核电站直流系统技改探索

□余学良

一、现场介绍

某核电站BVA/BVC直流系统为电站重要电气柜、仪控柜提供220VDC电源，由充电机、直流母线、蓄电池等组成。其中，仪控负荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65，均要求两路直流电源供电，电源均分别引自BVA、BVC段。同时，由于在仪控负荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65内部分别将两路直流母线的负极直接并接在一起，这就造成了BVA和BVC两段直流母线并联运行，如图1所示。而两段直流母线的绝缘监测装置F201由每条母线各带绝缘监测装置变为只能有一个绝缘监测装置投入运行。在这种运行工况下，一旦两段直流母线的一个负荷发生绝缘故障，则两段直流母线的其余所有负荷都存在跳闸风险，扩大了故障的影响范围。BVA/BVC母线的绝缘监测装置由于监测的负荷太多，会出现绝缘降低并频繁波动，改造前绝缘值经常在20KΩ左右波动，并闪发“BVC00EK110”绝缘低报警，此缺陷成为当时公司十大缺陷之一。

图1 技改前BVA/BVC直流系统图

二、BVA/BVC直流系统绝缘监测原理

BVA、BVC改造前所用的绝缘检测仪F201采用低频交流检测法原理。BVA、BVC各有一套绝缘监测装置F201，每套绝缘监测装置包括一个低频信号源、两个检测装置和若干个低频检测CT。低频信号源有一个接地点，接地阻值为2K欧姆。正常工作时，低频信号源发射频率的2.5Hz信号叠加在直流母线负极上,如果某路直流发生单相接地，对应的低频CT检测出低频2.5Hz的信号后发送给检测装置，检测装置对应的指示灯点亮，指示点亮的指示灯对应的分路直流负荷存在接地故障，同时低频信号源接地故障指示灯点亮，显示接地的电阻值，主控室报警，直流盘上的蜂鸣器报警。低频信号源的定值设定：预报警-20KΩ，报警-2KΩ。

在机组调试期间，BVA、BVC负荷全部投运后，低频信号源指示出现接地报警，两个低频信号源均指示2K欧姆的接地值。经查,直流盘BVA负荷CLR05A、CLR06A、CLR07A、CLR08A，直流盘BVC负荷CLR05B、CLR06B、CLR07B、CLR08B,两两成对同为一仪控保护盘供电，正极各有一隔离二极管，负极直接相连，低频信号源指示的接地值均为另一个低频信号源接地电阻的阻值。

处理方案：两个低频信号源接地电阻至地之间各加装一个开关，开关断开，该低频信号源退出运行。正常运行时只投运一个低频信号源，显示两段直流母线的绝缘值，同时作为共用的一个信号源。当两段直流母线中某路直流负荷发生单相接地时，运行中的低频信号源显示接地电阻值，接地故障指示灯点亮，主控室报警，同时两段直流母线上的低频检测装置上对应的指示灯点亮，指示点亮的指示灯对应的分路直流负荷存在接地故障，直流盘上的蜂鸣器报警。这种方案改造费用低易实施，保证了原设计的负荷供电的可靠性，但只是暂时解决了直流盘误报警问题。

三、BVA/BVC直流系统改造过程

(一)改造的必要性和可行性。BVA、BVC母线现公用BVC母线绝缘监测装置F201，主要原因是由于仪控柜侧要求BVA、BVC两路负极电源环接，导致两段直流母线的实际并联运行，故只能在BVA、BVC两段母线上投入其中一段母线的绝缘监测装置F201，用以监测BVA和BVC的总绝缘，因此母线绝缘值会大幅降低，当绝缘监测装置F201绝缘低报警时，很难判断绝缘故障是在BVA母线上还是在BVC母线上。为缩小“频发母线绝缘值低报警”的影响范围，保证其他重要直流负荷电源的安全可靠运行，将仪控负荷机柜CLR05、CLR06、CLR07、CLR08和CRF65与原有的BVA、BVC直流母线分离，并由新增加的2段直流母线BVX、BVY供电，从而使改造后的BVA、BVC段直流母线各自独立运行。此时BVA、BVC段每个系统绝缘监测装置F201需要监测的回路将减少到约35个负荷馈线回路，比原来(约80个)减少超过1/2。

(二)理论计算。BVA、BVC段直流系统共用一组绝缘监测装置F201，其报警设定值为20KΩ，即当两段直流母线总绝缘值在20KΩ左右波动时，绝缘监测装置会闪发绝缘低报警。对于不接地系统BVA、BVC，每个回路相当于一个对地电容。假定每个回路对地电容值相同或大致相同，根据式1、式2可得各直流母线的绝缘值将增加到当前值(20KΩ左右)的2倍多。这样即可避免闪发直流母线绝缘低报警的现象出现。

