中广核工程有限公司 广东省深圳市 518124
摘要：核电站直流系统向厂内所有的控制、保护和信号系统供给各种等级的直流电源，并通过直流/交流逆变器向重要的和永久的220V交流系统供电。直流系统作为不直接接地系统，发生单级接地仍能短时运行，但应尽快找到故障点，消除接地故障，否则一旦系统中另外一级同时接地，将引起两级接地短路产生巨大的短路电流损坏直流系统甚至造成重大的电力安全事故。绝缘监测仪是监测电厂直流系统绝缘状况的重要设备，通过某核电站1/2号机核岛直流绝缘监测仪的调试，发现诸多与设计功能不符的问题。本文通过介绍直流系统绝缘监测原理，并从调试过程发现的问题，针对性的剖析原因并提出相应的改进方案，同时对比其他电站绝缘监测仪，提出最优化绝缘监测仪选型方案。
关键词：直流系统，绝缘监测仪，XM300C，测量原理，改进方案
引言
某核电站1号机绝缘监测仪使用的是施耐德MERLIN公司生产的Vigilohm system，该设备在国内尚属首次应用。调试中发现诸多与设计功能不符的问题：包括绝缘监测仪支路定值无法设定、配备XM300C型绝缘监测仪系统存在接地、支路绝缘监测仪监测失效等问题。如果这些问题得不到及时解决，绝缘监测仪就不能正常使用，将导致直流系统处于无绝缘监视的状态，一旦下游发生接地或者短路故障，将对蓄电池的安全运行和下游系统的稳定运行造成严重后果。经过调试人员摸索研究，了解了该设备的特性并掌握了核级绝缘监测仪的调试理论与方法，为核电站自主调试积累了宝贵的经验。
1、绝缘监测仪原理及调试问题分析
1.1绝缘监测仪原理介绍
目前在线运行的直流绝缘监测仪工作原理主要有以下三种：
（1）监测直流漏电流方式，发生直流接地的系统，会在接地支路产生直流漏电流，通过监测仪的互感器进行检测，进而对系统绝缘进行检测。
（2）向系统注入超低频或变频交流信号方式，通过监测仪的互感器进行绝缘监测。
（3）电桥平衡原理，平衡电桥法在绝缘监测仪主机内部设置2个阻值相同的对地分压电阻R1、R2，通过它们测得母线对地电压V1、V2（见下图4）。当系统单端接地时，得以下方程（1）：
图1：XM300C与XL308（XL316）接线图
1.2绝缘监测仪支路无法设定定值问题
首先在调试试验中发现型号为XD312的支路定位仪无法设定定值，其定值固定为2KΩ，也就是说只有当下游支路接地电阻低于2KΩ时才能定位接地支路，而设计规范要求支路定位仪能设定定值。查阅资料发现该种型号的支路定位仪设计上就不能设定定值，经分析岭澳二期核电站与该核电站核岛直流系统绝缘检测仪设计功能相同，供货厂家不同。岭澳二期可实现馈线自动检测（没有2KΩ的束缚条件），根据该核电站《全场电气系统初步设计》要求：该项目应以岭澳一期为参考电站，参照岭澳二期工程技术方案，基于直流系统运行稳定性考虑，需要更为精确的支路定位仪，以便及时发现下游的接地问题，准确排除下游的故障。经过查阅Merlin其他产品的资料，发现XL316型支路定位仪能够设定定值，随后使用样机在现场进行试验，证明XL316能够满足要求。最终说服厂家使用新型的XM300C及XL316更换原XM200及XD312。
1.3支路绝缘监测仪监测失效
在新型的绝缘监测仪XM300C及XL316更换完成后调试发现，因核电站对于下游负荷抽屉在隔离上有要求，需要抽屉有三个固定且能被隔离的状态，即隔离位、试验位、工作位，而检测漏电流的传感器（简称CT）安装于抽屉内部，在抽屉处于隔离位时，CT的二次通信回路断开，造成XM300C与这些抽屉的通讯回路中断，使这些抽屉无法被检测到同时也无法被纳入到XM300C的管理中，当这些抽屉重新推入试验位或运行位（即二次回路接通），会造成支路定位仪出现“TOR”故障，此时只有通过重启XM300C才能让新推入抽屉被检测到并纳入XM300C的管理。然而通过重启XM300C将会出现绝缘监测仪故障的误报警，而且频繁启动XM300C对于设备稳定运行存在一定安全隐患。经过试验发现重启支路绝缘监测仪XL316同样可以将新抽屉纳入到XM300C的管理中，经过多次试验后我们提出以下改进方案：在XL316电源前端增加一个电源空开用来重启XL316。