劉建忠 魏祖榮

摘? ?要：DCS作為核電站的“中樞神經(jīng)”，承擔(dān)著核電機(jī)組實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制功能的重要角色。DCS直流供電系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障，會(huì)給電站DCS系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)極大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。DCS直流接地故障定位對(duì)人員技能和專業(yè)知識(shí)有著極高的要求，本文主要介紹一種功能完整、冗余供電的新型核電廠DCS直流接地故障查找模擬系統(tǒng)，通過(guò)人為模擬直流接地故障點(diǎn)，為人員提供一個(gè)直流接地故障定位的平臺(tái)。此模擬系統(tǒng)作為DCS供電相關(guān)知識(shí)和直流接地查找技能培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也可作為設(shè)備功能性測(cè)試、故障分析和解決方案驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：直流接地? DCS系統(tǒng)? 核電廠? 冗余? 故障定位

中圖分類號(hào)：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（c）-0106-03

1? 背景介紹

DCS（集散控制系統(tǒng)）作為以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的數(shù)字化控制系統(tǒng)，是核電機(jī)組不可缺少的重要組成。對(duì)于DCS的直流電源供電系統(tǒng)，如果出現(xiàn)單點(diǎn)直流接地，會(huì)給核電機(jī)組DCS安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大的潛在風(fēng)險(xiǎn)。如果同時(shí)存在兩點(diǎn)直流接地的缺陷，有可能引起信號(hào)裝置、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、斷路器的誤動(dòng)作或拒絕動(dòng)作，造成直流電源短路，引發(fā)DCS系統(tǒng)嚴(yán)重故障。例如，在福清核電站，DCS系統(tǒng)直流接地故障會(huì)被定義為紅色緊急故障報(bào)警，會(huì)立即要求維修儀控部門檢查處理，如果儀控部門未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)定位并消除故障，核電站運(yùn)行部門則要執(zhí)行相關(guān)的安全性評(píng)估試驗(yàn)。

DCS直流接地故障的定位對(duì)工作人員的直流供電理論和人員技能有著極高的要求。

2? 設(shè)計(jì)方案

2.1 整體設(shè)計(jì)

整體設(shè)計(jì)如圖1所示，220V交流電通過(guò)直流48V電源模塊轉(zhuǎn)變?yōu)?8V直流電。48V直流電的其中一路為DCS供電機(jī)柜001TB、002TB供電，另外一路為DCS供電機(jī)柜003TB、004TB供電。相鄰兩個(gè)DCS供電機(jī)柜互為冗余設(shè)計(jì)，每一個(gè)DCS負(fù)載機(jī)柜由兩個(gè)DCS供電機(jī)柜進(jìn)行供電。DCS負(fù)載機(jī)柜001AR、002AR均由一號(hào)DCS供電機(jī)柜001TB和 002TB進(jìn)行冗余供電。DCS負(fù)載機(jī)柜003AR、004AR、005AR、006AR均由DCS供電機(jī)柜003TB和004TB進(jìn)行冗余供電。

電氣絕緣監(jiān)測(cè)儀的作用： 電氣絕緣監(jiān)測(cè)儀分別與四個(gè)電氣絕緣監(jiān)測(cè)儀附屬傳感器單獨(dú)連接電氣絕緣監(jiān)測(cè)儀安裝在供電母線上，每個(gè)電氣絕緣監(jiān)測(cè)儀附屬傳感器安裝在DCS供電機(jī)柜001TB、002TB、003TB、004TB上游供電支路上。通過(guò)安裝在各個(gè)支路上的傳感器，提供對(duì)各個(gè)支路對(duì)地絕緣性能的監(jiān)測(cè)。

2.2 DCS供電機(jī)柜的內(nèi)部設(shè)計(jì)

DCS供電機(jī)柜001TB、002TB、003TB、004TB的內(nèi)部設(shè)計(jì)如圖2所示，直流母線端子排由48V直流電進(jìn)行供電，共有8條支路，分別為001UP、002UP、003UP、004UP、005UP、006UP、007UP、008UP，用于給下游的DCS機(jī)柜進(jìn)行供電，可以根據(jù)需求選擇使用部分或全部支路。48V直流電的母線上，設(shè)計(jì)有一個(gè)直流接地故障查找儀供電端子（一個(gè)供電正極和一個(gè)供電負(fù)極），用于給直流接地故障查找儀供電。塑殼式斷路器的作用：（1）控制作用：開(kāi)關(guān)按鈕可以對(duì)下游設(shè)備進(jìn)行供、斷電操作;（2）保護(hù)作用：斷開(kāi)異?；芈氛{(diào)節(jié)（包括短路條件）下的電流。

