30V直流系統(tǒng)絕緣檢測(cè)儀故障原因分析

賀吉昌（中廣核陸豐核電有限公司，廣東 汕尾516600）

1 引言

某電站主控出現(xiàn)LDA 直流系統(tǒng)絕緣低報(bào)警，在報(bào)警系統(tǒng)中確認(rèn)為L(zhǎng)DA 系統(tǒng)出現(xiàn)絕緣低報(bào)警。工作人員就地核實(shí)報(bào)警情況，確認(rèn)該系統(tǒng)的絕緣檢測(cè)儀上的“SUM/STATE”切換開關(guān)在“STATE”狀態(tài)，絕緣檢測(cè)儀面板上的表計(jì)指向正極15～20V DC 左右，且不擺動(dòng)，由此確認(rèn)該直流系統(tǒng)正極有接地情況。為了判斷正極對(duì)地絕緣值，運(yùn)行人員將“SUM/STATE”開關(guān)切換至“SUM”位置，絕緣檢測(cè)儀面板上的表計(jì)指向1kΩ。與此同時(shí)，主控閃發(fā)多個(gè)報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)LDA 系統(tǒng)絕緣低報(bào)警后，更換絕緣檢測(cè)儀，并對(duì)更換下來的絕緣檢測(cè)儀內(nèi)部集成電路板及接線回路進(jìn)行目視檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯的損壞或過熱痕跡。

2 RAE933 型號(hào)絕緣檢測(cè)儀故障原因分析

2.1 RAE933 絕緣檢測(cè)儀原理介紹

該絕緣檢測(cè)儀正常工作時(shí)檢測(cè)儀巡檢周期為90s、注入信號(hào)為±10V 方波電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)由電壓源Ug 產(chǎn)生，電壓源一端接入大地，另一端經(jīng)信號(hào)源內(nèi)部的限流電阻ρ（阻值為1MΩ）及平衡橋電阻R1（阻值為390Ω）分別接入直流系統(tǒng)的正、負(fù)母線兩極，其原理等效圖如圖1所示。通過測(cè)量平衡橋電阻R1 構(gòu)成的中性點(diǎn)對(duì)地電壓Ur 峰-峰值，并與Ug 峰-峰值比較，從而間接測(cè)量出直流系統(tǒng)母線對(duì)地絕緣電阻。如絕緣電阻小于絕緣檢測(cè)儀報(bào)警整定值時(shí)，則發(fā)出直流系統(tǒng)絕緣低報(bào)警。

圖1 絕緣檢測(cè)儀原理等效圖

2.2 絕緣檢測(cè)儀故障原因分析

對(duì)故障絕緣檢測(cè)儀進(jìn)行故障查找及原因分析。將其接入蓄電池和充電器的正負(fù)極，其模擬接線圖如圖2所示。

2.2.1 對(duì)更換下來的絕緣檢測(cè)儀進(jìn)行開機(jī)試驗(yàn)

將絕緣檢測(cè)儀按照上圖接好線后，將接地試驗(yàn)變阻箱調(diào)至最大，將“SUM/STATE”開關(guān)切換至STATE 狀態(tài)，絕緣檢測(cè)儀在3～4 個(gè)檢測(cè)周期（90s 為一個(gè)檢測(cè)周期）后，指針由±10V擺動(dòng)突然打至-30V 位置，且一直保持在-30V 位置不動(dòng)，將“SUM/STATE”開關(guān)在STATE 和SUM 來回切換，指針不擺動(dòng)，且通過示波器觀察母線電壓也未出現(xiàn)波動(dòng)。

