核電廠直流系統(tǒng)絕緣低報(bào)警分析及處理

郭貞榮 孫 杰 黃巍華 汪 瑞

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222042）

0 前言

直流系統(tǒng)主要由蓄電池組等組成，它是一個(gè)獨(dú)立電源，為核電廠、變電站中重要負(fù)荷提供可靠工作電源，當(dāng)發(fā)電廠、變電站發(fā)生事故時(shí)，即使在交流電源全部停電的情況下，也能保證直流系統(tǒng)的用電設(shè)備可靠而連續(xù)地工作，直流系統(tǒng)工作狀況好壞直接影響發(fā)電廠電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行，必須對(duì)直流系統(tǒng)絕緣狀況進(jìn)行長期在線監(jiān)測，直流系統(tǒng)閃發(fā)絕緣低報(bào)警信號(hào)，容易給運(yùn)行人員造成習(xí)慣性的錯(cuò)誤思維，會(huì)導(dǎo)致當(dāng)出現(xiàn)真實(shí)的絕緣故障問題時(shí)不能敏銳發(fā)覺和及時(shí)處理，從而引發(fā)嚴(yán)重的事故，因此必須提高直流系統(tǒng)的可靠性。

1 核電廠直流系統(tǒng)簡介

某百萬級(jí)核電機(jī)組可靠電源220V 直流母線分為BVA 和BVC 兩段，BVA、BVC 每段分別有5 個(gè)支路為5 個(gè)儀控負(fù)荷供電，如下圖（圖1）所示。 因直流母線BVA 和BVC 的負(fù)極是直接連接在一起，所以兩段直流母線只能投入一個(gè)絕緣監(jiān)測裝置F201。

絕緣監(jiān)測裝置F201 的工作原理是低頻疊加， 裝置為2.5Hz 的低頻源，裝置本身經(jīng)33KΩ 電阻接地，當(dāng)負(fù)荷絕緣降低的時(shí)候，低頻源通過直流母線、電纜、負(fù)荷、絕緣低點(diǎn)及裝置接地點(diǎn)構(gòu)成低頻通路，裝置中流過低頻電流。 當(dāng)絕緣低的負(fù)荷數(shù)量增加時(shí)，流過裝置的低頻電流也增加，裝置通過測量總的低頻電流，再折算為裝置顯示的直流母線的絕緣電阻值。

圖1 核電廠BVA、BVC 段負(fù)荷饋線回路配置圖

2 缺陷情況描述

某核電廠直流母線BVA 絕緣值偶爾下降到28KΩ-29KΩ，短時(shí)間內(nèi)絕緣值會(huì)恢復(fù)到35KΩ-40KΩ，造成主控偶爾閃發(fā)“BVA00 EK110 XG01 insulation Fault”報(bào)警，影響操縱員監(jiān)盤。經(jīng)討論并通過了定值變更申請(qǐng)，將絕緣監(jiān)視預(yù)報(bào)警值由30KΩ 調(diào)整到20KΩ，直到2010 年7月底，直流母線BVA/BVC 絕緣監(jiān)視裝置未發(fā)生過報(bào)警，母線絕緣一直保持在28KΩ 以上。

2010 年 8、9、10 月主控偶爾閃發(fā)“BVA00 EK110 XG01 insulation Fault”報(bào)警。 從報(bào)警的情況看，總體來說2 號(hào)機(jī)組ASD 報(bào)警相對(duì)更多一些，絕緣值最低為19KΩ。 采用QDB-51 型抗分布電容式直流接地探測器對(duì)2 號(hào)機(jī)組兩段直流母線各支路的絕緣情況分別進(jìn)行檢測，從絕緣檢測結(jié)果來看，2 號(hào)機(jī)組有兩個(gè)負(fù)荷2BVA03-BB (變壓器非電量保護(hù)柜，131～161KΩ) 和2BVC02-HC (供機(jī)組智能遙信遙測采集裝置D25，146.2～202.3KΩ)絕緣值相對(duì)于其它來說一直偏低，1 號(hào)機(jī)組情況與此類似。

每臺(tái)機(jī)組直流母線BVA/BVC 的絕緣有逐年下降的趨勢，2007 年以前絕緣監(jiān)測裝置的檢測一般都在30KΩ 以上， 很少低于30KΩ。2008 年 8、9、10 月 BVA/BVC 直流母線絕緣值最低下降到 28KΩ。2009年直流母線 BVA/BVC 絕緣值與 2008 年基本相同。 2010 年 8、9、10 月BVA/BVC 直流母線絕緣值最低下降到19KΩ。

3 原因分析

為查找出原因及排除故障， 對(duì)所有直流電纜支路進(jìn)行了絕緣檢測，檢查絕緣薄弱環(huán)節(jié)，并利用停機(jī)窗口重點(diǎn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行期間不能停電的絕緣較低直流電纜支路進(jìn)行絕緣檢測和停電排查，對(duì)機(jī)組智能遙信遙測采集裝置D25 直流回路進(jìn)行檢查， 對(duì)室外變壓器就地端子箱進(jìn)行必要的防潮處理，效果不理想。

