30V直流系統(tǒng)絕緣檢測儀故障原因分析

賀吉昌

【摘 要】該直流系統(tǒng)出現(xiàn)正極絕緣低報(bào)警。工作人員在操作切換開關(guān)讀取絕緣值時(shí)觸發(fā)多個(gè)報(bào)警，對該絕緣檢測儀進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其部分檢測功能失效。通過剖析其內(nèi)部檢測電路，發(fā)現(xiàn)該絕緣檢測儀內(nèi)部集成電路上的一個(gè)2N1893三極管遭到?jīng)_擊而損壞，從而導(dǎo)致絕緣檢測儀功能失效。

【Abstract】The DC system has a low positive insulation alarm. The staff triggered multiple alarms when operating the switch to read the insulation value， and tested the insulation detector and found that some of its detection functions failed. Through analyzing its internal detection circuit， it was found that a 2N1893 triode on the internal circuit of the insulation detector was damaged by the impact， which caused the insulation detector to fail.

【關(guān)鍵詞】絕緣檢測儀；直流系統(tǒng)； 三極管

【Keywords】 insulation detector； DC system； triode

【中圖分類號(hào)】TM623 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）03-0147-03

1 引言

某電站主控出現(xiàn)LDA直流系統(tǒng)絕緣低報(bào)警，在報(bào)警系統(tǒng)中確認(rèn)為LDA系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣低報(bào)警。工作人員就地核實(shí)報(bào)警情況，確認(rèn)該系統(tǒng)的絕緣檢測儀上的“SUM/STATE”切換開關(guān)在“STATE”狀態(tài)，絕緣檢測儀面板上的表計(jì)指向正極15～20V DC左右，且不擺動(dòng)，由此確認(rèn)該直流系統(tǒng)正極有接地情況。為了判斷正極對地絕緣值，運(yùn)行人員將“SUM/STATE”開關(guān)切換至“SUM”位置，絕緣檢測儀面板上的表計(jì)指向1kΩ。與此同時(shí)，主控閃發(fā)多個(gè)報(bào)警?，F(xiàn)場出現(xiàn)LDA系統(tǒng)絕緣低報(bào)警后，更換絕緣檢測儀，并對更換下來的絕緣檢測儀內(nèi)部集成電路板及接線回路進(jìn)行目視檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的損壞或過熱痕跡。

2 RAE933型號(hào)絕緣檢測儀故障原因分析

2.1 RAE933絕緣檢測儀原理介紹

該絕緣檢測儀正常工作時(shí)檢測儀巡檢周期為90s、注入信號(hào)為±10V方波電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)由電壓源Ug產(chǎn)生，電壓源一端接入大地，另一端經(jīng)信號(hào)源內(nèi)部的限流電阻ρ（阻值為1MΩ）及平衡橋電阻R1（阻值為390Ω）分別接入直流系統(tǒng)的正、負(fù)母線兩極，其原理等效圖如圖1所示。通過測量平衡橋電阻R1構(gòu)成的中性點(diǎn)對地電壓Ur峰-峰值，并與Ug峰-峰值比較，從而間接測量出直流系統(tǒng)母線對地絕緣電阻。如絕緣電阻小于絕緣檢測儀報(bào)警整定值時(shí)，則發(fā)出直流系統(tǒng)絕緣低報(bào)警。

2.2 絕緣檢測儀故障原因分析

對故障絕緣檢測儀進(jìn)行故障查找及原因分析。將其接入蓄電池和充電器的正負(fù)極，其模擬接線圖如圖2所示。

2.2.1 對更換下來的絕緣檢測儀進(jìn)行開機(jī)試驗(yàn)

將絕緣檢測儀按照上圖接好線后，將接地試驗(yàn)變阻箱調(diào)至最大，將“SUM/STATE”開關(guān)切換至STATE狀態(tài)，絕緣檢測儀在3～4個(gè)檢測周期（90s為一個(gè)檢測周期）后，指針由±10V擺動(dòng)突然打至-30V位置，且一直保持在-30V位置不動(dòng)，將“SUM/STATE”開關(guān)在STATE和SUM來回切換，指針不擺動(dòng)，且通過示波器觀察母線電壓也未出現(xiàn)波動(dòng)。

將“SUM/STATE”開關(guān)切換至SUM位置，將絕緣檢測儀重新上電，絕緣檢測儀在3～4個(gè)檢測周期（90s為一個(gè)檢測周期）后，絕緣檢測儀對地絕緣指示慢慢上升至250kΩ左右，這時(shí)指針?biāo)查g打至1kΩ位置。將“SUM/STATE”開關(guān)在SUM和STATE來回切換時(shí)，指針不擺動(dòng)，且通過示波器觀察母線電壓也未出現(xiàn)波動(dòng)。

通過上面的開機(jī)試驗(yàn)結(jié)果與正常絕緣檢測儀試驗(yàn)結(jié)果比較，可以確定從LDA更換下來的絕緣檢測儀在無接地情況下的其檢測功能已經(jīng)失效。

2.2.2 對更換下來的絕緣檢測儀進(jìn)行模擬不同的接地電阻試驗(yàn)

將接地變阻箱調(diào)節(jié)不同的阻值所錄得的絕緣檢測儀向母線注入的信號(hào)波形如圖3所示。

由波形可以看出，當(dāng)母線對地絕緣越大時(shí)絕緣檢測儀注入信號(hào)的幅值也越大，而當(dāng)母線出現(xiàn)金屬性接地時(shí)，絕緣檢測儀注入信號(hào)完全被鉗制于零電位。