但是该方法不能永久的解决此问题，而且将会衍生出如下几方面的问题：①相应的增加了空开的成本②频繁重启XL316对维持设备寿命不利③对运行人员投切下游负荷提出了更高的要求，存在误操作和误碰其他元器件的风险。调试人员经过对该型号绝缘监测仪原理及造成该问题的原因进行分析，发现问题是监测漏电流的CT安装于抽屉内部，与抽屉一起需要经过三个状态的转换，从而造成CT与二次回路存在重新接通和重新中断的问题。如果将CT放置于出线电缆侧（即将CT移出抽屉），并将CT二次线接至抽屉二次端子排，这样一来CT将永远保持接通状态，所有下游负荷将都会被XM300C监测到并进行管理，唯一的缺陷是CT移至抽屉外部后将缩小支路监测的范围，如抽屉内部发生接地问题，而XL316无法检测出具体哪个支路出现接地，此时可采取以下措施：主机XM300C发出母线绝缘故障报警，接着运行人员通过逐个断开负荷进行排查故障。
1.4 XM300C测量原理及充电器有接地现象
在新型绝缘监测仪运行一段时间后，运行人员反馈支路绝缘监测仪显示均为999KΩ（该种绝缘监测仪所能监测的最大值），而母线绝缘监测仪上显示为126KΩ，此时无法判断哪条支路绝缘低。经过初步分析原因是直流充电器内部控制板A071引起，因单台充电器的对地阻值大概在200KΩ。带着此问题，我们在2LCA系统模拟各种系统状况（见下表试验内容），对于该型号绝缘监测仪得出以下结论：母线绝缘监测仪显示值为两台充电器对地电阻并联下游支路接地电阻后的阻值。从下方试验结果可以说明单台充电器的对地电阻约为200KΩ，两台并联运行后其对地电阻约为100KΩ。从而很好的解释了为什么下游支路没有接地现象，而母线绝缘显示偏低的问题。
图2：直流系统单线图
：001XK为母线绝缘监测仪XM300C。401XZ/501XL为支路定位仪，即XL316。
2、MERLIN公司生产的Vigilohm system缺点
（1）XM300C及XL316绝缘监测仪的体积大，不方便安装及维护。
（2）注入超低频信号绝缘监测仪不能应付大的分布电容，分布电容越大，其测量电流误差越大。见下方给出的对地电容值与误差电流的关系图。
（3）容易受到外部信号的干扰，且会增加直流的纹波，对系统稳定运行存在干扰。
（4）在通讯中断后，XL316整定值会复位至2KΩ，需要重新设定定值。
图3：对地电容值与误差电流的关系图
3、绝缘监测仪检测方式的改进措施
针对目前使用的绝缘监测仪监测原理及设备的不足，本文综合三种监测方法的优缺点，提出一种监测直流系统接地的综合判断方法。
采用电桥平衡原理与直流漏电流监测方法的综合，其方法是当监测到正、负极母线电压，正、负极绝缘电阻值不满足整定值要求时，通过通讯回路反馈给主机，然后主机发出命令用直流电流传感器测量各支路的漏电流，并显示支路号、漏电流值、绝缘值及正负极母线电压值。
3.1直流平衡电阻检测法
常规的平衡电桥法在绝缘监测仪主机内部设置2个阻值相同的对地分压电阻R1、R2，通过它们测得母线对地电压V1、V2。平衡电桥检测原理框图见图4。
需要运行人员加强巡视。
4、结束语
本文通过对某核电站绝缘监测仪的调试，发现该核电站使用的MERLIN公司生产的Vigilohm system存在一些不足及在试验中碰到的一些问题，通过不断试验找出问题原因并提出针对性的解决方案。然后通过对直流绝缘监测的原理分析，同时对比现有绝缘监测仪的不足，提出一种检测直流系统接地故障的综合判断的方案，该方案结合了平衡桥原理和监测直流漏电流的方法，较好的弥补了注入低频交流电方法的不足。对后续核电站直流绝缘监测仪设计选型及调试具有指导意义。
参考文献
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[4] 汪根华，尹斌.直流绝缘监测的研究与应用.微计算机信息，2003，19（12）.
论文作者:祝建栋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第24期
论文发表时间:2018/1/22
标签：支路论文; 监测仪论文; 系统论文; 核电站论文; 抽屉论文; 母线论文; 原理论文; 《建筑学研究前沿》2017年第24期论文;