寧德核電站2號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地檢測系統(tǒng)設(shè)計缺陷研究

楊維稼，陳曉義，張百舸，歐小高，向 超

(中廣核工程有限公司，深圳 518124)

0 前言

2013年12月30日，寧德核電站2號發(fā)電機(jī)進(jìn)行短路試驗前的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路絕緣檢查過程中，當(dāng)汽機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1500r/min時出現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地報警信號，轉(zhuǎn)子回路對地絕緣降至65Ω（報警值為＞4000Ω），后將汽機(jī)打閘，在汽機(jī)惰轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至1100r/min時，絕緣開始恢復(fù)至正常值（汽機(jī)惰轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子絕緣測量值見表1）；重新啟機(jī)后，在升速過程中，當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到1400r/min后，轉(zhuǎn)子絕緣電阻突降至40Ω (汽機(jī)升速過程中轉(zhuǎn)子絕緣測量值見表2)。

為判斷是否存在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地檢查裝置（DMR系統(tǒng)）誤報警，在額定轉(zhuǎn)速1500r/min下，退出接地檢測裝置，利用專用測量工具，直接測量滑環(huán)對地絕緣電阻。測量結(jié)果表明確實存在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地問題。

1 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地的原因分析及查找處理過程

1.1 原因分析

根據(jù)汽機(jī)降、升速過程中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，發(fā)生接地的瞬間總是出現(xiàn)在接近額定轉(zhuǎn)速 1500r/min，而此刻也是旋轉(zhuǎn)設(shè)備產(chǎn)生離心作用力的最大時刻，任何松動部件都有可能在離心力作用下發(fā)生位移，甚至磨損[1]。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路包括三部分：一是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組；二是勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流輸出回路；三是連接在轉(zhuǎn)軸上的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地檢測測量滑環(huán)軸，正負(fù)滑環(huán)引線通過滑環(huán)軸膛引接至勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流輸出端上，從而直接測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對地絕緣，其連接圖見圖1。

表1 汽機(jī)惰轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子絕緣測量值

表2 汽機(jī)升速過程中轉(zhuǎn)子絕緣測量值

從圖1可以看出，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路三個部分，任一部分絕緣損壞都將造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地。而從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流裝置結(jié)構(gòu)分析看，這兩部分的元器件連接部分均為硬連接，唯有測量滑環(huán)軸連接引線為軟連接，見圖2。因此，后續(xù)的故障點查找應(yīng)重點集中在測量滑環(huán)軸連接引線上。

1.2 故障點查找

根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地原因分析結(jié)果，查找重點集中在測量滑環(huán)軸引線回路，按照先易后難、逐一排除的思路制定具體排查邏輯，目的是爭取用最短的時間及最小的工作量查出故障點[2]。具體排查邏輯見圖3。

圖1 發(fā)電機(jī)5轉(zhuǎn)子絕緣測量回路示意圖

圖2 滑環(huán)軸引線示意圖

圖3 轉(zhuǎn)子接地故障點排查邏輯圖

根據(jù)排查邏輯順序，首先檢查在離心力作用下最容易發(fā)生連接引線位移的測量滑環(huán)軸。在拆除測量滑環(huán)軸連接至整流器輸出端引線后，通過模擬滑環(huán)軸高速旋轉(zhuǎn)時連接引線晃動情況，發(fā)現(xiàn)在某一位置出現(xiàn)絕緣電阻下降現(xiàn)象。在拆下滑環(huán)軸進(jìn)行膛內(nèi)引線檢查時，發(fā)現(xiàn)引線連接滑環(huán)拐角處引線絕緣破損，銅導(dǎo)線裸露（見圖4-6），在拉動滑環(huán)軸膛外連至整流器引線時，裸銅部位觸碰滑環(huán)軸導(dǎo)體部分（接地）。據(jù)此可以判定，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地點出現(xiàn)在此處，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子達(dá)到額定轉(zhuǎn)速1500r/min時，離心力作用反復(fù)拉動測量滑環(huán)軸引線，致使滑環(huán)軸膛內(nèi)連接至滑環(huán)的軟引線絕緣層破損，包裹在其中的銅線觸碰滑環(huán)軸導(dǎo)體，引起接地。這也解釋了為什么在轉(zhuǎn)速降低離心力下降情況下，磨損的銅線不發(fā)生位移也未接觸到滑環(huán)軸導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子絕緣又重新建立的原因，反之亦然。

