发电机转子接地保护碳刷装置测试系统

黄晨辉

【摘 要】目前在M310型核电机组，维修后转子接地保护碳刷装置或是改进型的碳刷装置直接在机组上进行验证，多次出现因碳刷装置问题引起的发电机转子接地误报警或是转子接地保护处于无效運行状态。本文依托核电厂现有的设备，通过简单的电气回路接线，设计出一套离线发电机转子接地保护碳刷装置测试系统，并介绍其测试方法。

【关键字】转子接地保护;碳刷装置;测试系统

中图分类号： TM31 文献标识码： A 文章编号： 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 背景介绍

国内核电厂M310堆型核电机组的发电机转子接地保护采用注入式接地保护装置，通过采用举刷装置定期举起电刷与滑环轴接触，构成通电回路来测量转子绕组绝缘电阻值。该系统可靠性不高，国内已发生过多次出现误报警或是因碳刷装置卡涩造成转子接地保护长期处理无效运行状态，原因为该系统的碳刷装置无法适用于其运行环境[1]。

目前，针对碳刷装置问题，普遍的做法时在机组停机时拆下碳刷装置，对碳刷装置进行拆解清扫，未进行验证直接回装，在机组启机时进行性能验证。为了解决碳刷装置问题，各种新改进型碳刷装置也被设计出来，为验证其性能是否能够满足核电厂运行条件的要求，也是在发电机组进行验证，直接用新改进的碳刷装置更换旧碳刷装置，在一个周期内对其性能进行测试。该验证方法存在以下几个问题，一是在机组运行期间无法对碳刷装置进行更换，只有在停机检修期间才能更换，核电机组最短检修间隔周期为一年，造成验证时间长;二是，运行期间性能测试要按核电管理流程进行工作，需要付出大量的时间;三是，装置验证期间出现报警将造成机组AVC系统退出运行，影响到机组安全运行。

为了适应发电厂对接地保护碳刷装置性能测试的要求，我们依托电厂现有的设备，设计出一套离线发电机转子接地保护碳刷装置测试系统，并介绍其测试方法。

2 电路图详细设计方案

发电机转子接地保护碳刷装置测试系统电路图主要分为5个主要部分：220V交流供电回路（图1）、110V直流控制回路（图2）、40V交流电阻值测试回路（图3） 、卡涩计数器回路（图4）和外接录波器电路部分（见图3处的测量电压电流接入录波器）。

2.1 220V交流供电回路

220V交流供电回路主要为保护装置和辅助电源提供外接220V交流电源，如图1所示，215XZ为阿海珐公司的MX3IPG2A型转子接地保护装置，232FF为阿海珐公司的X2/IPG2A型辅助电源，K1为交流空开（2A）。

2.2 110V直流控制回路

110V直流控制回路由继电器通过接线端子搭接而成，控制对象为碳刷装置，可实现手动/自动举刷。K2为直流空开（2A），110VDC为直流稳压电源，KM1/KM2为110V直流中间继电器，KT为DH48S-S数显时间继电器（一组循环延时输出），BO1/BO2为带压板的接线端子，碳刷1/碳刷2为碳刷装置，碳刷装置线圈额定电压为110V直流，引出三根接线，两根为供电电源线路，一根连接到碳刷装置的导电碳刷上。

2.3 40V交流电阻值测试回路

40V交流电阻值测试回路，由接地保护装置，辅助电源装置，电容、电阻等构成，再通过碳刷装置和电动机轴套形成测试回路，完成接地电阻值的测量。带轴套电动机部分为模拟正常的发电机转子外接碳刷装置部分，接地碳刷装置安装在此部分，通过电缆接线与控制部分相连，实现对碳刷装置的举刷控制;变频器主要用于给电动机供电并实现电动机转速的控制，为电厂现有的变频器。C2为电容2uF，模拟发电机对地电容 ，R-可调电压（可调范围10千欧），模拟发电机对地接地电阻。

2.4 卡涩计数器回路

卡涩计数器回路由2个计数器组成，一个对发出的接地测试命令个数进行计数，一个对碳刷装置有效举刷次数进行计数。计数器1/计数器2为H7EC/T系列超小型自带电源电子计数器。

