浅谈继电保护装置的绝缘性能检测
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摘要：本文主要阐述了有关继电保护产品绝缘性能的引用标准、检测方法、检测过程中比较常见的一些问题及解决这些问题的对策。
关键词：继电保护装置；绝缘性能；检验
引言
继电保护装置能反应电气设备的故障和不正常工作状态并自动迅速、有选择性地动作于断路器将故障设备从系统中切除，保证无故障设备继续正常运行；将事故限制在最小范围，提高系统运行的可靠性；最大限度地保证向用户安全、连续供电。然而继电保护装置的绝缘性能是继电保护装置的重要安全指标。它是继电保护装置在电力系统中可靠运行的基本保证,无论是设计人员还是检验、运行人员都应给予高度的重视。本文笔者总结了有关继电保护产品绝缘性能的引用标准、检测方法、检测过程中比较常见的一些问题及解决这些问题的方案。
2绝缘性能分析
2.1绝缘电阻检验
继电保护装置的绝缘电阻性能是装置基本性能的重要指标, 它的大小将影响到继电保护装置的工作性能。如继电保护装置的绝缘电阻下降到一定的数值时, 绝缘材料的绝缘性能将会发生严重的恶化, 从而造成人身、电气设备事故, 对于要求输入阻抗很大的电气回路, 可能会由于回路信号入口处的绝缘性能不佳（如电压采集回路）, 而影响其正常工作性能。
影响绝缘电阻的因素很多, 除了直接与绝缘材料本身的绝缘性能好坏有关外, 还与绝缘材料的加工工艺和导体间的绝缘间隙有关。另外, 周围的环境条件, 如温度、湿度及阳光照射、粉尘等, 都要影响绝缘电阻的大小, 而其整个影响的过程是一个复杂而又漫长的过程。
任何绝缘材料都不是理想的绝缘体, 它的内部存在着“自由的”带电粒子, 这些带电粒子在无外界电场作用时, 其运动方向是杂乱无章的。当有电场作用时, 这些带电粒子就按电场方向运行, 形成传导电流（又称为泄漏电流）。泄漏电流的大小与电场的大小有关,电场强度越大, 参与定向运动的离子数越多, 因而传导电流越大, 反映的绝缘材料的绝缘电阻就越小。
在均匀强度的电场中, 电场强度与外加电压大小有关, 外加电压越大, 电场强度就越大。所以, 绝缘电阻的测量与外加电压的大小有关。相应标准也明确规定了在绝缘电阻测试中, 不同电压等级的电路所对应的试验电压。
2.2介质强度检验
继电保护装置在运行中, 除了要受正常工作电压的作用, 有时还要受到短时间的过电压作用。如果在设计时, 对绝缘材料的选用欠佳, 或绝缘间隙过小, 或者在运行过程中, 绝缘材料受潮或老化, 都会造成绝缘材料的击穿或出现闪络现象, 甚至会造成人身和电气设备事故。介质强度试验就是检验绝缘材料和电路的设计缺陷, 及时排除由于绝缘材料不佳, 或绝缘间隙过小而存在的事故隐患,
绝缘材料在强电场的作用下，将引起材料内部结构发生变化, 即当作用于绝缘材料的电场强度达到某一临界值时, 材料内部的物质构成, 如分子或离子发生破裂或分解, 使其固有的绝缘性能完全丧失而转变为导体, 泄漏电流剧增,这种现象称为绝缘材料的击穿。
2.3冲击电压
在电力系统中, 继电保护装置常常还会受到一些短时间过电压的影响, 这种短时间过电压除了负载切除或各种故障发生而产生的短时间工频过电压外, 在自然界的雷击过以及一次回路的各种操作过程中, 也会通过不同途径传人到继电保护装置中, 对其绝缘性能的可靠性, 具有相当程度的危险。
冲击电压试验（又称浪涌试验）主要用于检验继电保护装置各导电回路的电气间隙, 也可检验装置固体绝缘承受冲击电压的能力。它是用标准规定的雷电波施加到继电保护装置的各个规定回路, 模拟电力系统开关操作或雷击所产生的冲击过电压, 对继电保护装置的绝缘性能进行考核, 试验过程中继电保护装置处于非工作状态。看是否会对继电保护装置的绝缘和电气元件造成损坏。
