核電站直流系統(tǒng)技改探索

□余學良

一、現(xiàn)場介紹

某核電站BVA/BVC直流系統(tǒng)為電站重要電氣柜、儀控柜提供220VDC電源，由充電機、直流母線、蓄電池等組成。其中，儀控負荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65，均要求兩路直流電源供電，電源均分別引自BVA、BVC段。同時，由于在儀控負荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65內(nèi)部分別將兩路直流母線的負極直接并接在一起，這就造成了BVA和BVC兩段直流母線并聯(lián)運行，如圖1所示。而兩段直流母線的絕緣監(jiān)測裝置F201由每條母線各帶絕緣監(jiān)測裝置變?yōu)橹荒苡幸粋€絕緣監(jiān)測裝置投入運行。在這種運行工況下，一旦兩段直流母線的一個負荷發(fā)生絕緣故障，則兩段直流母線的其余所有負荷都存在跳閘風險，擴大了故障的影響范圍。BVA/BVC母線的絕緣監(jiān)測裝置由于監(jiān)測的負荷太多，會出現(xiàn)絕緣降低并頻繁波動，改造前絕緣值經(jīng)常在20KΩ左右波動，并閃發(fā)“BVC00EK110”絕緣低報警，此缺陷成為當時公司十大缺陷之一。

圖1 技改前BVA/BVC直流系統(tǒng)圖

二、BVA/BVC直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測原理

BVA、BVC改造前所用的絕緣檢測儀F201采用低頻交流檢測法原理。BVA、BVC各有一套絕緣監(jiān)測裝置F201，每套絕緣監(jiān)測裝置包括一個低頻信號源、兩個檢測裝置和若干個低頻檢測CT。低頻信號源有一個接地點，接地阻值為2K歐姆。正常工作時，低頻信號源發(fā)射頻率的2.5Hz信號疊加在直流母線負極上,如果某路直流發(fā)生單相接地，對應的低頻CT檢測出低頻2.5Hz的信號后發(fā)送給檢測裝置，檢測裝置對應的指示燈點亮，指示點亮的指示燈對應的分路直流負荷存在接地故障，同時低頻信號源接地故障指示燈點亮，顯示接地的電阻值，主控室報警，直流盤上的蜂鳴器報警。低頻信號源的定值設定：預報警-20KΩ，報警-2KΩ。

在機組調(diào)試期間，BVA、BVC負荷全部投運后，低頻信號源指示出現(xiàn)接地報警，兩個低頻信號源均指示2K歐姆的接地值。經(jīng)查,直流盤BVA負荷CLR05A、CLR06A、CLR07A、CLR08A，直流盤BVC負荷CLR05B、CLR06B、CLR07B、CLR08B,兩兩成對同為一儀控保護盤供電，正極各有一隔離二極管，負極直接相連，低頻信號源指示的接地值均為另一個低頻信號源接地電阻的阻值。

處理方案：兩個低頻信號源接地電阻至地之間各加裝一個開關，開關斷開，該低頻信號源退出運行。正常運行時只投運一個低頻信號源，顯示兩段直流母線的絕緣值，同時作為共用的一個信號源。當兩段直流母線中某路直流負荷發(fā)生單相接地時，運行中的低頻信號源顯示接地電阻值，接地故障指示燈點亮，主控室報警，同時兩段直流母線上的低頻檢測裝置上對應的指示燈點亮，指示點亮的指示燈對應的分路直流負荷存在接地故障，直流盤上的蜂鳴器報警。這種方案改造費用低易實施，保證了原設計的負荷供電的可靠性，但只是暫時解決了直流盤誤報警問題。

三、BVA/BVC直流系統(tǒng)改造過程

(一)改造的必要性和可行性。BVA、BVC母線現(xiàn)公用BVC母線絕緣監(jiān)測裝置F201，主要原因是由于儀控柜側(cè)要求BVA、BVC兩路負極電源環(huán)接，導致兩段直流母線的實際并聯(lián)運行，故只能在BVA、BVC兩段母線上投入其中一段母線的絕緣監(jiān)測裝置F201，用以監(jiān)測BVA和BVC的總絕緣，因此母線絕緣值會大幅降低，當絕緣監(jiān)測裝置F201絕緣低報警時，很難判斷絕緣故障是在BVA母線上還是在BVC母線上。為縮小“頻發(fā)母線絕緣值低報警”的影響范圍，保證其他重要直流負荷電源的安全可靠運行，將儀控負荷機柜CLR05、CLR06、CLR07、CLR08和CRF65與原有的BVA、BVC直流母線分離，并由新增加的2段直流母線BVX、BVY供電，從而使改造后的BVA、BVC段直流母線各自獨立運行。此時BVA、BVC段每個系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置F201需要監(jiān)測的回路將減少到約35個負荷饋線回路，比原來(約80個)減少超過1/2。

(二)理論計算。BVA、BVC段直流系統(tǒng)共用一組絕緣監(jiān)測裝置F201，其報警設定值為20KΩ，即當兩段直流母線總絕緣值在20KΩ左右波動時，絕緣監(jiān)測裝置會閃發(fā)絕緣低報警。對于不接地系統(tǒng)BVA、BVC，每個回路相當于一個對地電容。假定每個回路對地電容值相同或大致相同，根據(jù)式1、式2可得各直流母線的絕緣值將增加到當前值(20KΩ左右)的2倍多。這樣即可避免閃發(fā)直流母線絕緣低報警的現(xiàn)象出現(xiàn)。