圖2 離線模擬LDA 系統(tǒng)接線圖

將“SUM/STATE”開關(guān)切換至SUM 位置，將絕緣檢測(cè)儀重新上電，絕緣檢測(cè)儀在3～4 個(gè)檢測(cè)周期（90s 為一個(gè)檢測(cè)周期）后，絕緣檢測(cè)儀對(duì)地絕緣指示慢慢上升至250kΩ 左右，這時(shí)指針?biāo)查g打至1kΩ 位置。將“SUM/STATE”開關(guān)在SUM 和STATE 來回切換時(shí)，指針不擺動(dòng)，且通過示波器觀察母線電壓也未出現(xiàn)波動(dòng)。

通過上面的開機(jī)試驗(yàn)結(jié)果與正常絕緣檢測(cè)儀試驗(yàn)結(jié)果比較，可以確定從LDA 更換下來的絕緣檢測(cè)儀在無接地情況下的其檢測(cè)功能已經(jīng)失效。

2.2.2 對(duì)更換下來的絕緣檢測(cè)儀進(jìn)行模擬不同的接地電阻試驗(yàn)

將接地變阻箱調(diào)節(jié)不同的阻值所錄得的絕緣檢測(cè)儀向母線注入的信號(hào)波形如圖3所示。

圖3 絕緣檢測(cè)儀隨接地電阻不同注入信號(hào)波形

由波形可以看出，當(dāng)母線對(duì)地絕緣越大時(shí)絕緣檢測(cè)儀注入信號(hào)的幅值也越大，而當(dāng)母線出現(xiàn)金屬性接地時(shí)，絕緣檢測(cè)儀注入信號(hào)完全被鉗制于零電位。

通過這個(gè)試驗(yàn)可以驗(yàn)證，該絕緣檢測(cè)儀在母線對(duì)地電阻低于其報(bào)警整定值區(qū)域內(nèi)工作正常，此時(shí)將“SUM/STATE”開關(guān)切換至SUM 時(shí)，指針指向1kΩ，絕緣檢測(cè)儀上報(bào)警紅燈一直點(diǎn)亮。這個(gè)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了當(dāng)時(shí)LDA 上出現(xiàn)的正極絕緣低報(bào)警為真實(shí)報(bào)警信號(hào)，當(dāng)時(shí)絕緣檢測(cè)儀處于正常工作狀態(tài)。

2.2.3 更換下來的絕緣檢測(cè)儀進(jìn)行不同報(bào)警電阻值試驗(yàn)

將母線接地變阻箱分別調(diào)節(jié)為1kΩ、6kΩ、49kΩ、53kΩ 阻值時(shí)，驗(yàn)證絕緣檢測(cè)儀的功能是否正常，并在各個(gè)電阻值進(jìn)行切換按鈕STATE 和SUM 來回切換。圖4為母線對(duì)地絕緣為6kΩ 時(shí)所錄得絕緣檢測(cè)儀如入信號(hào)波形。

圖4 6kΩ 接地電阻時(shí)絕緣檢測(cè)儀切換時(shí)注入信號(hào)波形

由上面的信號(hào)波形可以看出，絕緣檢測(cè)儀注入信號(hào)未有任何波動(dòng)，且通過該項(xiàng)試驗(yàn)可以驗(yàn)證該絕緣檢測(cè)儀報(bào)警時(shí)的檢測(cè)功能完全正常，試驗(yàn)將母線對(duì)地電阻分別在1kΩ、6kΩ、49kΩ 時(shí)，絕緣檢測(cè)儀均有報(bào)警輸出，且在SUM 位置時(shí)指針指示正常，均指向?qū)?yīng)的模擬接地電阻值。將母線接地電阻調(diào)節(jié)為53kΩ 時(shí)，此時(shí)絕緣檢測(cè)儀報(bào)警消失，指針由50kΩ 左右突然指向1kΩ，絕緣檢測(cè)儀功能失效。

該試驗(yàn)及所錄到的信號(hào)波形也驗(yàn)證了絕緣檢測(cè)儀在接地電阻小于50kΩ 情況下其所有檢測(cè)及報(bào)警功能正常，在接地電阻大于其報(bào)警整定值53kΩ 時(shí)，絕緣檢測(cè)儀檢測(cè)功能失效，通過上面試驗(yàn)也同時(shí)證明該絕緣檢測(cè)儀的實(shí)際報(bào)警定值在49kΩ＜R＜53kΩ 范圍內(nèi)，整定值未出現(xiàn)漂移現(xiàn)象。