3. GB/T14598.5对量度继电器和保护装置的绝缘试验和要求
3.1 每个电路和外露导电部件之间,每个独立电路的端子连接在一起
检验过程中主要考察装置的电源回路，PT回路、CT回路、开入回路、开出回路、通信回路等各导电回路对装置外露的导电部分如外壳包括面板、背板、插件金属导轨、印制板上的接地线以及和接地线连在一起的元器件安装支架和印制板固定螺钉等的绝缘性能。上述各回路的工作额定电压不同, 试验的电压等级也不同。
3.2独立电路之间, 每个独立电路的端子连接在一起
这主要是检验各导电回路之间的绝缘情况, 如电源回路和电压回路之间、电源回路和电流回路之间、或电压回路和电流回路之间、开入回路和开出回路之间, 等等，主要是没有直接电气联系的各导电回路都要进行测试, 防止这些不同电路之间在设计、生产、装配等各环节可能存在的绝缘隐患。此外, 经制造厂和用户商定，也可对动合触点的电路进行试验。
有关绝缘电阻的测试, 介质强度和冲击电压的试验电压等级的选择, 具体的试验方法和试验验收准则GB/T14598.5中都有规定，本文不再赘述。
4. 提高继电保护装置绝缘性能的防范措施
绝缘试验是继电保护产品型式试验中经常容易出问题的试验项目，尽管出问题的原因很多，但还是有一定的规律和特点。只要我们根据它的规律和特点进行针对性的产品设计，就可以有效地提高产品的绝缘性能。
在从事产品设计的过程中, 首先就是选择具有良好特性的绝缘材料和元器件。一般情况下, 新型工程塑料的绝缘特性要优于普通酚醛塑料, 尤其是在湿热环境下。如果酚醛塑料的压制过程和处理工艺不合理, 将导致其绝缘性能严重下降, 在试验过程中常常遇到采用酚醛塑料压制的端子或机壳出现绝缘问题。
线路印制板的绝缘性能差别也很大。其中环氧酚醛层压玻璃布板作基材的印制板的绝缘性能, 要优于其它基材的印制板, 尤其是在湿热环境下的绝缘性能。
不同材料的绝缘性能在正常大气条件下，可能没有明显差别，但在湿热条件下将出现明显差别，要注意选择耐湿热性能好的绝缘材料。
另外，电路的设计和制作、安装工艺常常会影响产品的介质强度和冲击电压试验。在设计电路时，要统揽全局、对各个电路的构成都要做到心中有数，各个电路之间特别是没有直接电气联系的电路在布局时，它们之间一定要留有足够的电气间隙，其间隙的大小可参考的相关要求。对选用的元器件，特别是具有隔离作用的元器件的基本结构和主要电气性能,也要有大致的了解。这样，就能做到有的放矢，进行合理的、有效的、具有针对性的设计。
下面根据继电保护装置的主要特点, 提出以下注意事项：
4.1 电压回路
对PT输入回路要注意各相之间的电气间隙, 尤其是印制板焊装形式的PT更要注意。各PT间的布线都应保持一定的距离, 各相之间接线端子的焊盘间隙也应给予足够的关注。PT屏蔽层接地线也应小心布置, 与PT的输入线保持足够的间距。另一方面, 各个PT的输入、输出布线也应尽可能地分开。这一方面是安全的需要, 此外, 对电磁兼容要求来说也是必须的(PT的输入、输出布线间距过小, 使PT对干扰信号的隔离作用将大受影响)。在实际检验过程中, 我们就曾发现有的装置为布线方便, 将PT输出回路上的限幅二极管, 从输入线上跨过，而该输出线又离接地线很近, 从而造成耐压试验中, 交流电压回路对地击穿（即使对地不会击穿, 这样的布线对装置今后的安全可靠性运行也是一个很大的隐患）。
4.2 电流回路
CT回路的输入端, 一般都是采用截面较大的导线直接用螺钉固定在接线端子上。由于导线截面较大,有一定的强度。另一方面, 在微机保护装置中,交流插件的空间比较窄小，给CT输入线的布局、安装带来一定的困难，因而在安装过程中常常造成其绝缘的损坏。在检验过程中就曾多次发现, 输入线的绝缘因安装过程受到损伤破坏, 引起相间、或对地（CT铁芯、安装支架等）击穿。