通過這個(gè)試驗(yàn)可以驗(yàn)證，該絕緣檢測儀在母線對地電阻低于其報(bào)警整定值區(qū)域內(nèi)工作正常，此時(shí)將“SUM/STATE”開關(guān)切換至SUM時(shí)，指針指向1kΩ，絕緣檢測儀上報(bào)警紅燈一直點(diǎn)亮。這個(gè)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了當(dāng)時(shí)LDA上出現(xiàn)的正極絕緣低報(bào)警為真實(shí)報(bào)警信號(hào)，當(dāng)時(shí)絕緣檢測儀處于正常工作狀態(tài)。

2.2.3 更換下來的絕緣檢測儀進(jìn)行不同報(bào)警電阻值試驗(yàn)

將母線接地變阻箱分別調(diào)節(jié)為1kΩ、6kΩ、49kΩ、53kΩ阻值時(shí)，驗(yàn)證絕緣檢測儀的功能是否正常，并在各個(gè)電阻值進(jìn)行切換按鈕STATE和SUM來回切換。圖4為母線對地絕緣為6kΩ時(shí)所錄得絕緣檢測儀如入信號(hào)波形。

由上面的信號(hào)波形可以看出，絕緣檢測儀注入信號(hào)未有任何波動(dòng)，且通過該項(xiàng)試驗(yàn)可以驗(yàn)證該絕緣檢測儀報(bào)警時(shí)的檢測功能完全正常，試驗(yàn)將母線對地電阻分別在1kΩ、6kΩ、49kΩ時(shí)，絕緣檢測儀均有報(bào)警輸出，且在SUM位置時(shí)指針指示正常，均指向?qū)?yīng)的模擬接地電阻值。將母線接地電阻調(diào)節(jié)為53kΩ時(shí)，此時(shí)絕緣檢測儀報(bào)警消失，指針由50kΩ左右突然指向1kΩ，絕緣檢測儀功能失效。

該試驗(yàn)及所錄到的信號(hào)波形也驗(yàn)證了絕緣檢測儀在接地電阻小于50kΩ情況下其所有檢測及報(bào)警功能正常，在接地電阻大于其報(bào)警整定值53kΩ時(shí)，絕緣檢測儀檢測功能失效，通過上面試驗(yàn)也同時(shí)證明該絕緣檢測儀的實(shí)際報(bào)警定值在49kΩ

2.2.4 小結(jié)

①絕緣檢測儀在正、負(fù)母線對地絕緣大于其整定值53kΩ的情況下，其檢測功能失效；②該絕緣檢測儀在正、負(fù)母線對地絕緣低于其整定值的情況下，報(bào)警功能正常，且對切換開關(guān)由STATE與SUM之間來回切換時(shí)，不會(huì)對母線產(chǎn)生任何干擾；③該絕緣檢測儀的報(bào)警定值在49kΩ

2.3 絕緣檢測儀故障點(diǎn)定位

由于RAE這種型號(hào)的絕緣檢測儀屬于精密儀器，初步懷疑可能是LDA下游負(fù)荷發(fā)生某種漸變的串電的外源引入，導(dǎo)致絕緣檢測儀內(nèi)部檢測回路出現(xiàn)故障，使絕緣檢測儀部分功能失效。

RAE933絕緣檢測儀可分為RAE933電源電路、RAE933振蕩器及驅(qū)動(dòng)電路，絕緣探測、控制及面板電壓指示電路，絕緣檢測信號(hào)精密調(diào)理電路，絕緣值存儲(chǔ)、顯示及報(bào)警電路，48V DC繼電器控制及驅(qū)動(dòng)電路等6個(gè)部分。在對RAE933絕緣檢測儀內(nèi)部的電源電路，振蕩器及驅(qū)動(dòng)電路，絕緣探測、控制及面板電壓指示電路，絕緣檢測信號(hào)精密調(diào)理電路，絕緣值存儲(chǔ)、顯示及報(bào)警電路，48V DC繼電器控制及驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電路分析、測量及更換元件，最終確認(rèn)為檢測儀內(nèi)部電源電路上的一個(gè)2N1893型號(hào)的三極管N4在事件過程中遭到外部能量沖擊而損壞，該三極管損壞的直接后果是使其內(nèi)部±15V DC穩(wěn)壓器的工作狀態(tài)發(fā)生明顯變化，測試數(shù)據(jù)表明，+15V DC輸出能力已經(jīng)超負(fù)荷運(yùn)行，因此已很難滿足運(yùn)行需求，由于2N1893三極管遭到損壞無法提供穩(wěn)壓支持，絕緣檢測儀從有絕緣低報(bào)警到無絕緣低報(bào)警中切換，最終導(dǎo)致±15V DC穩(wěn)壓器出現(xiàn)超溫過壓保護(hù)，使絕緣檢測儀檢測功能失效。

3 結(jié)語

通過以上原因分析可以得出，RAE933絕緣檢測故障根本原因?yàn)槿龢O管N4：2N1893在事件中受到外電源串入沖擊而損壞。該三極管遭到損壞后無法向穩(wěn)壓回路提供穩(wěn)壓支持，在絕緣檢測儀從有絕緣低報(bào)警到無絕緣低報(bào)警中切換過程中，由于負(fù)荷變化的原因，最終導(dǎo)致±15V DC穩(wěn)壓器出現(xiàn)超溫過壓保護(hù)，使絕緣檢測儀檢測功能失效。