核島直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)和在線(xiàn)檢測(cè)方法探討

王綏賀 代淑偉

（海南核電有限公司 海南昌江）

一、案例分析

某電廠1LCA出現(xiàn)接地報(bào)警，絕緣檢測(cè)儀顯示1LCA下游兩負(fù)荷（1KCP425TB和1KCP425TB）出現(xiàn)接地。由于電廠處于調(diào)試階段，出現(xiàn)接地報(bào)警時(shí)，通常采用將負(fù)荷斷電，并用萬(wàn)用表電阻擋測(cè)其對(duì)地阻值的方法進(jìn)行排查。當(dāng)值運(yùn)行人員告知故障支路涉及到多個(gè)已運(yùn)行設(shè)備的控制電源，不可輕易斷電，建議在線(xiàn)排查。但由于缺少相關(guān)設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)，維修人員最終仍采用斷電排查法并解決接地故障。此案例中，雖最終解決了故障，但影響了設(shè)備運(yùn)行，由此引發(fā)對(duì)直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)和在線(xiàn)檢測(cè)方法的思考。

二、直流系統(tǒng)母線(xiàn)檢測(cè)原理

核島直流系統(tǒng)均使用星炬WZJD-6A型絕緣檢測(cè)儀。其中母線(xiàn)絕緣檢測(cè)采用不平衡電橋法，原理如圖1所示。

直流母線(xiàn)對(duì)地的絕緣電阻，分為母線(xiàn)正極對(duì)地絕緣電阻（R+）與母線(xiàn)負(fù)極對(duì)地絕緣電阻（R-）。由電路基本原理分析可知，求R+與R-兩個(gè)未知數(shù)，必須建立兩組獨(dú)立的電路方程式，再將其聯(lián)立求解，即可得R+與R-的電阻值。因此，本儀器設(shè)計(jì)了兩個(gè)不平衡電橋電路。當(dāng)K1閉合，K2斷開(kāi)時(shí)，R1在電橋中，此時(shí)可以列出電橋1的電路方程式。當(dāng)K2閉合，K1斷開(kāi)時(shí)，R2在電橋中，此時(shí)可以列出電橋2的電路方程式。（其中R1=R2）。將2個(gè)電路方程式聯(lián)立求解，可以求得R+與R-的電阻值。

圖1 不平衡電橋法原理圖

電橋1方程：V1/（R1//Rx）=V2/Ry

電橋2方程：V1/Rx=V2/（R2//Ry）

三、支路絕緣檢測(cè)

星炬WZJD-6A型絕緣檢測(cè)儀也能對(duì)直流系統(tǒng)的支路進(jìn)行巡檢，其簡(jiǎn)單原理框圖如圖2所示。

圖2 星炬WZJD-6A型絕緣檢測(cè)儀原理框圖

主機(jī)中裝有超低頻信號(hào)源，該信號(hào)源將4 Hz的超低頻信號(hào)由負(fù)母線(xiàn)對(duì)地注入直流系統(tǒng)。傳感器安裝在母線(xiàn)的每個(gè)支路回路上。工作原理如圖3所示。如果支路回路上有電阻接地，則裝在該支路上的傳感器產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小與支路接地電阻的阻值成反比。感應(yīng)電流信號(hào)經(jīng)模擬選擇開(kāi)關(guān)、放大、帶通濾波、相值比較、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、送CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再通過(guò)RS485接口送入主機(jī)。

主機(jī)一方面控制信號(hào)采集模塊有秩序地采集各支路傳感信號(hào)，另一方面又接收信號(hào)采集模塊送來(lái)的數(shù)據(jù)。信號(hào)采集模塊中的比較器，其作用是消除支路回路上的對(duì)地電容對(duì)測(cè)量接地電阻精確度的影響，同時(shí)也可以克服母線(xiàn)上非同步交流信號(hào)干擾。主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，一方面送液晶顯示器顯示與輸出報(bào)警，另一方面將數(shù)據(jù)通過(guò)通信接口電路傳送給上位機(jī)。

圖3 星炬WZJD-6A型絕緣檢測(cè)儀原理圖

四、各在線(xiàn)檢測(cè)方法可行性分析

1.鉗表直流擋檢測(cè)法

分析星炬WZJD-6A型絕緣檢測(cè)儀可知，當(dāng)支路發(fā)生接地時(shí)，故障接地點(diǎn)會(huì)通過(guò)低頻源接地點(diǎn)和母線(xiàn)不平衡橋接地點(diǎn)形成回路，產(chǎn)生漏電流，使得支路正負(fù)母線(xiàn)電流矢量和不為零。等效圖如圖4所示。

