核電站直流系統技改探索

□余學良

一、現場介紹

某核電站BVA/BVC直流系統為電站重要電氣柜、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兩段直流母線并聯運行，如圖1所示。而兩段直流母線的絕緣監測裝置F201由每條母線各帶絕緣監測裝置變為只能有一個絕緣監測裝置投入運行。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母線的絕緣監測裝置由于監測的負荷太多，會出現絕緣降低并頻繁波動，改造前絕緣值經常在20KΩ左右波動，并閃發“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直流系統圖

二、BVA/BVC直流系統絕緣監測原理

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各有一套絕緣監測裝置F201，每套絕緣監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,如果某路直流發生單相接地，對應的低頻CT檢測出低頻2.5Hz的信號后發送給檢測裝置，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。

在機組調試期間，BVA、BVC負荷全部投運后，低頻信號源指示出現接地報警，兩個低頻信號源均指示2K歐姆的接地值。經查,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直流系統改造過程

(一)改造的必要性和可行性。BVA、BVC母線現公用BVC母線絕緣監測裝置F201，主要原因是由于儀控柜側要求BVA、BVC兩路負極電源環接，導致兩段直流母線的實際并聯運行，故只能在BVA、BVC兩段母線上投入其中一段母線的絕緣監測裝置F201，用以監測BVA和BVC的總絕緣，因此母線絕緣值會大幅降低，當絕緣監測裝置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段每個系統絕緣監測裝置F201需要監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段直流系統共用一組絕緣監測裝置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，絕緣監測裝置會閃發絕緣低報警。對于不接地系統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。這樣即可避免閃發直流母線絕緣低報警的現象出現。

計算電容電阻值：Xc=1/(2×π×f×ΣC)

(1)

計算多電容并聯值：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測裝置F201是型號為XM200的施耐德產品，該裝置向其所監測的直流母線內注入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，也不會發生“閃發絕緣值低報警信號”的問題。改造后BVA、BVC段直流系統配置如圖2和圖3所示，新增的BVX、BVY直流系統配置圖如圖4所示。

圖2 技改后BVA直流系統圖

圖4 技改后BVX/BVY直流系統圖

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

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

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生影響。但改造后的絕緣值波動范圍已相對縮??；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直流系統絕緣監測裝置的監測原理是裝置本身向母線負荷持續發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定性高的智能型直流系統絕緣監測裝置。

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

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，但未發生過絕緣低故障的情況，而BVX/BVY絕緣值則穩定在999KΩ，已經達到改造目的。根據現階段運行情況來看，改造效果良好。

五、結語

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