宁德核电站2号发电机转子接地检测系统设计缺陷研究

2014-01-22杨维稼陈晓义张百舸欧小高

大电机技术 2014年5期

杨维稼，陈晓义，张百舸，欧小高，向超

(中广核工程有限公司，深圳 518124)

0 前言

2013年12月30日，宁德核电站2号发电机进行短路试验前的发电机转子回路绝缘检查过程中，当汽机达到额定转速1500r/min时出现发电机转子接地报警信号，转子回路对地绝缘降至65Ω（报警值为＞4000Ω），后将汽机打闸，在汽机惰转过程中，当转速下降至1100r/min时，绝缘开始恢复至正常值（汽机惰转过程中转子绝缘测量值见表1）；重新启机后，在升速过程中，当汽机转速达到1400r/min后，转子绝缘电阻突降至40Ω (汽机升速过程中转子绝缘测量值见表2)。

为判断是否存在发电机转子接地检查装置（DMR系统）误报警，在额定转速1500r/min下，退出接地检测装置，利用专用测量工具，直接测量滑环对地绝缘电阻。测量结果表明确实存在发电机转子回路接地问题。

1 发电机转子回路接地的原因分析及查找处理过程

1.1 原因分析

根据汽机降、升速过程中发电机转子绝缘监测数据分析，发生接地的瞬间总是出现在接近额定转速 1500r/min，而此刻也是旋转设备产生离心作用力的最大时刻，任何松动部件都有可能在离心力作用下发生位移，甚至磨损[1]。发电机转子回路包括三部分：一是发电机转子绕组；二是励磁机旋转整流输出回路；三是连接在转轴上的发电机转子接地检测测量滑环轴，正负滑环引线通过滑环轴膛引接至励磁机旋转整流输出端上，从而直接测量发电机转子对地绝缘，其连接图见图1。

表1 汽机惰转过程中转子绝缘测量值

表2 汽机升速过程中转子绝缘测量值

从图1可以看出，发电机转子回路三个部分，任一部分绝缘损坏都将造成发电机转子回路接地。而从发电机转子及励磁机旋转整流装置结构分析看，这两部分的元器件连接部分均为硬连接，唯有测量滑环轴连接引线为软连接，见图2。因此，后续的故障点查找应重点集中在测量滑环轴连接引线上。

1.2 故障点查找

根据发电机转子回路接地原因分析结果，查找重点集中在测量滑环轴引线回路，按照先易后难、逐一排除的思路制定具体排查逻辑，目的是争取用最短的时间及最小的工作量查出故障点[2]。具体排查逻辑见图3。

图1 发电机5转子绝缘测量回路示意图

图2 滑环轴引线示意图

图3 转子接地故障点排查逻辑图

根据排查逻辑顺序，首先检查在离心力作用下最容易发生连接引线位移的测量滑环轴。在拆除测量滑环轴连接至整流器输出端引线后，通过模拟滑环轴高速旋转时连接引线晃动情况，发现在某一位置出现绝缘电阻下降现象。在拆下滑环轴进行膛内引线检查时，发现引线连接滑环拐角处引线绝缘破损，铜导线裸露（见图4-6），在拉动滑环轴膛外连至整流器引线时，裸铜部位触碰滑环轴导体部分（接地）。据此可以判定，发电机转子回路接地点出现在此处，当发电机转子达到额定转速1500r/min时，离心力作用反复拉动测量滑环轴引线，致使滑环轴膛内连接至滑环的软引线绝缘层破损，包裹在其中的铜线触碰滑环轴导体，引起接地。这也解释了为什么在转速降低离心力下降情况下，磨损的铜线不发生位移也未接触到滑环轴导体，转子绝缘又重新建立的原因，反之亦然。

图4 滑环轴引线

在找出发电机转子回路接地故障点后，用新的测量滑环轴备件更换，并在随后的汽机冲转至1500r/min后，检查转子回路绝缘水平稳定在4000Ω以上，达到正常水平。

图5 滑环引线绝缘破损处-1

2 对测量滑环轴设计缺陷的分析及改进建议

通过对发电机转子回路的检查，判定发生接地点位置在测量滑环轴滑环连接引线上。从滑环轴引线连接设计上分析，发现其存在固有的设计缺陷，具体存在以下三个方面：

一是滑环轴膛内引线不固定，在外力作用下容易发生移动。

图6 滑环引线绝缘破损处-2

二是连接至滑环处的引线弯曲率过大，在引线不固定情况下，极易受到引线孔倒角处摩擦；

三是滑环轴膛外连接至整流器引线不固定，在离心力作用下，若引线过长将造成外引线大幅度摆动，从而拉动滑环轴膛内引线磨损。

根据对测量滑环轴引线设计结构分析判断，建议制造厂进行设计改进，制造厂据此增加了滑环轴膛端口部位绝缘紧固件，并对引线露出部位增加了一层热缩保护膜，进一步加强引线抗破损强度。

图7 滑环轴膛改造对比（左为设计改进后增加紧固件及热缩套的滑环轴，右为原设计滑环轴）

3 改造效果

2014年1月28日，宁德核电站2号机组停机消缺期间，现场对发电机转子绝缘检测系统的测量滑环轴进行了更换，重新启机后，在升速过程中，转子绝缘电阻正常（汽机升速过程中转子绝缘测量值见表3）。

表3 滑环轴更换后汽机升速过程中转子绝缘测量值

4 结论

由于采取科学的分析判断方法，在最短的时间内找到发电机转子接地故障点，避免了因误判断造成拆励磁机旋转整流器，甚至抽发电机转子检查的过程，从而为宁德2号发电机首次并网的顺利实现赢得了宝贵时间。

通过对发电机转子回路接地检查过程的回顾，可以总结出许多良好的实践经验，包括出现问题后对过程数据的收集，对问题过程的模拟重现，原因分析与判断的科学方法论，现场处理的最佳逻辑顺序，对最终结论的经验用于指导设计与制造等。正是采取了这种处理现场问题的正确思路，才达到了最快、最有效地解决发电机转子接地这一重大缺陷的目的。