圖4 滑環(huán)軸引線

在找出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地故障點后，用新的測量滑環(huán)軸備件更換，并在隨后的汽機(jī)沖轉(zhuǎn)至1500r/min后，檢查轉(zhuǎn)子回路絕緣水平穩(wěn)定在4000Ω以上，達(dá)到正常水平。

圖5 滑環(huán)引線絕緣破損處-1

2 對測量滑環(huán)軸設(shè)計缺陷的分析及改進(jìn)建議

通過對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的檢查，判定發(fā)生接地點位置在測量滑環(huán)軸滑環(huán)連接引線上。從滑環(huán)軸引線連接設(shè)計上分析，發(fā)現(xiàn)其存在固有的設(shè)計缺陷，具體存在以下三個方面：

一是滑環(huán)軸膛內(nèi)引線不固定，在外力作用下容易發(fā)生移動。

圖6 滑環(huán)引線絕緣破損處-2

二是連接至滑環(huán)處的引線彎曲率過大，在引線不固定情況下，極易受到引線孔倒角處摩擦；

三是滑環(huán)軸膛外連接至整流器引線不固定，在離心力作用下，若引線過長將造成外引線大幅度擺動，從而拉動滑環(huán)軸膛內(nèi)引線磨損。

根據(jù)對測量滑環(huán)軸引線設(shè)計結(jié)構(gòu)分析判斷，建議制造廠進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，制造廠據(jù)此增加了滑環(huán)軸膛端口部位絕緣緊固件，并對引線露出部位增加了一層熱縮保護(hù)膜，進(jìn)一步加強(qiáng)引線抗破損強(qiáng)度。

圖7 滑環(huán)軸膛改造對比（左為設(shè)計改進(jìn)后增加緊固件及熱縮套的滑環(huán)軸，右為原設(shè)計滑環(huán)軸）

3 改造效果

2014年1月28日，寧德核電站2號機(jī)組停機(jī)消缺期間，現(xiàn)場對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣檢測系統(tǒng)的測量滑環(huán)軸進(jìn)行了更換，重新啟機(jī)后，在升速過程中，轉(zhuǎn)子絕緣電阻正常（汽機(jī)升速過程中轉(zhuǎn)子絕緣測量值見表3）。

表3 滑環(huán)軸更換后汽機(jī)升速過程中轉(zhuǎn)子絕緣測量值

4 結(jié)論

由于采取科學(xué)的分析判斷方法，在最短的時間內(nèi)找到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障點，避免了因誤判斷造成拆勵磁機(jī)旋轉(zhuǎn)整流器，甚至抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢查的過程，從而為寧德2號發(fā)電機(jī)首次并網(wǎng)的順利實現(xiàn)贏得了寶貴時間。

通過對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路接地檢查過程的回顧，可以總結(jié)出許多良好的實踐經(jīng)驗，包括出現(xiàn)問題后對過程數(shù)據(jù)的收集，對問題過程的模擬重現(xiàn)，原因分析與判斷的科學(xué)方法論，現(xiàn)場處理的最佳邏輯順序，對最終結(jié)論的經(jīng)驗用于指導(dǎo)設(shè)計與制造等。正是采取了這種處理現(xiàn)場問題的正確思路，才達(dá)到了最快、最有效地解決發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地這一重大缺陷的目的。

圖8 滑環(huán)軸膛端口絕緣緊固件及引線熱縮特寫圖

[1]劉志東, 王貴文, 段紅茹. 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地原因分析及處理[J]. 西北電力技術(shù), 2006(2).

[2]劉俊英, 王恒. 一種查找轉(zhuǎn)子動態(tài)接地點位置的方法[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2009(5).