30V直流系统绝缘检测仪故障原因分析

贺吉昌（中广核陆丰核电有限公司，广东 汕尾516600）

1 引言

某电站主控出现LDA 直流系统绝缘低报警，在报警系统中确认为LDA 系统出现绝缘低报警。工作人员就地核实报警情况，确认该系统的绝缘检测仪上的“SUM/STATE”切换开关在“STATE”状态，绝缘检测仪面板上的表计指向正极15～20V DC 左右，且不摆动，由此确认该直流系统正极有接地情况。为了判断正极对地绝缘值，运行人员将“SUM/STATE”开关切换至“SUM”位置，绝缘检测仪面板上的表计指向1kΩ。与此同时，主控闪发多个报警。现场出现LDA 系统绝缘低报警后，更换绝缘检测仪，并对更换下来的绝缘检测仪内部集成电路板及接线回路进行目视检查，未发现明显的损坏或过热痕迹。

2 RAE933 型号绝缘检测仪故障原因分析

2.1 RAE933 绝缘检测仪原理介绍

该绝缘检测仪正常工作时检测仪巡检周期为90s、注入信号为±10V 方波电压信号，该电压信号由电压源Ug 产生，电压源一端接入大地，另一端经信号源内部的限流电阻ρ（阻值为1MΩ）及平衡桥电阻R1（阻值为390Ω）分别接入直流系统的正、负母线两极，其原理等效图如图1所示。通过测量平衡桥电阻R1 构成的中性点对地电压Ur 峰-峰值，并与Ug 峰-峰值比较，从而间接测量出直流系统母线对地绝缘电阻。如绝缘电阻小于绝缘检测仪报警整定值时，则发出直流系统绝缘低报警。

图1 绝缘检测仪原理等效图

2.2 绝缘检测仪故障原因分析

对故障绝缘检测仪进行故障查找及原因分析。将其接入蓄电池和充电器的正负极，其模拟接线图如图2所示。

2.2.1 对更换下来的绝缘检测仪进行开机试验

将绝缘检测仪按照上图接好线后，将接地试验变阻箱调至最大，将“SUM/STATE”开关切换至STATE 状态，绝缘检测仪在3～4 个检测周期（90s 为一个检测周期）后，指针由±10V摆动突然打至-30V 位置，且一直保持在-30V 位置不动，将“SUM/STATE”开关在STATE 和SUM 来回切换，指针不摆动，且通过示波器观察母线电压也未出现波动。

图2 离线模拟LDA 系统接线图

将“SUM/STATE”开关切换至SUM 位置，将绝缘检测仪重新上电，绝缘检测仪在3～4 个检测周期（90s 为一个检测周期）后，绝缘检测仪对地绝缘指示慢慢上升至250kΩ 左右，这时指针瞬间打至1kΩ 位置。将“SUM/STATE”开关在SUM 和STATE 来回切换时，指针不摆动，且通过示波器观察母线电压也未出现波动。

通过上面的开机试验结果与正常绝缘检测仪试验结果比较，可以确定从LDA 更换下来的绝缘检测仪在无接地情况下的其检测功能已经失效。

2.2.2 对更换下来的绝缘检测仪进行模拟不同的接地电阻试验

将接地变阻箱调节不同的阻值所录得的绝缘检测仪向母线注入的信号波形如图3所示。

图3 绝缘检测仪随接地电阻不同注入信号波形

由波形可以看出，当母线对地绝缘越大时绝缘检测仪注入信号的幅值也越大，而当母线出现金属性接地时，绝缘检测仪注入信号完全被钳制于零电位。

通过这个试验可以验证，该绝缘检测仪在母线对地电阻低于其报警整定值区域内工作正常，此时将“SUM/STATE”开关切换至SUM 时，指针指向1kΩ，绝缘检测仪上报警红灯一直点亮。这个试验进一步验证了当时LDA 上出现的正极绝缘低报警为真实报警信号，当时绝缘检测仪处于正常工作状态。

