核電廠直流系統(tǒng)絕緣低報警分析及處理

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，它是一個獨立電源，為核電廠、變電站中重要負荷提供可靠工作電源，當發(fā)電廠、變電站發(fā)生事故時，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、可靠運行，必須對直流系統(tǒng)絕緣狀況進行長期在線監(jiān)測，直流系統(tǒng)閃發(fā)絕緣低報警信號，容易給運行人員造成習慣性的錯誤思維，會導致當出現(xiàn)真實的絕緣故障問題時不能敏銳發(fā)覺和及時處理，從而引發(fā)嚴重的事故，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

某百萬級核電機組可靠電源220V 直流母線分為BVA 和BVC 兩段，BVA、BVC 每段分別有5 個支路為5 個儀控負荷供電，如下圖（圖1）所示。 因直流母線BVA 和BVC 的負極是直接連接在一起，所以兩段直流母線只能投入一個絕緣監(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，當負荷絕緣降低的時候，低頻源通過直流母線、電纜、負荷、絕緣低點及裝置接地點構(gòu)成低頻通路，裝置中流過低頻電流。 當絕緣低的負荷數(shù)量增加時，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，短時間內(nèi)絕緣值會恢復到35KΩ-40KΩ，造成主控偶爾閃發(fā)“BVA00 EK110 XG01 insulation Fault”報警，影響操縱員監(jiān)盤。經(jīng)討論并通過了定值變更申請，將絕緣監(jiān)視預報警值由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”報警。 從報警的情況看，總體來說2 號機組ASD 報警相對更多一些，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2 號機組兩段直流母線各支路的絕緣情況分別進行檢測，從絕緣檢測結(jié)果來看，2 號機組有兩個負荷2BVA03-BB (變壓器非電量保護柜，131～161KΩ) 和2BVC02-HC (供機組智能遙信遙測采集裝置D25，146.2～202.3KΩ)絕緣值相對于其它來說一直偏低，1 號機組情況與此類似。

每臺機組直流母線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， 對所有直流電纜支路進行了絕緣檢測，檢查絕緣薄弱環(huán)節(jié)，并利用停機窗口重點對機組運行期間不能停電的絕緣較低直流電纜支路進行絕緣檢測和停電排查，對機組智能遙信遙測采集裝置D25 直流回路進行檢查， 對室外變壓器就地端子箱進行必要的防潮處理，效果不理想。

從多次檢測結(jié)果來看，經(jīng)分析認為引起直流母線絕緣值較低的主要原因是由于每臺機組直流母線BVA 和BVC 每段分別有5 個支路為5 個儀控負荷供電，負荷內(nèi)部分別將兩路直流電源的負極直接連接在一起， 于是就造成了BVA、BVC 段直流系統(tǒng)并聯(lián)運行， 相當于將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，絕緣值會大幅降低，BVA、BVC 母線段的總負荷接近80個， 以每個負荷的絕緣值為1500KΩ 計算（實際部分負荷達不到），80 個負荷同時投運，總絕緣在 18-19KΩ 左右波動。 如果將 BVA、BVC 母線斷開獨立運行， 每段母線的負荷為40個， 同樣以每個負荷的絕緣值為 1500KΩ 計算， 每段的絕緣值能達到37-40KΩ。 查實際監(jiān)測結(jié)果，BVA、BVC 段母線在并聯(lián)運行時的對地絕緣電阻值經(jīng)常在 18-19kΩ 左右波動， 并閃發(fā)絕緣低報警信號。

這種 “閃發(fā)絕緣低報警信號”現(xiàn)象，容易給運行人員造成習慣性的錯誤思維， 會導致當出現(xiàn)真正確實的絕緣故障問題時不能敏銳發(fā)覺和及時處理。而且由于BVA、BVC 直流系統(tǒng)帶有大量重要用電負荷， 包括6kV 母線控制電源、400V 母線控制電源，儀控CPS 機柜、重要閥門電源等，直流電源的安全穩(wěn)定運行十分重要。因此，必須解決閃發(fā)絕緣低報警信號的問題，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)絕緣低報警”的影響范圍，保證其他重要負荷供電電源的安全穩(wěn)定運行，考慮到問題的根源在于儀控負荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65 設備內(nèi)部各自將分別來自 BVA、BVC 段直流系統(tǒng)的電源負極直接連接在一起，才造成了BVA、BVC 段直流系統(tǒng)并聯(lián)運行。 因此解決問題的關鍵之處在于將儀控負荷饋線 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)供電（BVX、BVY），從而使BVA、BVC 段直流系統(tǒng)各自獨立運行。

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)運行時的對地絕緣電阻值（18-19kΩ）的2倍，不會發(fā)生“閃發(fā)絕緣低報警信號”；而新增直流（BVX、BVY）段由于每段僅有5 個負荷回路，總絕緣值遠遠大于19KΩ，也不會發(fā)生“閃發(fā)絕緣低報警信號”。

計算電容電阻值：

計算多電容并聯(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。

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)運行和閃發(fā)絕緣低報警的問題,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].重慶大學出版社.