發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)碳刷裝置測(cè)試系統(tǒng)

黃晨輝

【摘 要】目前在M310型核電機(jī)組，維修后轉(zhuǎn)子接地保護(hù)碳刷裝置或是改進(jìn)型的碳刷裝置直接在機(jī)組上進(jìn)行驗(yàn)證，多次出現(xiàn)因碳刷裝置問(wèn)題引起的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地誤報(bào)警或是轉(zhuǎn)子接地保護(hù)處于無(wú)效運(yùn)行狀態(tài)。本文依托核電廠現(xiàn)有的設(shè)備，通過(guò)簡(jiǎn)單的電氣回路接線，設(shè)計(jì)出一套離線發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)碳刷裝置測(cè)試系統(tǒng)，并介紹其測(cè)試方法。

【關(guān)鍵字】轉(zhuǎn)子接地保護(hù);碳刷裝置;測(cè)試系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）04-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.04.015

Generator rotor grounding protection carbon brush device test system

HUANG Chen-hui

（Fujian Fuqing Nuclear Power Co.， Ltd.， Fuqing Fujian 350318， China）

【Abstract】At present， in the M310 nuclear power unit， after the maintenance， the rotor grounding protection carbon brush device or the improved carbon brush device is directly verified on the unit， and the generator rotor grounding false alarm or multiple occurrences due to the carbon brush device problem occur. The rotor grounding protection is in an inoperative state. Based on the existing equipment of the nuclear power plant， this paper designs a set of offline generator rotor grounding protection carbon brush device test system through simple electrical circuit wiring， and introduces its test method.

【Key words】Rotor grounding protection; Carbon brush device; Test system

1 背景介紹

國(guó)內(nèi)核電廠M310堆型核電機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用注入式接地保護(hù)裝置，通過(guò)采用舉刷裝置定期舉起電刷與滑環(huán)軸接觸，構(gòu)成通電回路來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻值。該系統(tǒng)可靠性不高，國(guó)內(nèi)已發(fā)生過(guò)多次出現(xiàn)誤報(bào)警或是因碳刷裝置卡澀造成轉(zhuǎn)子接地保護(hù)長(zhǎng)期處理無(wú)效運(yùn)行狀態(tài)，原因?yàn)樵撓到y(tǒng)的碳刷裝置無(wú)法適用于其運(yùn)行環(huán)境[1]。

目前，針對(duì)碳刷裝置問(wèn)題，普遍的做法時(shí)在機(jī)組停機(jī)時(shí)拆下碳刷裝置，對(duì)碳刷裝置進(jìn)行拆解清掃，未進(jìn)行驗(yàn)證直接回裝，在機(jī)組啟機(jī)時(shí)進(jìn)行性能驗(yàn)證。為了解決碳刷裝置問(wèn)題，各種新改進(jìn)型碳刷裝置也被設(shè)計(jì)出來(lái)，為驗(yàn)證其性能是否能夠滿足核電廠運(yùn)行條件的要求，也是在發(fā)電機(jī)組進(jìn)行驗(yàn)證，直接用新改進(jìn)的碳刷裝置更換舊碳刷裝置，在一個(gè)周期內(nèi)對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。該驗(yàn)證方法存在以下幾個(gè)問(wèn)題，一是在機(jī)組運(yùn)行期間無(wú)法對(duì)碳刷裝置進(jìn)行更換，只有在停機(jī)檢修期間才能更換，核電機(jī)組最短檢修間隔周期為一年，造成驗(yàn)證時(shí)間長(zhǎng);二是，運(yùn)行期間性能測(cè)試要按核電管理流程進(jìn)行工作，需要付出大量的時(shí)間;三是，裝置驗(yàn)證期間出現(xiàn)報(bào)警將造成機(jī)組AVC系統(tǒng)退出運(yùn)行，影響到機(jī)組安全運(yùn)行。

為了適應(yīng)發(fā)電廠對(duì)接地保護(hù)碳刷裝置性能測(cè)試的要求，我們依托電廠現(xiàn)有的設(shè)備，設(shè)計(jì)出一套離線發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)碳刷裝置測(cè)試系統(tǒng)，并介紹其測(cè)試方法。

2 電路圖詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)碳刷裝置測(cè)試系統(tǒng)電路圖主要分為5個(gè)主要部分：220V交流供電回路（圖1）、110V直流控制回路（圖2）、40V交流電阻值測(cè)試回路（圖3） 、卡澀計(jì)數(shù)器回路（圖4）和外接錄波器電路部分（見(jiàn)圖3處的測(cè)量電壓電流接入錄波器）。