2.2.3 更换下来的绝缘检测仪进行不同报警电阻值试验

将母线接地变阻箱分别调节为1kΩ、6kΩ、49kΩ、53kΩ 阻值时，验证绝缘检测仪的功能是否正常，并在各个电阻值进行切换按钮STATE 和SUM 来回切换。图4为母线对地绝缘为6kΩ 时所录得绝缘检测仪如入信号波形。

图4 6kΩ 接地电阻时绝缘检测仪切换时注入信号波形

由上面的信号波形可以看出，绝缘检测仪注入信号未有任何波动，且通过该项试验可以验证该绝缘检测仪报警时的检测功能完全正常，试验将母线对地电阻分别在1kΩ、6kΩ、49kΩ 时，绝缘检测仪均有报警输出，且在SUM 位置时指针指示正常，均指向对应的模拟接地电阻值。将母线接地电阻调节为53kΩ 时，此时绝缘检测仪报警消失，指针由50kΩ 左右突然指向1kΩ，绝缘检测仪功能失效。

该试验及所录到的信号波形也验证了绝缘检测仪在接地电阻小于50kΩ 情况下其所有检测及报警功能正常，在接地电阻大于其报警整定值53kΩ 时，绝缘检测仪检测功能失效，通过上面试验也同时证明该绝缘检测仪的实际报警定值在49kΩ＜R＜53kΩ 范围内，整定值未出现漂移现象。

2.2.4 小结

①绝缘检测仪在正、负母线对地绝缘大于其整定值53kΩ的情况下，其检测功能失效；②该绝缘检测仪在正、负母线对地绝缘低于其整定值的情况下，报警功能正常，且对切换开关由STATE 与SUM 之间来回切换时，不会对母线产生任何干扰；③该绝缘检测仪的报警定值在49kΩ＜R＜53kΩ 范围内，符合程序要求值：50%±5%。程序定值未出现漂移，报警为真实报警。

2.3 绝缘检测仪故障点定位

由于RAE 这种型号的绝缘检测仪属于精密仪器，初步怀疑可能是LDA 下游负荷发生某种渐变的串电的外源引入，导致绝缘检测仪内部检测回路出现故障，使绝缘检测仪部分功能失效。

RAE933 绝缘检测仪可分为RAE933 电源电路、RAE933振荡器及驱动电路，绝缘探测、控制及面板电压指示电路，绝缘检测信号精密调理电路，绝缘值存储、显示及报警电路，48V DC 继电器控制及驱动电路等6 个部分。在对RAE933绝缘检测仪内部的电源电路，振荡器及驱动电路，绝缘探测、控制及面板电压指示电路，绝缘检测信号精密调理电路，绝缘值存储、显示及报警电路，48V DC 继电器控制及驱动电路进行电路分析、测量及更换元件，最终确认为检测仪内部电源电路上的一个2N1893 型号的三极管N4 在事件过程中遭到外部能量冲击而损坏，该三极管损坏的直接后果是使其内部±15V DC 稳压器的工作状态发生明显变化，测试数据表明，+15V DC 输出能力已经超负荷运行，因此已很难满足运行需求，由于2N1893 三极管遭到损坏无法提供稳压支持，绝缘检测仪从有绝缘低报警到无绝缘低报警中切换，最终导致±15V DC 稳压器出现超温过压保护，使绝缘检测仪检测功能失效。

3 结语

通过以上原因分析可以得出，RAE933 绝缘检测故障根本原因为三极管N4：2N1893 在事件中受到外电源串入冲击而损坏。该三极管遭到损坏后无法向稳压回路提供稳压支持，在绝缘检测仪从有绝缘低报警到无绝缘低报警中切换过程中，由于负荷变化的原因，最终导致±15V DC 稳压器出现超温过压保护，使绝缘检测仪检测功能失效。