核電站直流系統接地故障的檢測及查找

丁學偉，姬新峰

(福建寧德核電有限公司，福建 寧德 325609)

核電站直流系統接地故障的檢測及查找

丁學偉，姬新峰

(福建寧德核電有限公司，福建 寧德 325609)

核電站直流48 V系統在核電建設及運行期間經常出現接地現象，威脅著核電站的安全運行。介紹了直流接地的產生原因及危害，探討了直流接地的查找方法和QDB-81型直流接地查找儀的原理及其應用效果。

直流系統；接地；直流接地查找儀；乒乓式變電橋

0 引言

核電站直流系統的用電負荷為繼電保護、控制、信號、計算機監控、事故照明、斷路器的分合閘操作電源、交流不間斷電源等，對供電的可靠性要求極高。核電直流系統是一個獨立的電源系統，其可靠性及安全性直接影響整個核電站的正常運行。在實際應用中，由于電力系統直流電源應用的特殊性，特別是控制回路和保護回路的應用，使直流系統的故障成為電力系統更大故障的事故隱患。

核電儀控用48 V直流系統分為2部分：電氣系統(LCA/LCB)供電和機柜整流48 V直流供電，主要用于向繼電器自動控制、監測設備、燈光報警裝置、現場儀表信號、電磁閥和電動閥控制機構供電。其中DI查詢電壓由柜內48 V DC供給，DO輸出信號分DCS供電和用戶本身供電2種。在CPR1000堆型核電站建設階段，48 V直流接地故障屢次發生，但由于分支網絡多、所接設備多等因素構成了龐大而復雜的直流電源網絡，分為主母線、小母線，層層分布，回路復雜、單線交錯、雙線交錯，客觀上增加了查找直流接地故障的難度。

1 直流系統接地的原因及危害

當直流系統的正極或負極與大地之間的絕緣水平降到某一整定值或低于某一規定值時，統稱為直流系統接地。當正極絕緣水平低于某一規定值時稱為正接地；當負極絕緣水平低于某一規定值時稱為負接地。核電LCA和LCB系統接地故障的臨界值為6.25 kΩ，若絕緣水平低于此值，電氣盤柜的絕緣監測儀就會向主控發報警，并要求立即處理。

1.1 直流系統接地的原因

直流系統是個長期帶電的不間斷工作系統，會由于環境改變、氣候變化、污染、高溫等原因使電纜老化、接線端子老化、元件損壞等而引起其絕緣水平下降。一般來說，系統投運時間越長，其發生接地故障的概率越高。核電站48 V直流系統是現場眾多設備的控制電源或查詢電源，同時建設中會有大量的現場設備電纜端接，因此電纜端接的規范性往往不能得到很好地控制；另外如果核電建設中的設備所處的環境潮濕，也會造成絕緣水平降低。

1.2 核電站直流系統接地的危害

LCA和LCB 48 V DC電源系統是核電站的直流電源中非常重要的系統，所有反應堆保護信號的傳遞和驅動都是靠LCA和LCB完成的。當失去這2個48 V直流中的任意一個，將直接導致反應堆保護動作而機組停堆。這是因為在設計上，反應堆跳閘保護設有失電動作的線圈，一旦停電就會導致停堆。所以，保證48 V DC直流電源系統的穩定非常重要。一旦48 V DC直流電源出現絕緣報警，說明其所帶設備由于某種原因發生接地；而一旦發生2點接地就可能使電廠失去48 V DC直流供電，給機組帶來很大的安全隱患。

2 直流系統接地故障的檢測方法及分析

(1) 直流母線電橋法。采用電橋法研制的檢測裝置比較簡單，相當于在正負直流母線上加2個平衡電阻，形成平衡電橋。其僅對直流系統的接地故障給出報警，不能指示故障所在的支路和接地電阻值，功能過于單調。

現場維護人員排除故障時，通常采用人工拉路法，即依次短時拉開直流屏所供直流負荷各回路。當切除某一回路時故障消失，說明故障在該回路內。對于重要負荷，短時拉閘不被允許，因此該方法只適用于配電房等直流柜系統。

(2) 低頻信號注入法。該檢測方法如圖1所示。直流系統出現接地故障后，在故障母線與地間注入低頻信號；低頻電流從信號發生器流出，經接地故障饋線后從接地點返回；利用鉗型電流檢測儀逐條檢測饋線，即可找到接地饋線，進而找到接地點。

圖1 低頻信號注入法示意

該方法可不停電查找直流接地點，但當探頭在某一點測量時，因存在電容電流，操作人員難以確定是電容電流還是接地電阻電流。此方法往往存在誤判或測量計算的接地電阻誤差大的問題。