從多次檢測結(jié)果來看，經(jīng)分析認(rèn)為引起直流母線絕緣值較低的主要原因是由于每臺(tái)機(jī)組直流母線BVA 和BVC 每段分別有5 個(gè)支路為5 個(gè)儀控負(fù)荷供電，負(fù)荷內(nèi)部分別將兩路直流電源的負(fù)極直接連接在一起， 于是就造成了BVA、BVC 段直流系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行， 相當(dāng)于將BVA、BVC 兩段直流母線并列成為一段， 因此在BVA、BVC 母線上只能投入其中的一段母線絕緣監(jiān)測裝置F201 來監(jiān)測BVA、BVC 母線總絕緣，絕緣值會(huì)大幅降低，BVA、BVC 母線段的總負(fù)荷接近80個(gè)， 以每個(gè)負(fù)荷的絕緣值為1500KΩ 計(jì)算（實(shí)際部分負(fù)荷達(dá)不到），80 個(gè)負(fù)荷同時(shí)投運(yùn)，總絕緣在 18-19KΩ 左右波動(dòng)。 如果將 BVA、BVC 母線斷開獨(dú)立運(yùn)行， 每段母線的負(fù)荷為40個(gè)， 同樣以每個(gè)負(fù)荷的絕緣值為 1500KΩ 計(jì)算， 每段的絕緣值能達(dá)到37-40KΩ。 查實(shí)際監(jiān)測結(jié)果，BVA、BVC 段母線在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的對(duì)地絕緣電阻值經(jīng)常在 18-19kΩ 左右波動(dòng)， 并閃發(fā)絕緣低報(bào)警信號(hào)。

這種 “閃發(fā)絕緣低報(bào)警信號(hào)”現(xiàn)象，容易給運(yùn)行人員造成習(xí)慣性的錯(cuò)誤思維， 會(huì)導(dǎo)致當(dāng)出現(xiàn)真正確實(shí)的絕緣故障問題時(shí)不能敏銳發(fā)覺和及時(shí)處理。而且由于BVA、BVC 直流系統(tǒng)帶有大量重要用電負(fù)荷， 包括6kV 母線控制電源、400V 母線控制電源，儀控CPS 機(jī)柜、重要閥門電源等，直流電源的安全穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。因此，必須解決閃發(fā)絕緣低報(bào)警信號(hào)的問題，提高BVA、BVC 直流電源系統(tǒng)供電的可靠性。

4 處理方法

為縮小“閃發(fā)絕緣低報(bào)警”的影響范圍，保證其他重要負(fù)荷供電電源的安全穩(wěn)定運(yùn)行，考慮到問題的根源在于儀控負(fù)荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65 設(shè)備內(nèi)部各自將分別來自 BVA、BVC 段直流系統(tǒng)的電源負(fù)極直接連接在一起，才造成了BVA、BVC 段直流系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行。 因此解決問題的關(guān)鍵之處在于將儀控負(fù)荷饋線 CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65 與現(xiàn)有的BVA、BVC 直流系統(tǒng)分離， 并由新增 2 個(gè)直流系統(tǒng)供電（BVX、BVY），從而使BVA、BVC 段直流系統(tǒng)各自獨(dú)立運(yùn)行。

根據(jù)式（1）、（2）公式可得出BVA、BVC 段直流系統(tǒng)總絕緣值將大于BVA、BVC 段母線在并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的對(duì)地絕緣電阻值（18-19kΩ）的2倍，不會(huì)發(fā)生“閃發(fā)絕緣低報(bào)警信號(hào)”；而新增直流（BVX、BVY）段由于每段僅有5 個(gè)負(fù)荷回路，總絕緣值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于19KΩ，也不會(huì)發(fā)生“閃發(fā)絕緣低報(bào)警信號(hào)”。

計(jì)算電容電阻值：

計(jì)算多電容并聯(lián)值：

式中，Xc——電容電抗 （歐姆）；π——3.14；f——頻率 （赫茲）；C——電容（法拉）。

注：BVA、BVC 段直流系統(tǒng)所用的絕緣監(jiān)測裝置F201 是選用某品牌產(chǎn)品，該裝置向其所監(jiān)測的系統(tǒng)內(nèi)注入2.5Hz 的交流低頻信號(hào)。

5 結(jié)論

本方案圓滿解決了BVA、BVC 段直流系統(tǒng)長期并聯(lián)運(yùn)行和閃發(fā)絕緣低報(bào)警的問題,提高了BVA、BVC 段直流供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

［1］發(fā)電廠變電所電氣部分[M].重慶大學(xué)出版社.