核島直流系統絕緣檢測和在線檢測方法探討

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出現接地報警，絕緣檢測儀顯示1LCA下游兩負荷（1KCP425TB和1KCP425TB）出現接地。由于電廠處于調試階段，出現接地報警時，通常采用將負荷斷電，并用萬用表電阻擋測其對地阻值的方法進行排查。當值運行人員告知故障支路涉及到多個已運行設備的控制電源，不可輕易斷電，建議在線排查。但由于缺少相關設備和經驗，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，但影響了設備運行，由此引發對直流系統絕緣檢測和在線檢測方法的思考。

二、直流系統母線檢測原理

核島直流系統均使用星炬WZJD-6A型絕緣檢測儀。其中母線絕緣檢測采用不平衡電橋法，原理如圖1所示。

直流母線對地的絕緣電阻，分為母線正極對地絕緣電阻（R+）與母線負極對地絕緣電阻（R-）。由電路基本原理分析可知，求R+與R-兩個未知數，必須建立兩組獨立的電路方程式，再將其聯立求解，即可得R+與R-的電阻值。因此，本儀器設計了兩個不平衡電橋電路。當K1閉合，K2斷開時，R1在電橋中，此時可以列出電橋1的電路方程式。當K2閉合，K1斷開時，R2在電橋中，此時可以列出電橋2的電路方程式。（其中R1=R2）。將2個電路方程式聯立求解，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

星炬WZJD-6A型絕緣檢測儀也能對直流系統的支路進行巡檢，其簡單原理框圖如圖2所示。

圖2 星炬WZJD-6A型絕緣檢測儀原理框圖

主機中裝有超低頻信號源，該信號源將4 Hz的超低頻信號由負母線對地注入直流系統。傳感器安裝在母線的每個支路回路上。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生感應電流，感應電流的大小與支路接地電阻的阻值成反比。感應電流信號經模擬選擇開關、放大、帶通濾波、相值比較、濾波、A/D轉換、送CPU進行數據處理，再通過RS485接口送入主機。

主機一方面控制信號采集模塊有秩序地采集各支路傳感信號，另一方面又接收信號采集模塊送來的數據。信號采集模塊中的比較器，其作用是消除支路回路上的對地電容對測量接地電阻精確度的影響，同時也可以克服母線上非同步交流信號干擾。主機接收到的數據經處理后，一方面送液晶顯示器顯示與輸出報警，另一方面將數據通過通信接口電路傳送給上位機。

圖3 星炬WZJD-6A型絕緣檢測儀原理圖

四、各在線檢測方法可行性分析

1.鉗表直流擋檢測法

分析星炬WZJD-6A型絕緣檢測儀可知，當支路發生接地時，故障接地點會通過低頻源接地點和母線不平衡橋接地點形成回路，產生漏電流，使得支路正負母線電流矢量和不為零。等效圖如圖4所示。

咨詢星炬廠家，絕緣監測儀的內阻60 kΩ～70 kΩ。結合核島直流系統電壓等級220 V，110 V，48 V，可估算出相應的漏電流。

I=U/R=220/60=3.6 mA（220 V電壓等級時）

=110/60=1.8 mA（110 V電壓等級時）

=48/60=0.8 mA（48 V電壓等級時）

根據計算結果，當發生支路接地故障時，可用毫安級鉗表在線查找接地點。即，同時鉗住支路正負母線，當數值不為零時，可確定該支路有故障接地。

2.鉗表交流檔檢測法

由于核島直流系統星炬WZJD-6A型絕緣檢測儀將4 Hz的超低頻交流信號由負母線對地注入直流系統。那么當發生接地時，支路正負母線將產生不平衡交流分量。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

咨詢星炬廠家，信號源為 10 V AC，4 Hz。母線對地電容一般為 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。

通過計算得知，由于支路對地電容產生的漏電流10倍于電阻接地漏電流。故使用鉗表交流檔檢測法精確度得不到保證。

3.專用儀器WZJD-6B檢測法

WZJD-6B便攜式微機直流系統接地檢測儀，是WZJD-6A型絕緣檢測儀的配套工具，具有檢測靈敏度高、抗干擾能力強、使用方便等特點，可實現在線精確檢測接地點。儀器工作原理與支路檢測原理相似，在此不再重復闡述，原理如圖6所示。

圖6 WZJD-6B原理圖

當支路發生故障接地時，WZJD-6B便攜式微機直流系統接地檢測儀使用方法如下。①斷開直流系統絕緣檢測儀開關；②WZJD-6B（便攜式）信號輸入線的紅色線夾夾在接地對應極上：即正極接地夾正極，負極接地夾負極，正負都接地則夾負極；③用WZJD-6B（便攜式）檢測探頭順著所報警的支路向下查找，當接近接地點時，儀器所檢測電阻會突然變大或者報警；④查到接地點后消除故障，并重新閉合直流系統絕緣檢測儀開關。

實踐驗證，該儀器在排查故障中效果良好。

五、總結

為方便快捷地在線排查接地故障，結合核島直流系統實際情況，經過定量分析，得出結論。

（1）鉗表直流擋檢測法經計算可行。用此方法輕便快捷，但對鉗表精度要求高，必須為毫安級別才能正確判斷接地點。推薦使用Fluke772、773高精度毫安型過程電流鉗表。

（2）鉗表交流擋檢測法經計算，由于電容漏電流10倍大于電阻漏電流，影響較大，在實際操作中不可行。不推薦用此法。

（3）專用儀器WZJD-6B具有抗干擾能力強、準確度高等特點，但其體積較大，攜帶并不十分方便。使用該儀器時必須斷開直流系統絕緣檢測儀，由此破壞了直流系統完整性，有可能影響設備正常檢測和運行。

接地故障是核電站直流系統的常見問題，當設備單點接地時，系統仍可正常運行，但必須及時處理，以免發生2點接地引發更大事故。