(3) 變頻信號注入法。先注入頻率交替變化的低頻信號，然后通過鉗型電流探頭檢測支路阻性電流幅值的變化確定接地支路與接地點。通過注入幅值不變而變頻的信號，間接計算出饋線支路中的阻性電流。探頭采集的電流幅值I由接地電阻R上的電流和直流饋線上分布電容C的電流2部分組成。通過現場使用檢驗，變頻信號的注入將使直流系統的電壓波紋系數加大，使用效果并不理想。

(4) 磁調制直流漏電流檢測方法。該檢測方法如圖2所示。CA為磁調制漏電流傳感器，直流系統饋線支路正負2條線路穿過CA環狀鐵心，向負荷提供電流。CA漏電流傳感器中存在有三角波恒流激磁電流，以及激磁繞組、檢測繞組，當正負線路上的電流不相等時，漏電流傳感器有漏電流大小及方向信號輸出。

圖2 磁調制直流漏電流檢測方法示意

因受平衡電橋原理的限制，該方法在正負極絕緣電阻均等下降或其值相接近時使用受限，只能監測非對稱性直流接地故障。

(5) 乒乓式變電橋檢測方法。該方法通過切換電橋2臂電阻值的大小，使電橋沒有固定的平衡點；再通過測量不同狀態下的電壓，計算出直流系統對地的絕緣電阻。這樣避免了因漏電流較小，難以測量而嚴重限制故障檢測精度和靈敏度的情況。

3 QDB-81型直流接地查找儀

3.1 檢測原理

在接地母線或分支線與大地之間施加一個超低頻信號，其電流沿著母線、支路流向接地點并通過大地構成回路。用連接在手持器上的鉗子檢測所有直流饋線進線，找出接地支路，再順著接地支路向下查找，查看其手持器顯示的波形。接地支路電流波形為正弦波，無接地支路波形為直線，雙回路電流波形為不規則波形。其中，雙回路不規則波形不能判斷是否接地，只能到下一級負荷饋線繼續檢查。查找方法如圖3所示。

3.2 現場應用分析

2012-09-03，某CPR1000核電站1號機主控觸發1LCA007KA(絕緣低于6.25 kΩ)，1LCA母線絕緣為 0.09 kΩ，1LCA06H1/07J1(下游負荷均為1KCS103TB)絕緣分別為0.18 kΩ/0.2 kΩ，電氣盤接地故障燈亮。根據1LCA 48VDC單線圖確定接地點為SLC A3機柜，聯系運行停運LCA電氣盤直流絕緣測試儀(只停運了2個機柜的，其中總的測試儀未停運)。最后采用接地查找儀發現1RCP009VP閥門電磁閥正負極均有接地，斷開接線端子，故障消失。

3.3 儀表使用后的經驗反饋

該儀表的信號源、手持器雙層抗分布電容設計，消除分布電容影響；區分平衡電阻接地，消除檢測死區。該儀表可帶電查找定位直流系統的絕緣故障。

(1) 該儀表同樣存在測量不準確情況。在測量過程中經常會出現“雙回路或換網，請看雙回路指導書”提示，給準確測量增加了難度。經驗證，若手持器未放穩或一直和手接觸時會出現此提示，需等待波形完全顯示后再停止測量和進行判斷。

(2) 該接地查找儀與電氣盤絕緣檢測儀之間存在干擾問題。測量中停運了2個支路的電氣盤絕緣檢測儀，母線上的絕緣檢測儀未停運，因此在接地故障已排除的情況下，母線上的絕緣檢測儀一直在閃發絕緣低報警。拆下接地查找儀后，報警消失。實踐證明，當2個儀器所發信號的頻率成倍數時，信號會疊加，出現相互干擾的情況，建議今后在絕緣低查找時首先停運電氣盤絕緣檢測儀。

圖3 QDB-81型直流接地查找儀查找方法

4 結論

目前核電站DCS直流48 V的絕緣情況存在較多問題。一方面接地故障的次數在不斷增加；另一方面絕大多數的故障報警是閃發的，會自動消失，給查找帶來一定的難度。

運行技術規范對LCA，LCB臨界絕緣報警的要求是：若故障查找很復雜，且故障不能在3天內消除，要求進行RPA定期試驗。如果試驗滿意，安全性未受影響；如果試驗不滿意，則執行RPR系統有關的技術規范指令，即后撤至NS/RRA模式。因此，在運行技術規范的要求下處理LCA，LCB絕緣問題的壓力很大，必須提高故障處理的效率，這就要求有較高靈敏度的絕緣檢測裝置，QDB-81型直流接地查找儀的應用提高了故障處理的效率。

2017-06-28。

丁學偉(1983—)，男，工程師，主要從事CPR1000堆型核電站日常及大修儀控維修工作準備、大修協調等工作，email：ding305@163.com。

姬新峰(1983—)，男，工程師，主要從事CPR1000堆型核電站日常及大修儀控維修工作準備、協調等工作。