核岛直流系统绝缘检测和在线检测方法探讨

王绥贺 代淑伟

（海南核电有限公司 海南昌江）

一、案例分析

某电厂1LCA出现接地报警，绝缘检测仪显示1LCA下游两负荷（1KCP425TB和1KCP425TB）出现接地。由于电厂处于调试阶段，出现接地报警时，通常采用将负荷断电，并用万用表电阻挡测其对地阻值的方法进行排查。当值运行人员告知故障支路涉及到多个已运行设备的控制电源，不可轻易断电，建议在线排查。但由于缺少相关设备和经验，维修人员最终仍采用断电排查法并解决接地故障。此案例中，虽最终解决了故障，但影响了设备运行，由此引发对直流系统绝缘检测和在线检测方法的思考。

二、直流系统母线检测原理

核岛直流系统均使用星炬WZJD-6A型绝缘检测仪。其中母线绝缘检测采用不平衡电桥法，原理如图1所示。

直流母线对地的绝缘电阻，分为母线正极对地绝缘电阻（R+）与母线负极对地绝缘电阻（R-）。由电路基本原理分析可知，求R+与R-两个未知数，必须建立两组独立的电路方程式，再将其联立求解，即可得R+与R-的电阻值。因此，本仪器设计了两个不平衡电桥电路。当K1闭合，K2断开时，R1在电桥中，此时可以列出电桥1的电路方程式。当K2闭合，K1断开时，R2在电桥中，此时可以列出电桥2的电路方程式。（其中R1=R2）。将2个电路方程式联立求解，可以求得R+与R-的电阻值。

图1 不平衡电桥法原理图

电桥1方程：V1/（R1//Rx）=V2/Ry

电桥2方程：V1/Rx=V2/（R2//Ry）

三、支路绝缘检测

星炬WZJD-6A型绝缘检测仪也能对直流系统的支路进行巡检，其简单原理框图如图2所示。

图2 星炬WZJD-6A型绝缘检测仪原理框图

主机中装有超低频信号源，该信号源将4 Hz的超低频信号由负母线对地注入直流系统。传感器安装在母线的每个支路回路上。工作原理如图3所示。如果支路回路上有电阻接地，则装在该支路上的传感器产生感应电流，感应电流的大小与支路接地电阻的阻值成反比。感应电流信号经模拟选择开关、放大、带通滤波、相值比较、滤波、A/D转换、送CPU进行数据处理，再通过RS485接口送入主机。

主机一方面控制信号采集模块有秩序地采集各支路传感信号，另一方面又接收信号采集模块送来的数据。信号采集模块中的比较器，其作用是消除支路回路上的对地电容对测量接地电阻精确度的影响，同时也可以克服母线上非同步交流信号干扰。主机接收到的数据经处理后，一方面送液晶显示器显示与输出报警，另一方面将数据通过通信接口电路传送给上位机。

图3 星炬WZJD-6A型绝缘检测仪原理图

四、各在线检测方法可行性分析

1.钳表直流挡检测法

分析星炬WZJD-6A型绝缘检测仪可知，当支路发生接地时，故障接地点会通过低频源接地点和母线不平衡桥接地点形成回路，产生漏电流，使得支路正负母线电流矢量和不为零。等效图如图4所示。

咨询星炬厂家，绝缘监测仪的内阻60 kΩ～70 kΩ。结合核岛直流系统电压等级220 V，110 V，48 V，可估算出相应的漏电流。

I=U/R=220/60=3.6 mA（220 V电压等级时）

=110/60=1.8 mA（110 V电压等级时）

=48/60=0.8 mA（48 V电压等级时）

根据计算结果，当发生支路接地故障时，可用毫安级钳表在线查找接地点。即，同时钳住支路正负母线，当数值不为零时，可确定该支路有故障接地。

2.钳表交流档检测法

由于核岛直流系统星炬WZJD-6A型绝缘检测仪将4 Hz的超低频交流信号由负母线对地注入直流系统。那么当发生接地时，支路正负母线将产生不平衡交流分量。等效图如图5所示。

图4 接地直流等效图

图5 接地交流等效图

咨询星炬厂家，信号源为 10 V AC，4 Hz。母线对地电容一般为 4～6 μF， 即 f=4 Hz，C=6μF，U=10 V。则电容漏电流Ic=2πfCU=0.0015072 A≈1.5 mA，而电阻漏电流IR=U/R=10/60=0.167 mA。

通过计算得知，由于支路对地电容产生的漏电流10倍于电阻接地漏电流。故使用钳表交流档检测法精确度得不到保证。

3.专用仪器WZJD-6B检测法

WZJD-6B便携式微机直流系统接地检测仪，是WZJD-6A型绝缘检测仪的配套工具，具有检测灵敏度高、抗干扰能力强、使用方便等特点，可实现在线精确检测接地点。仪器工作原理与支路检测原理相似，在此不再重复阐述，原理如图6所示。

图6 WZJD-6B原理图

当支路发生故障接地时，WZJD-6B便携式微机直流系统接地检测仪使用方法如下。①断开直流系统绝缘检测仪开关；②WZJD-6B（便携式）信号输入线的红色线夹夹在接地对应极上：即正极接地夹正极，负极接地夹负极，正负都接地则夹负极；③用WZJD-6B（便携式）检测探头顺着所报警的支路向下查找，当接近接地点时，仪器所检测电阻会突然变大或者报警；④查到接地点后消除故障，并重新闭合直流系统绝缘检测仪开关。

实践验证，该仪器在排查故障中效果良好。

五、总结

为方便快捷地在线排查接地故障，结合核岛直流系统实际情况，经过定量分析，得出结论。

（1）钳表直流挡检测法经计算可行。用此方法轻便快捷，但对钳表精度要求高，必须为毫安级别才能正确判断接地点。推荐使用Fluke772、773高精度毫安型过程电流钳表。

（2）钳表交流挡检测法经计算，由于电容漏电流10倍大于电阻漏电流，影响较大，在实际操作中不可行。不推荐用此法。

（3）专用仪器WZJD-6B具有抗干扰能力强、准确度高等特点，但其体积较大，携带并不十分方便。使用该仪器时必须断开直流系统绝缘检测仪，由此破坏了直流系统完整性，有可能影响设备正常检测和运行。

接地故障是核电站直流系统的常见问题，当设备单点接地时，系统仍可正常运行，但必须及时处理，以免发生2点接地引发更大事故。