2.1 220V交流供電回路

220V交流供電回路主要為保護(hù)裝置和輔助電源提供外接220V交流電源，如圖1所示，215XZ為阿?，m公司的MX3IPG2A型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，232FF為阿?，m公司的X2/IPG2A型輔助電源，K1為交流空開(kāi)（2A）。

2.2 110V直流控制回路

110V直流控制回路由繼電器通過(guò)接線端子搭接而成，控制對(duì)象為碳刷裝置，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)舉刷。K2為直流空開(kāi)（2A），110VDC為直流穩(wěn)壓電源，KM1/KM2為110V直流中間繼電器，KT為DH48S-S數(shù)顯時(shí)間繼電器（一組循環(huán)延時(shí)輸出），BO1/BO2為帶壓板的接線端子，碳刷1/碳刷2為碳刷裝置，碳刷裝置線圈額定電壓為110V直流，引出三根接線，兩根為供電電源線路，一根連接到碳刷裝置的導(dǎo)電碳刷上。

2.3 40V交流電阻值測(cè)試回路

40V交流電阻值測(cè)試回路，由接地保護(hù)裝置，輔助電源裝置，電容、電阻等構(gòu)成，再通過(guò)碳刷裝置和電動(dòng)機(jī)軸套形成測(cè)試回路，完成接地電阻值的測(cè)量。帶軸套電動(dòng)機(jī)部分為模擬正常的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外接碳刷裝置部分，接地碳刷裝置安裝在此部分，通過(guò)電纜接線與控制部分相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳刷裝置的舉刷控制;變頻器主要用于給電動(dòng)機(jī)供電并實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，為電廠現(xiàn)有的變頻器。C2為電容2uF，模擬發(fā)電機(jī)對(duì)地電容 ，R-可調(diào)電壓（可調(diào)范圍10千歐），模擬發(fā)電機(jī)對(duì)地接地電阻。

2.4 卡澀計(jì)數(shù)器回路

卡澀計(jì)數(shù)器回路由2個(gè)計(jì)數(shù)器組成，一個(gè)對(duì)發(fā)出的接地測(cè)試命令個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，一個(gè)對(duì)碳刷裝置有效舉刷次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器1/計(jì)數(shù)器2為H7EC/T系列超小型自帶電源電子計(jì)數(shù)器。

3 具體實(shí)施方式

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)碳刷裝置測(cè)試系統(tǒng)一次完整的測(cè)試是實(shí)現(xiàn)一次發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻值的測(cè)試，以下將結(jié)合電路圖該來(lái)闡述整個(gè)過(guò)程。

設(shè)備接線。將所有的設(shè)備元器件按圖1至圖4的電路圖接線并擺放整齊或固定牢靠，二次控制電路集中安裝在一個(gè)小柜子。圖3中的測(cè)量電壓并入錄波器電壓輸入通道，測(cè)量電流通過(guò)錄波器電流鉗接入錄波器電流通道。電路中的各壓板觸點(diǎn)初始狀態(tài)如圖1至圖4中所示狀態(tài)。

裝置上電并完成設(shè)置。圖1中，外接220V交流電源，合上K1空開(kāi)，給保護(hù)裝置和輔助電源裝置供電，設(shè)定轉(zhuǎn)子接地保護(hù)定值為4000歐，5秒報(bào)警。圖2中，直流穩(wěn)壓電源外接220V交流電源，設(shè)定直流穩(wěn)壓電源輸出為110V直流，合上K2空開(kāi)，給控制回路供電;設(shè)定時(shí)間繼電器KT循環(huán)延時(shí)輸出接點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)時(shí)間，閉合時(shí)間設(shè)定為10秒，斷開(kāi)時(shí)間設(shè)定大于等于10秒。圖3中，變頻器外接380V交流電源，上電，設(shè)置變頻器輸出控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)每分鐘;設(shè)定可調(diào)電阻R阻值為3000歐。圖4中，對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行復(fù)位，計(jì)數(shù)器數(shù)值為0。打開(kāi)錄波器軟件完成錄波參數(shù)設(shè)置。