计算电容电阻值：Xc=1/(2×π×f×ΣC)

(1)

计算多电容并联值：ΣC=C1+C2+C3+……+Cn

(2)

上述公式中：Xc-电容电抗(Ω)；π-3.14；f-频率(Hz)；C-电容(F)(注：BVA、BVC段直流母线所用的绝缘监测装置F201是型号为XM200的施耐德产品，该装置向其所监测的直流母线内注入2.5Hz的交流低频信号。)

BVX、BVY段直流母线由于每段只有5个负荷回路，总绝缘值远远超过20KΩ，也不会发生“闪发绝缘值低报警信号”的问题。改造后BVA、BVC段直流系统配置如图2和图3所示，新增的BVX、BVY直流系统配置图如图4所示。

图2 技改后BVA直流系统图

图4 技改后BVX/BVY直流系统图

本方案执行分三步：一是新增BVX、BVY段直流系统；二是将仪控负荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65从BVA、BVC段直流系统分离；三是将BVX、BVY段直流系统电源引入仪控负荷CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65设备。因此，本方案不影响工业安全，也不会产生核安全风险。

综上所述，将仪控负荷馈线CLR05、CLR06、CLR07、CLR08、CRF65与现有的BVA、BVC直流系统分离，并由新增2个直流系统BVX、BVY供电完美解决了BVA、BVC段直流母线长期并联运行和闪发绝缘低报警的问题，大大提高了BVA、BVC段直流母线的安全稳定性。

四、直流母线技改后效果评价

改造完成后，BVA/BVC直流母线开始各自独立运行。BVA/BVC母线绝缘值均在35～40KΩ以上，但绝缘值呈现波动较大的情况，波动范围大概在35K到200K之间，与改造前的绝缘波动值19K～70K相比，已有很大改善。主要原因为：一是母线所带负荷较多、较杂，包括6KV、400V母线控制电源、发变组保护柜电源、仪控柜电源、部分阀门电源等，尽管改造后，负荷减少一半，但每段母线仍有约40个负荷，每个负荷的绝缘值波动均会对母线绝缘值产生影响。但改造后的绝缘值波动范围已相对缩小；二是母线所带负荷中部分为室外负荷，室外负荷的绝缘受天气影响较大，尤其是夏季，湿度变化较大，对整个母线的绝缘值影响也较大；三是BVA/BVC直流系统绝缘监测装置的监测原理是装置本身向母线负荷持续发送低频交流低电压信号，然后通过接地接收到的信号强弱来计算绝缘值。设备本身的抗干扰能力较弱，接收的信号很容易受到干扰，绝缘值的波动也较大。

而BVX/BVY母线改造后，采用的是直流漏电流检测原理的奥特迅WJY3000A型微机绝缘监测仪，使用直流有源CT，不需注入交流信号，CT采用串行总线与主机进行通信，因而CT与主机的连线较少。该装置监测正负直流母线的对地电压和绝缘电阻，当正、负直流母线的对地绝缘电阻低于设定的报警值时，自动启动支路巡检功能，直流CT将直流漏电流变换为电信号，检测速度快，母线检测1～2秒，支路检测1～2分钟，并且不受支路多少的影响。这样支路检测精度高、速度高、抗干扰能力强，成功地解决了目前直流接地检测装置中存在漏报误报、巡检速度慢、接线过多、安装维护困难以及扩容不方便等弊端，是一种功能完善且稳定性高的智能型直流系统绝缘监测装置。

对于BVX/BVY两段供电的仪控系统，正常运行时，BVX的绝缘监测仪设置为主机，BVY设置为分机，成功解决环路并联问题，能正确找出接地支路，对母线运行状态可保存最长一个月的记录曲线，对判断分析接地故障产生的原因极为有用

改造完成近一年多以来，尽管BVA/BVC母线仍存在绝缘值波动的情况，但未发生过绝缘低故障的情况，而BVX/BVY绝缘值则稳定在999KΩ，已经达到改造目的。根据现阶段运行情况来看，改造效果良好。

五、结语

BVA/BVC直流系统改造的实施，成功地解决了困扰该电站多年的十大缺陷问题，避免了因母线并联导致的绝缘低误的报警，提高了直流系统运行的可靠性，保证了电站重要直流负荷的可靠运行。