核电站直流系统接地故障的检测及查找

丁学伟，姬新峰

(福建宁德核电有限公司，福建 宁德 325609)

核电站直流系统接地故障的检测及查找

丁学伟，姬新峰

(福建宁德核电有限公司，福建 宁德 325609)

核电站直流48 V系统在核电建设及运行期间经常出现接地现象，威胁着核电站的安全运行。介绍了直流接地的产生原因及危害，探讨了直流接地的查找方法和QDB-81型直流接地查找仪的原理及其应用效果。

直流系统；接地；直流接地查找仪；乒乓式变电桥

0 引言

核电站直流系统的用电负荷为继电保护、控制、信号、计算机监控、事故照明、断路器的分合闸操作电源、交流不间断电源等，对供电的可靠性要求极高。核电直流系统是一个独立的电源系统，其可靠性及安全性直接影响整个核电站的正常运行。在实际应用中，由于电力系统直流电源应用的特殊性，特别是控制回路和保护回路的应用，使直流系统的故障成为电力系统更大故障的事故隐患。

核电仪控用48 V直流系统分为2部分：电气系统(LCA/LCB)供电和机柜整流48 V直流供电，主要用于向继电器自动控制、监测设备、灯光报警装置、现场仪表信号、电磁阀和电动阀控制机构供电。其中DI查询电压由柜内48 V DC供给，DO输出信号分DCS供电和用户本身供电2种。在CPR1000堆型核电站建设阶段，48 V直流接地故障屡次发生，但由于分支网络多、所接设备多等因素构成了庞大而复杂的直流电源网络，分为主母线、小母线，层层分布，回路复杂、单线交错、双线交错，客观上增加了查找直流接地故障的难度。

1 直流系统接地的原因及危害

当直流系统的正极或负极与大地之间的绝缘水平降到某一整定值或低于某一规定值时，统称为直流系统接地。当正极绝缘水平低于某一规定值时称为正接地；当负极绝缘水平低于某一规定值时称为负接地。核电LCA和LCB系统接地故障的临界值为6.25 kΩ，若绝缘水平低于此值，电气盘柜的绝缘监测仪就会向主控发报警，并要求立即处理。

1.1 直流系统接地的原因

直流系统是个长期带电的不间断工作系统，会由于环境改变、气候变化、污染、高温等原因使电缆老化、接线端子老化、元件损坏等而引起其绝缘水平下降。一般来说，系统投运时间越长，其发生接地故障的概率越高。核电站48 V直流系统是现场众多设备的控制电源或查询电源，同时建设中会有大量的现场设备电缆端接，因此电缆端接的规范性往往不能得到很好地控制；另外如果核电建设中的设备所处的环境潮湿，也会造成绝缘水平降低。

1.2 核电站直流系统接地的危害

LCA和LCB 48 V DC电源系统是核电站的直流电源中非常重要的系统，所有反应堆保护信号的传递和驱动都是靠LCA和LCB完成的。当失去这2个48 V直流中的任意一个，将直接导致反应堆保护动作而机组停堆。这是因为在设计上，反应堆跳闸保护设有失电动作的线圈，一旦停电就会导致停堆。所以，保证48 V DC直流电源系统的稳定非常重要。一旦48 V DC直流电源出现绝缘报警，说明其所带设备由于某种原因发生接地；而一旦发生2点接地就可能使电厂失去48 V DC直流供电，给机组带来很大的安全隐患。

2 直流系统接地故障的检测方法及分析

(1) 直流母线电桥法。采用电桥法研制的检测装置比较简单，相当于在正负直流母线上加2个平衡电阻，形成平衡电桥。其仅对直流系统的接地故障给出报警，不能指示故障所在的支路和接地电阻值，功能过于单调。

现场维护人员排除故障时，通常采用人工拉路法，即依次短时拉开直流屏所供直流负荷各回路。当切除某一回路时故障消失，说明故障在该回路内。对于重要负荷，短时拉闸不被允许，因此该方法只适用于配电房等直流柜系统。

(2) 低频信号注入法。该检测方法如图1所示。直流系统出现接地故障后，在故障母线与地间注入低频信号；低频电流从信号发生器流出，经接地故障馈线后从接地点返回；利用钳型电流检测仪逐条检测馈线，即可找到接地馈线，进而找到接地点。

图1 低频信号注入法示意

该方法可不停电查找直流接地点，但当探头在某一点测量时，因存在电容电流，操作人员难以确定是电容电流还是接地电阻电流。此方法往往存在误判或测量计算的接地电阻误差大的问题。

