回路对地绝缘电阻应大于20MΩ。
表1 设备电压等级与兆欧表的选用关系
表2 装置及二次回路绝缘测试项目
检修人员除了按检修规程要求项目进行试验外，同时应特别注意测试时的人身和设备安全事项，还应对被试回路做相应甄别。据现场经验，装置的绝缘破坏情况概率小，仅在积尘多且空间湿度大或是有小动物进入的环境中偶有发生。
目前，电网系统中运维单位已加强了安全自动装置运行管理和防小动物管理规定，因此装置绝缘测试时应主要注意被试装置安全，防止因测试兆欧表的选用不当，造成人为损坏装置的情况发生。
试验项目中的二次回路绝缘破坏概率大，多集中在与户外本体机构或户外端子箱有关联的二次回路。一方面，应特别留意本文所提到的薄弱点并加强关注，若发现可疑异常现象应坚持不放过原则；另一方面，要重点关注涉及重要跳闸回路且回路电缆较长或一经闭合不经任何闭锁出口的跳闸触点的绝缘测试项目，该回路或触点绝缘破坏极易造成非计划停电事故。
4 结论
综上所述，现场二次回路所处环境多种多样，如上述实例中的隐患在检修前就已存在，若严格按照上述检测项目进行测试，基本能提前发现回路的绝缘异常现象，避免事故的发生。因此，在检修过程中，检修人员不仅要按规程要求做好二次回路绝缘测试，还应在回路检查过程中善于发现回路中各环节的绝缘薄弱点，对其进行绝缘加强。在运行过程中，运行人员运维巡视时应注意设备运行情况，关注有无异常告警信号、是否有凝露现象等。
目前，部分智能化设备告警信息已包含过热、绝缘击穿、起火等异常告警信号，如发现异常现象应及时处理，把隐患消除在萌芽状态，这样才能保证继电保护二次回路在各种恶劣环境下良好运行，从而确保电网长期安全稳定运行。
本文编自2022年第3期《电气技术》，论文标题为“继电保护二次回路绝缘现状分析及对策”，作者为陈明泉。
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