3 具体实施方式

发电机转子接地保护碳刷装置测试系统一次完整的测试是实现一次发电机转子接地电阻值的测试，以下将结合电路图该来阐述整个过程。

设备接线。将所有的设备元器件按图1至图4的电路图接线并摆放整齐或固定牢靠，二次控制电路集中安装在一个小柜子。图3中的测量电压并入录波器电压输入通道，测量电流通过录波器电流钳接入录波器电流通道。电路中的各压板触点初始状态如图1至图4中所示状态。

装置上电并完成设置。图1中，外接220V交流电源，合上K1空开，给保护装置和辅助电源装置供电，设定转子接地保护定值为4000欧，5秒报警。图2中，直流稳压电源外接220V交流电源，设定直流稳压电源输出为110V直流，合上K2空开，给控制回路供电;设定时间继电器KT循环延时输出接点的闭合与断开时间，闭合时间设定为10秒，断开时间设定大于等于10秒。图3中，变频器外接380V交流电源，上电，设置变频器输出控制电动机转速为1500转每分钟;设定可调电阻R阻值为3000欧。图4中，对计数器进行复位，计数器数值为0。打开录波器软件完成录波参数设置。

手动举刷测试过程。图2中，投入压板BO1，中间继电器线圈回路导通，中间继电器KM1、KM2动作，常开触点闭合。KM2继电器的辅助触点KM2-1、KM2-2闭合后接通碳刷装置1、碳刷装置2线圈回路，碳刷装置得电举刷，接通图3中的碳刷装置1、碳刷装置2与轴套的连接回路。KM1继电器的辅助触点KM1-1闭合后接通电阻测量的一条分支电路（见图3），辅助触点KM1-2闭合后启动计数1计数加1，记录碳刷装置举刷命令次数。随着KM1、KM2动作，图3中，保护装置215XZ此时测量到的电阻值为可调R的阻值加上两个碳刷装置的导电碳刷与轴套接触电阻值，碳刷装置可靠接触时，接触电阻值为0，故碳刷装置有效举刷时，5秒后保护装置接点215XZ-1闭合启动计数2计数加1，记录碳刷装置有效举刷次数。断开压板BO1退出手动举刷测试，各个动作接点返回，完成一次手动举刷测试过程。上述测试可在电动机静止或1500转每分钟下进行，可查看两种情况下碳刷装置举刷效果。

自动举刷测试过程。图2中，投入压板BO2，时间继电器KT开始按设定的时间定值循环控制KT-1接点的闭合与断开。KT-1接点的一次闭合与断开，完成自动举刷一次测试，对比于手动举刷测试过程，相当于手动举刷测试过程的压板BO1投入与断开一次，其中测试电阻过程与手动举刷测试过程相同，这时不再阐述。

波形分析。录波器记录测试过程转子电阻测试回路的电压与电流，可根据电压电流波形进一步判断碳刷装置导电碳刷的接触情况。

4 結束语

设计的一种M310堆型核电机组用的发电机转子接地保护碳刷装置测试系统，在任何一家核电厂的电气维修部门能够利用核电厂现有设备或材料（变频器、电动机、直流电源装置、录波器、接地保护装置、电源变换器、继电器、接线端子、压板、碳刷装置、导线）完成碳刷装置测试系统的搭建，该测试系统可实现手动和自动举刷功能，完成模拟发电机运行时转子接地电阻的测试，测试结果容易查看，能够有效验证了碳刷装置性能。具体体现在以下两个方面，一是通过卡涩计数器回路两个计数数值，能够准确的算出碳刷装置有效举刷次数和无效效举刷次数，可以预判该碳刷装置运行的可靠性;二是，通过录波装置的波形，正常可靠举刷的电流波形为正弦波，观察波（下转第43页）（上接第39页）形的畸变情况，可分析出每一次举刷的效果，如电流存在间断，说明碳刷装置举刷接触不良。

目前，该系统已在搭建完成，进行了约10000次碳刷装置性能测试，运行性能稳定，为新改进型碳刷装置测试提供了极大的便利，也有效运用于机组碳刷装置维修后的性能测试。实践证实该装置具有较广泛的应用前景及应用价值，值得推广。

【参考文献】

[1]宋清，松陈涛.半转速核能发电机转子接地保护误报警分析处理，东方电气评论，2014，28（109）：55-59.