2.3 DCS供電機(jī)柜和DCS負(fù)載機(jī)柜之間的冗余供電設(shè)計(jì)

對(duì)于兩個(gè)相互冗余的供電機(jī)柜，比如001TB和002TB，那么001TB的001UP和002TB的001UP是互為冗余的關(guān)系，這兩個(gè)支路會(huì)給同一個(gè)DCS負(fù)載機(jī)柜的同一個(gè)端子排進(jìn)行48V直流冗余供電。以003TB和004TB為例，圖3為DCS供電機(jī)柜003TB、004TB供電單線圖，那么003TB的001UP供電支路和004TB的001UP供電支路是互為冗余的關(guān)系，均是給DCS負(fù)載機(jī)柜003AR內(nèi)的500BN進(jìn)行供電，003TB的002UP和004TB的002UP、003TB的003UP和004TB的003UP、003TB的004UP和004TB的004UP也是互為冗余的供電關(guān)系。

2.4 DCS負(fù)載機(jī)柜的內(nèi)部供電設(shè)計(jì)

如圖4所示，每個(gè)DCS負(fù)載機(jī)柜的內(nèi)部設(shè)置有接受DCS供電機(jī)柜冗余供電的端子排，接受DCS供電機(jī)柜供電的端子排為帶有刀閘的供電端子排100BN，可以控制下游電路的得、失電。

選通模塊在兩路冗余48V電源之間選擇穩(wěn)定的一路48V電源輸出，并阻斷不穩(wěn)定的另一路電流輸出。經(jīng)過(guò)選通模塊選擇后，分成兩條支路，經(jīng)過(guò)供電端子排給負(fù)載進(jìn)行供電。

供電端子排101BN采用“雙輸入，單輸出”的設(shè)計(jì)，將兩路電源的兩個(gè)正極相互短接，兩個(gè)負(fù)極相互短接，從而保證供電的冗余性。

兩個(gè)供電開(kāi)關(guān)100JA和101JA均是單刀雙擲開(kāi)關(guān)，100JA不動(dòng)端連接負(fù)載，動(dòng)端連接供電端子排的供電正極或者接地端。當(dāng)動(dòng)端與接地端相連時(shí)會(huì)產(chǎn)生正極接地故障，可用于人為模擬正極接地故障。101JA的不動(dòng)端連接負(fù)載，動(dòng)端連接供電端子排的供電負(fù)極和接地端。當(dāng)與接地端相連時(shí)會(huì)產(chǎn)生負(fù)極接地故障，可用于人為模擬負(fù)極接地故障。

3? 直流接地故障故障查找儀在本模擬系統(tǒng)的使用

直流接地故障查找儀共需要三個(gè)接口，分別是48V直流電的供電正、負(fù)極以及接地線接口，如圖2（DCS供電機(jī)柜內(nèi)部設(shè)計(jì)圖）所示，在DCS供電機(jī)柜內(nèi)部48V直流母線上設(shè)置有一個(gè)端子排，為直流接地故障查找儀提供48V直流電的供電正、負(fù)極接口;由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的外部結(jié)構(gòu)均與接地線相連，所以可以提供接地線接口，滿足直流接地故障查找儀的使用條件。

直流接地故障查找儀的基本原理是利用接地點(diǎn)的漏電流信號(hào)，當(dāng)直流系統(tǒng)中某條饋線回路發(fā)生絕緣異常后，該支路中對(duì)地絕緣阻抗中即會(huì)產(chǎn)生與阻值大小相關(guān)的漏電流大小，直流接地故障查找儀通過(guò)對(duì)系統(tǒng)對(duì)地電壓及各個(gè)支路漏電流大小進(jìn)行分析，并將測(cè)試結(jié)果用絕緣量化指標(biāo)表示出來(lái)，絕緣量化指標(biāo)越高表示絕緣情況越差，越低表示絕緣情況越好。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了此新型核電廠DCS直流接地故障查找模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理。作為一個(gè)功能完整的新型核電廠DCS直流接地故障查找模擬系統(tǒng)，采用“冗余供電，選通模塊進(jìn)行優(yōu)選”的供電設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)主要包括DCS供電機(jī)柜、DCS負(fù)載機(jī)柜、電氣絕緣監(jiān)測(cè)儀、直流接地故障查找儀等主要結(jié)構(gòu)部件。此模擬系統(tǒng)作為DCS供電相關(guān)知識(shí)和直流接地查找技能培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也可作為設(shè)備功能性測(cè)試、故障分析和解決方案驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)

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