2.2.4 小結(jié)

①絕緣檢測(cè)儀在正、負(fù)母線對(duì)地絕緣大于其整定值53kΩ的情況下，其檢測(cè)功能失效；②該絕緣檢測(cè)儀在正、負(fù)母線對(duì)地絕緣低于其整定值的情況下，報(bào)警功能正常，且對(duì)切換開關(guān)由STATE 與SUM 之間來回切換時(shí)，不會(huì)對(duì)母線產(chǎn)生任何干擾；③該絕緣檢測(cè)儀的報(bào)警定值在49kΩ＜R＜53kΩ 范圍內(nèi)，符合程序要求值：50%±5%。程序定值未出現(xiàn)漂移，報(bào)警為真實(shí)報(bào)警。

2.3 絕緣檢測(cè)儀故障點(diǎn)定位

由于RAE 這種型號(hào)的絕緣檢測(cè)儀屬于精密儀器，初步懷疑可能是LDA 下游負(fù)荷發(fā)生某種漸變的串電的外源引入，導(dǎo)致絕緣檢測(cè)儀內(nèi)部檢測(cè)回路出現(xiàn)故障，使絕緣檢測(cè)儀部分功能失效。

RAE933 絕緣檢測(cè)儀可分為RAE933 電源電路、RAE933振蕩器及驅(qū)動(dòng)電路，絕緣探測(cè)、控制及面板電壓指示電路，絕緣檢測(cè)信號(hào)精密調(diào)理電路，絕緣值存儲(chǔ)、顯示及報(bào)警電路，48V DC 繼電器控制及驅(qū)動(dòng)電路等6 個(gè)部分。在對(duì)RAE933絕緣檢測(cè)儀內(nèi)部的電源電路，振蕩器及驅(qū)動(dòng)電路，絕緣探測(cè)、控制及面板電壓指示電路，絕緣檢測(cè)信號(hào)精密調(diào)理電路，絕緣值存儲(chǔ)、顯示及報(bào)警電路，48V DC 繼電器控制及驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電路分析、測(cè)量及更換元件，最終確認(rèn)為檢測(cè)儀內(nèi)部電源電路上的一個(gè)2N1893 型號(hào)的三極管N4 在事件過程中遭到外部能量沖擊而損壞，該三極管損壞的直接后果是使其內(nèi)部±15V DC 穩(wěn)壓器的工作狀態(tài)發(fā)生明顯變化，測(cè)試數(shù)據(jù)表明，+15V DC 輸出能力已經(jīng)超負(fù)荷運(yùn)行，因此已很難滿足運(yùn)行需求，由于2N1893 三極管遭到損壞無法提供穩(wěn)壓支持，絕緣檢測(cè)儀從有絕緣低報(bào)警到無絕緣低報(bào)警中切換，最終導(dǎo)致±15V DC 穩(wěn)壓器出現(xiàn)超溫過壓保護(hù)，使絕緣檢測(cè)儀檢測(cè)功能失效。

3 結(jié)語(yǔ)

通過以上原因分析可以得出，RAE933 絕緣檢測(cè)故障根本原因?yàn)槿龢O管N4：2N1893 在事件中受到外電源串入沖擊而損壞。該三極管遭到損壞后無法向穩(wěn)壓回路提供穩(wěn)壓支持，在絕緣檢測(cè)儀從有絕緣低報(bào)警到無絕緣低報(bào)警中切換過程中，由于負(fù)荷變化的原因，最終導(dǎo)致±15V DC 穩(wěn)壓器出現(xiàn)超溫過壓保護(hù)，使絕緣檢測(cè)儀檢測(cè)功能失效。