計算電容電阻值：Xc=1/(2×π×f×ΣC)

(1)

計算多電容并聯(lián)值：ΣC=C1+C2+C3+……+Cn

(2)

上述公式中：Xc-電容電抗(Ω)；π-3.14；f-頻率(Hz)；C-電容(F)(注：BVA、BVC段直流母線所用的絕緣監(jiān)測裝置F201是型號為XM200的施耐德產(chǎn)品，該裝置向其所監(jiān)測的直流母線內(nèi)注入2.5Hz的交流低頻信號。)

BVX、BVY段直流母線由于每段只有5個負荷回路，總絕緣值遠遠超過20KΩ，也不會發(fā)生“閃發(fā)絕緣值低報警信號”的問題。改造后BVA、BVC段直流系統(tǒng)配置如圖2和圖3所示，新增的BVX、BVY直流系統(tǒng)配置圖如圖4所示。

圖2 技改后BVA直流系統(tǒng)圖

圖4 技改后BVX/BVY直流系統(tǒng)圖

本方案執(zhí)行分三步：一是新增BVX、BVY段直流系統(tǒng)；二是將儀控負荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65從BVA、BVC段直流系統(tǒng)分離；三是將BVX、BVY段直流系統(tǒng)電源引入儀控負荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65設備。因此，本方案不影響工業(yè)安全，也不會產(chǎn)生核安全風險。

綜上所述，將儀控負荷饋線CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65與現(xiàn)有的BVA、BVC直流系統(tǒng)分離，并由新增2個直流系統(tǒng)BVX、BVY供電完美解決了BVA、BVC段直流母線長期并聯(lián)運行和閃發(fā)絕緣低報警的問題，大大提高了BVA、BVC段直流母線的安全穩(wěn)定性。

四、直流母線技改后效果評價

改造完成后，BVA/BVC直流母線開始各自獨立運行。BVA/BVC母線絕緣值均在35～40KΩ以上，但絕緣值呈現(xiàn)波動較大的情況，波動范圍大概在35K到200K之間，與改造前的絕緣波動值19K～70K相比，已有很大改善。主要原因為：一是母線所帶負荷較多、較雜，包括6KV、400V母線控制電源、發(fā)變組保護柜電源、儀控柜電源、部分閥門電源等，盡管改造后，負荷減少一半，但每段母線仍有約40個負荷，每個負荷的絕緣值波動均會對母線絕緣值產(chǎn)生影響。但改造后的絕緣值波動范圍已相對縮小；二是母線所帶負荷中部分為室外負荷，室外負荷的絕緣受天氣影響較大，尤其是夏季，濕度變化較大，對整個母線的絕緣值影響也較大；三是BVA/BVC直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置的監(jiān)測原理是裝置本身向母線負荷持續(xù)發(fā)送低頻交流低電壓信號，然后通過接地接收到的信號強弱來計算絕緣值。設備本身的抗干擾能力較弱，接收的信號很容易受到干擾，絕緣值的波動也較大。

而BVX/BVY母線改造后，采用的是直流漏電流檢測原理的奧特迅WJY3000A型微機絕緣監(jiān)測儀，使用直流有源CT，不需注入交流信號，CT采用串行總線與主機進行通信，因而CT與主機的連線較少。該裝置監(jiān)測正負直流母線的對地電壓和絕緣電阻，當正、負直流母線的對地絕緣電阻低于設定的報警值時，自動啟動支路巡檢功能，直流CT將直流漏電流變換為電信號，檢測速度快，母線檢測1～2秒，支路檢測1～2分鐘，并且不受支路多少的影響。這樣支路檢測精度高、速度高、抗干擾能力強，成功地解決了目前直流接地檢測裝置中存在漏報誤報、巡檢速度慢、接線過多、安裝維護困難以及擴容不方便等弊端，是一種功能完善且穩(wěn)定性高的智能型直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測裝置。

對于BVX/BVY兩段供電的儀控系統(tǒng)，正常運行時，BVX的絕緣監(jiān)測儀設置為主機，BVY設置為分機，成功解決環(huán)路并聯(lián)問題，能正確找出接地支路，對母線運行狀態(tài)可保存最長一個月的記錄曲線，對判斷分析接地故障產(chǎn)生的原因極為有用

改造完成近一年多以來，盡管BVA/BVC母線仍存在絕緣值波動的情況，但未發(fā)生過絕緣低故障的情況，而BVX/BVY絕緣值則穩(wěn)定在999KΩ，已經(jīng)達到改造目的。根據(jù)現(xiàn)階段運行情況來看，改造效果良好。

五、結(jié)語

BVA/BVC直流系統(tǒng)改造的實施，成功地解決了困擾該電站多年的十大缺陷問題，避免了因母線并聯(lián)導致的絕緣低誤的報警，提高了直流系統(tǒng)運行的可靠性，保證了電站重要直流負荷的可靠運行。