咨詢(xún)星炬廠家，絕緣監(jiān)測(cè)儀的內(nèi)阻60 kΩ～70 kΩ。結(jié)合核島直流系統(tǒng)電壓等級(jí)220 V，110 V，48 V，可估算出相應(yīng)的漏電流。

I=U/R=220/60=3.6 mA（220 V電壓等級(jí)時(shí)）

=110/60=1.8 mA（110 V電壓等級(jí)時(shí)）

=48/60=0.8 mA（48 V電壓等級(jí)時(shí)）

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)發(fā)生支路接地故障時(shí)，可用毫安級(jí)鉗表在線(xiàn)查找接地點(diǎn)。即，同時(shí)鉗住支路正負(fù)母線(xiàn)，當(dāng)數(shù)值不為零時(shí)，可確定該支路有故障接地。

2.鉗表交流檔檢測(cè)法

由于核島直流系統(tǒng)星炬WZJD-6A型絕緣檢測(cè)儀將4 Hz的超低頻交流信號(hào)由負(fù)母線(xiàn)對(duì)地注入直流系統(tǒng)。那么當(dāng)發(fā)生接地時(shí)，支路正負(fù)母線(xiàn)將產(chǎn)生不平衡交流分量。等效圖如圖5所示。

圖4 接地直流等效圖

圖5 接地交流等效圖

咨詢(xún)星炬廠家，信號(hào)源為 10 V AC，4 Hz。母線(xiàn)對(duì)地電容一般為 4～6 μF， 即 f=4 Hz，C=6μF，U=10 V。則電容漏電流Ic=2πfCU=0.0015072 A≈1.5 mA，而電阻漏電流IR=U/R=10/60=0.167 mA。

通過(guò)計(jì)算得知，由于支路對(duì)地電容產(chǎn)生的漏電流10倍于電阻接地漏電流。故使用鉗表交流檔檢測(cè)法精確度得不到保證。

3.專(zhuān)用儀器WZJD-6B檢測(cè)法

WZJD-6B便攜式微機(jī)直流系統(tǒng)接地檢測(cè)儀，是WZJD-6A型絕緣檢測(cè)儀的配套工具，具有檢測(cè)靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)精確檢測(cè)接地點(diǎn)。儀器工作原理與支路檢測(cè)原理相似，在此不再重復(fù)闡述，原理如圖6所示。

圖6 WZJD-6B原理圖

當(dāng)支路發(fā)生故障接地時(shí)，WZJD-6B便攜式微機(jī)直流系統(tǒng)接地檢測(cè)儀使用方法如下。①斷開(kāi)直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)儀開(kāi)關(guān)；②WZJD-6B（便攜式）信號(hào)輸入線(xiàn)的紅色線(xiàn)夾夾在接地對(duì)應(yīng)極上：即正極接地夾正極，負(fù)極接地夾負(fù)極，正負(fù)都接地則夾負(fù)極；③用WZJD-6B（便攜式）檢測(cè)探頭順著所報(bào)警的支路向下查找，當(dāng)接近接地點(diǎn)時(shí)，儀器所檢測(cè)電阻會(huì)突然變大或者報(bào)警；④查到接地點(diǎn)后消除故障，并重新閉合直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)儀開(kāi)關(guān)。

實(shí)踐驗(yàn)證，該儀器在排查故障中效果良好。

五、總結(jié)

為方便快捷地在線(xiàn)排查接地故障，結(jié)合核島直流系統(tǒng)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)定量分析，得出結(jié)論。

（1）鉗表直流擋檢測(cè)法經(jīng)計(jì)算可行。用此方法輕便快捷，但對(duì)鉗表精度要求高，必須為毫安級(jí)別才能正確判斷接地點(diǎn)。推薦使用Fluke772、773高精度毫安型過(guò)程電流鉗表。

（2）鉗表交流擋檢測(cè)法經(jīng)計(jì)算，由于電容漏電流10倍大于電阻漏電流，影響較大，在實(shí)際操作中不可行。不推薦用此法。

（3）專(zhuān)用儀器WZJD-6B具有抗干擾能力強(qiáng)、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，但其體積較大，攜帶并不十分方便。使用該儀器時(shí)必須斷開(kāi)直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)儀，由此破壞了直流系統(tǒng)完整性，有可能影響設(shè)備正常檢測(cè)和運(yùn)行。

接地故障是核電站直流系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題，當(dāng)設(shè)備單點(diǎn)接地時(shí)，系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行，但必須及時(shí)處理，以免發(fā)生2點(diǎn)接地引發(fā)更大事故。