4.3 继电器输出回路
继电保护装置的输出回路很多,一般都采用继电器触点输出，各个输出之间的布线要注意根据负载的电压等级，留有足够的间隙。在输出回路布线时,比较容易忽视的是输出继电器触点和线圈之间的布线和绝缘。输出继电器一方面是提供较大的负载能力另一方面是起到系统内、外强电和弱电的隔离作用。我们所选用的继电器触点和线圈间要有足够的绝缘电阻和介质强度(现在多采用微型继电器, 受结构、材料和工艺的限制，有许多继电器常常无法保证其应有的介质强度，使线圈和触点之间发生击穿)。在布线上也要保证线圈引线和触点引线彼此保持足够的间距，试验中常常出现因为输出继电器线圈引线和触点引线意外地混排在一起或间距过小，导致耐压试验发生击穿现象。如果间隙不够，即使耐压试验中能侥幸过关，对继电保护装置在以后的现场运行中，也会带来一定的安全隐患。
4.4 印制板固定螺钉的选位
一些装置的印制板都是通过固定螺钉直接固定在金属机箱内, 许多装置常常在印制板布置线时, 特别是一些布线密度较大的印制板，往往不能在印制板安装螺钉孔周围留出足够的间隙, 这样就会在试验中造成介质强度击穿或被试装置的损坏。
4.5 地线的处理
在开关电源、PT、CT等元件上都有功能地线, 即抗干扰地线或屏蔽层地线, 这些地线一般都接机壳和直接接大地。这些地线通常布在印制板上, 并常常和其它导电回路混排在一起, 在设计中我们必须保证这些地线和其它导电回路保持足够的间距。
也常有另外一种情况, 有些印制板设计者出于某些电磁兼容方面的需要, 总是在印制板的四周布置一圈地线。这时地线框内的所有电路都应与其保持足够的间撇, 以防耐压试验中出问题。
4.6 不干胶标签
在产品的生产过程中, 有些产品的印制板上的某个部位贴上一个不干胶标签, 记录其生产、调试人员编号等等, 以备检查。有些则就是一个合格标志, 对这样一个不干胶标签, 如随意粘贴, 则很可能对装置的一些绝缘性能带来伤害。如把这些标签贴在印制板的输入或输出电路上, 在正常环境条件下, 这些标签的绝缘性能尚可, 一般不会出现什么意外, 但在潮湿环境下，其绝缘性能就大大下降, 使绝缘电阻和介质强度都难以合格。
4.7液晶显示器和薄膜键盘
液晶显示器在金属面板上安装时, 要注意两者之间的电气绝缘，这也是常常引起介质强度不合格的原因, 甚至还会在冲击电压检验时, 造成液晶显示器的损坏。早期的微机型保护装置, 使用薄膜键盘时, 常将其镶嵌在金属面板上, 处理不得当时, 键盘引线也有可能造成耐压击穿。
4.8插件间隙
随着保护装置功能的增多, 装置内部的功能插件也越来越多, 插件之间的间距或插件与金属机箱之间的间距过小, 有时也会造成耐压试验击穿, 更多的是在冲击试验中出现闪络, 对印制板上的电路造成伤害。
4.9表面处理
装置在生产过程中, 在其端子、印制板等部位常常留有助焊剂, 汗溃或其它东西留下的污渍。这些东西如不清除干净, 也会对产品的绝缘性能带来危害。在PCB板或其它元件上喷涂绝缘介质, 也可提高产品的绝缘性能, 特别是有些部位绝缘间隙过小时, 喷涂绝缘介质可减小表面放电的产生。但要注意使用的喷涂材料的质量, 喷涂的绝缘材料应耐湿热,不吸潮，还要注意喷涂工艺，涂层应全面、均匀、厚度适宜。
5. 结束语
综上所述，继电保护装置在实际运行中，条件可能更复杂，更苛刻，对保护装置绝缘性能的影响可能会更大, 我们必须给予足够的关注和重视。
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