手動(dòng)舉刷測(cè)試過(guò)程。圖2中，投入壓板BO1，中間繼電器線圈回路導(dǎo)通，中間繼電器KM1、KM2動(dòng)作，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合。KM2繼電器的輔助觸點(diǎn)KM2-1、KM2-2閉合后接通碳刷裝置1、碳刷裝置2線圈回路，碳刷裝置得電舉刷，接通圖3中的碳刷裝置1、碳刷裝置2與軸套的連接回路。KM1繼電器的輔助觸點(diǎn)KM1-1閉合后接通電阻測(cè)量的一條分支電路（見(jiàn)圖3），輔助觸點(diǎn)KM1-2閉合后啟動(dòng)計(jì)數(shù)1計(jì)數(shù)加1，記錄碳刷裝置舉刷命令次數(shù)。隨著KM1、KM2動(dòng)作，圖3中，保護(hù)裝置215XZ此時(shí)測(cè)量到的電阻值為可調(diào)R的阻值加上兩個(gè)碳刷裝置的導(dǎo)電碳刷與軸套接觸電阻值，碳刷裝置可靠接觸時(shí)，接觸電阻值為0，故碳刷裝置有效舉刷時(shí)，5秒后保護(hù)裝置接點(diǎn)215XZ-1閉合啟動(dòng)計(jì)數(shù)2計(jì)數(shù)加1，記錄碳刷裝置有效舉刷次數(shù)。斷開(kāi)壓板BO1退出手動(dòng)舉刷測(cè)試，各個(gè)動(dòng)作接點(diǎn)返回，完成一次手動(dòng)舉刷測(cè)試過(guò)程。上述測(cè)試可在電動(dòng)機(jī)靜止或1500轉(zhuǎn)每分鐘下進(jìn)行，可查看兩種情況下碳刷裝置舉刷效果。

自動(dòng)舉刷測(cè)試過(guò)程。圖2中，投入壓板BO2，時(shí)間繼電器KT開(kāi)始按設(shè)定的時(shí)間定值循環(huán)控制KT-1接點(diǎn)的閉合與斷開(kāi)。KT-1接點(diǎn)的一次閉合與斷開(kāi)，完成自動(dòng)舉刷一次測(cè)試，對(duì)比于手動(dòng)舉刷測(cè)試過(guò)程，相當(dāng)于手動(dòng)舉刷測(cè)試過(guò)程的壓板BO1投入與斷開(kāi)一次，其中測(cè)試電阻過(guò)程與手動(dòng)舉刷測(cè)試過(guò)程相同，這時(shí)不再闡述。

波形分析。錄波器記錄測(cè)試過(guò)程轉(zhuǎn)子電阻測(cè)試回路的電壓與電流，可根據(jù)電壓電流波形進(jìn)一步判斷碳刷裝置導(dǎo)電碳刷的接觸情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)的一種M310堆型核電機(jī)組用的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)碳刷裝置測(cè)試系統(tǒng)，在任何一家核電廠的電氣維修部門(mén)能夠利用核電廠現(xiàn)有設(shè)備或材料（變頻器、電動(dòng)機(jī)、直流電源裝置、錄波器、接地保護(hù)裝置、電源變換器、繼電器、接線端子、壓板、碳刷裝置、導(dǎo)線）完成碳刷裝置測(cè)試系統(tǒng)的搭建，該測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)舉刷功能，完成模擬發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子接地電阻的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果容易查看，能夠有效驗(yàn)證了碳刷裝置性能。具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面，一是通過(guò)卡澀計(jì)數(shù)器回路兩個(gè)計(jì)數(shù)數(shù)值，能夠準(zhǔn)確的算出碳刷裝置有效舉刷次數(shù)和無(wú)效效舉刷次數(shù)，可以預(yù)判該碳刷裝置運(yùn)行的可靠性;二是，通過(guò)錄波裝置的波形，正?？煽颗e刷的電流波形為正弦波，觀察波（下轉(zhuǎn)第43頁(yè)）（上接第39頁(yè)）形的畸變情況，可分析出每一次舉刷的效果，如電流存在間斷，說(shuō)明碳刷裝置舉刷接觸不良。

目前，該系統(tǒng)已在搭建完成，進(jìn)行了約10000次碳刷裝置性能測(cè)試，運(yùn)行性能穩(wěn)定，為新改進(jìn)型碳刷裝置測(cè)試提供了極大的便利，也有效運(yùn)用于機(jī)組碳刷裝置維修后的性能測(cè)試。實(shí)踐證實(shí)該裝置具有較廣泛的應(yīng)用前景及應(yīng)用價(jià)值，值得推廣。

【參考文獻(xiàn)】

[1]宋清，松陳濤.半轉(zhuǎn)速核能發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)誤報(bào)警分析處理，東方電氣評(píng)論，2014，28（109）：55-59.