(3) 变频信号注入法。先注入频率交替变化的低频信号，然后通过钳型电流探头检测支路阻性电流幅值的变化确定接地支路与接地点。通过注入幅值不变而变频的信号，间接计算出馈线支路中的阻性电流。探头采集的电流幅值I由接地电阻R上的电流和直流馈线上分布电容C的电流2部分组成。通过现场使用检验，变频信号的注入将使直流系统的电压波纹系数加大，使用效果并不理想。

(4) 磁调制直流漏电流检测方法。该检测方法如图2所示。CA为磁调制漏电流传感器，直流系统馈线支路正负2条线路穿过CA环状铁心，向负荷提供电流。CA漏电流传感器中存在有三角波恒流激磁电流，以及激磁绕组、检测绕组，当正负线路上的电流不相等时，漏电流传感器有漏电流大小及方向信号输出。

图2 磁调制直流漏电流检测方法示意

因受平衡电桥原理的限制，该方法在正负极绝缘电阻均等下降或其值相接近时使用受限，只能监测非对称性直流接地故障。

(5) 乒乓式变电桥检测方法。该方法通过切换电桥2臂电阻值的大小，使电桥没有固定的平衡点；再通过测量不同状态下的电压，计算出直流系统对地的绝缘电阻。这样避免了因漏电流较小，难以测量而严重限制故障检测精度和灵敏度的情况。

3 QDB-81型直流接地查找仪

3.1 检测原理

在接地母线或分支线与大地之间施加一个超低频信号，其电流沿着母线、支路流向接地点并通过大地构成回路。用连接在手持器上的钳子检测所有直流馈线进线，找出接地支路，再顺着接地支路向下查找，查看其手持器显示的波形。接地支路电流波形为正弦波，无接地支路波形为直线，双回路电流波形为不规则波形。其中，双回路不规则波形不能判断是否接地，只能到下一级负荷馈线继续检查。查找方法如图3所示。

3.2 现场应用分析

2012-09-03，某CPR1000核电站1号机主控触发1LCA007KA(绝缘低于6.25 kΩ)，1LCA母线绝缘为 0.09 kΩ，1LCA06H1/07J1(下游负荷均为1KCS103TB)绝缘分别为0.18 kΩ/0.2 kΩ，电气盘接地故障灯亮。根据1LCA 48VDC单线图确定接地点为SLC A3机柜，联系运行停运LCA电气盘直流绝缘测试仪(只停运了2个机柜的，其中总的测试仪未停运)。最后采用接地查找仪发现1RCP009VP阀门电磁阀正负极均有接地，断开接线端子，故障消失。

3.3 仪表使用后的经验反馈

该仪表的信号源、手持器双层抗分布电容设计，消除分布电容影响；区分平衡电阻接地，消除检测死区。该仪表可带电查找定位直流系统的绝缘故障。

(1) 该仪表同样存在测量不准确情况。在测量过程中经常会出现“双回路或换网，请看双回路指导书”提示，给准确测量增加了难度。经验证，若手持器未放稳或一直和手接触时会出现此提示，需等待波形完全显示后再停止测量和进行判断。

(2) 该接地查找仪与电气盘绝缘检测仪之间存在干扰问题。测量中停运了2个支路的电气盘绝缘检测仪，母线上的绝缘检测仪未停运，因此在接地故障已排除的情况下，母线上的绝缘检测仪一直在闪发绝缘低报警。拆下接地查找仪后，报警消失。实践证明，当2个仪器所发信号的频率成倍数时，信号会叠加，出现相互干扰的情况，建议今后在绝缘低查找时首先停运电气盘绝缘检测仪。

图3 QDB-81型直流接地查找仪查找方法

4 结论

目前核电站DCS直流48 V的绝缘情况存在较多问题。一方面接地故障的次数在不断增加；另一方面绝大多数的故障报警是闪发的，会自动消失，给查找带来一定的难度。

运行技术规范对LCA，LCB临界绝缘报警的要求是：若故障查找很复杂，且故障不能在3天内消除，要求进行RPA定期试验。如果试验满意，安全性未受影响；如果试验不满意，则执行RPR系统有关的技术规范指令，即后撤至NS/RRA模式。因此，在运行技术规范的要求下处理LCA，LCB绝缘问题的压力很大，必须提高故障处理的效率，这就要求有较高灵敏度的绝缘检测装置，QDB-81型直流接地查找仪的应用提高了故障处理的效率。

2017-06-28。

丁学伟(1983—)，男，工程师，主要从事CPR1000堆型核电站日常及大修仪控维修工作准备、大修协调等工作，email：ding305@163.com。

姬新峰(1983—)，男，工程师，主要从事CPR1000堆型核电站日常及大修仪控维修工作准备、协调等工作。