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 王建濤1，張法朝2，趙  乾1，徐超3，陳俊達(dá)1，吳永濤1，張文軍1

（1．中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司大修中心電氣分部，深圳518124;2．河南省澠池縣電業(yè)

  局，河南澠池472400;3．大亞灣核電運(yùn)營(yíng)管理有限公司電氣處，深圳518124）

[摘要]某核電廠3號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)在大修并網(wǎng)后出現(xiàn)軸電流高一段報(bào)警，其時(shí)間段與轉(zhuǎn)子接地保護(hù)舉刷時(shí)間吻合。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)大軸碳刷在舉刷狀態(tài)下存在接地故障，引起8號(hào)瓦大軸處出現(xiàn)第2個(gè)接地點(diǎn)，軸電壓形成環(huán)流導(dǎo)致軸電流報(bào)警。因在運(yùn)行中無(wú)法更換大軸碳刷，采用了斷開(kāi)其電源線和信號(hào)線，使其不再舉刷從而消除故障點(diǎn)的臨時(shí)應(yīng)急處理措施；通過(guò)將接地保護(hù)繼電器連接至大軸碳刷的引線直接接地來(lái)維持信號(hào)構(gòu)成轉(zhuǎn)子接地保護(hù)回路，成功消除了報(bào)警，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)和發(fā)電機(jī)軸電流監(jiān)測(cè)裝置工作正常。經(jīng)設(shè)備大修解體檢查大軸碳刷，發(fā)現(xiàn)信號(hào)引線在碳刷內(nèi)部破皮，直接接觸到碳刷本體，引起接地故障，導(dǎo)致了

軸電流報(bào)警。經(jīng)實(shí)踐證明，可增加在舉刷狀態(tài)及引線晃動(dòng)狀態(tài)下的絕緣測(cè)量項(xiàng)目，有效地避免這類故障的發(fā)生，對(duì)類似發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)裝置故障有較好的借鑒作用。

[關(guān)鍵詞]發(fā)電機(jī)；軸電流；報(bào)警；轉(zhuǎn)子接地保護(hù)；碳刷；故障

[中圖分類號(hào)] TM311[文章編號(hào)]1000-3983(2016)03-0046-04

0  引言

 2014年4月19日，某核電廠3號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)（額定功率1086 MW，定子額定電壓24kV）在機(jī)組第4次大修后并網(wǎng)發(fā)電，凌晨2:06出現(xiàn)軸電流高一段報(bào)警，不到1s后消失。在接下來(lái)的幾天均在2:06出現(xiàn)報(bào)警。其報(bào)警時(shí)間與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)舉刷測(cè)量時(shí)間吻合。

 經(jīng)對(duì)發(fā)電機(jī)軸電流進(jìn)行錄波測(cè)量表明，在報(bào)警期間，軸電流從正常運(yùn)行的0.04A升高到約1.6A，持續(xù)時(shí)間約10s，確實(shí)超過(guò)了軸電流高一段報(bào)警整定值，為真實(shí)報(bào)警。

 第一次大修后本機(jī)也曾出現(xiàn)過(guò)2次軸電流報(bào)警與轉(zhuǎn)子接地保護(hù)舉刷時(shí)間相吻合的現(xiàn)象，但之后報(bào)警未再次出現(xiàn)，未找到故障原因。本次軸電流報(bào)警連續(xù)出現(xiàn)，為尋找報(bào)警原因提供了可解決的方案。

1原因分析

1.1軸電流監(jiān)測(cè)和報(bào)警裝置

 發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行中，會(huì)因各種原因在轉(zhuǎn)子大軸上產(chǎn)生對(duì)地電壓。為防止過(guò)高的軸電壓對(duì)軸承部件的損壞，在轉(zhuǎn)子汽端安裝大軸接地碳刷來(lái)鉗制電位。為防止軸電壓通過(guò)勵(lì)端軸瓦形成兩點(diǎn)接地引起環(huán)流，勵(lì)端軸瓦采用對(duì)地絕緣設(shè)計(jì)。

 本機(jī)汽端軸瓦為7號(hào)瓦，安裝了接地碳刷。勵(lì)端軸瓦為8號(hào)瓦，采用絕緣設(shè)計(jì)。如果8號(hào)瓦在運(yùn)行中絕緣過(guò)低，兩點(diǎn)接地引起環(huán)流增加，過(guò)大的電流則會(huì)損壞軸瓦。安裝軸電流監(jiān)測(cè)裝置（如圖1所示）可通過(guò)測(cè)量7號(hào)瓦軸接地回路電流來(lái)反映8號(hào)瓦的絕緣情況。供貨商Alstom公司規(guī)定：當(dāng)軸電流超過(guò)0.2A且持續(xù)10 s時(shí)，發(fā)一段報(bào)警，此時(shí)應(yīng)查明原因，關(guān)注發(fā)電機(jī)狀態(tài)。軸電流超過(guò)2A時(shí)，無(wú)延時(shí)發(fā)二段報(bào)警，確認(rèn)8號(hào)瓦絕緣故障、電流升高，應(yīng)盡快安排停機(jī)。

1.2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置

 本機(jī)采用Alstom公司MX31PG2A交流注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，將40 V，50 Hz信號(hào)通過(guò)碳刷和滑環(huán)注入到大軸滑環(huán)和轉(zhuǎn)子負(fù)極繞組之間，如圖2、3所示。正常運(yùn)行期間，在電磁鐵控制下，碳刷每間隔24 h舉刷1次，每次持續(xù)10 s，測(cè)量轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣定期監(jiān)測(cè)功能。

1.3軸電流報(bào)警原因分析

 軸電流報(bào)警呈現(xiàn)規(guī)則的24 h間隔，可能與轉(zhuǎn)子接地保護(hù)舉刷有關(guān)。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)舉刷時(shí)間與軸電流報(bào)警時(shí)間吻合。

 如圖4所示，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置的大軸碳刷在舉刷狀態(tài)下與8號(hào)瓦處大軸相連接，若大軸碳刷在舉刷狀態(tài)下存在接地故障，則會(huì)在8號(hào)瓦大軸處引起第2個(gè)接地點(diǎn)，等同于軸絕緣失效，從而引起軸電流增加、監(jiān)測(cè)裝置報(bào)警。

  轉(zhuǎn)子接地保護(hù)大軸碳刷接地故障點(diǎn)的等效電路圖如圖5所示。

1.4大軸碳刷絕緣故障檢查

 大軸碳刷與1500 r/min旋轉(zhuǎn)的滑環(huán)間隙僅2.5mm，無(wú)法拆除檢查。如果舉刷測(cè)量，大軸碳刷與轉(zhuǎn)子大軸直接接觸而無(wú)法絕緣。在大軸碳刷與滑環(huán)間插入1mm厚的環(huán)氧樹(shù)脂絕緣板后測(cè)量絕緣，結(jié)果為0，用萬(wàn)用表測(cè)量對(duì)地直阻僅1.6Ω，確認(rèn)大軸碳刷存在接地故障點(diǎn)。

 由于發(fā)電機(jī)運(yùn)行中碳刷支架及碳刷離高速旋轉(zhuǎn)的整流輪和滑環(huán)距離過(guò)近，不具備更換碳刷條件，需要制定臨時(shí)的應(yīng)急處理方案，使軸電流裝置恢復(fù)正常運(yùn)行，消除報(bào)警。

2處理方案

2.1臨時(shí)應(yīng)急處理方案

 分析軸電流裝置和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)等效原理圖及連接圖，可斷開(kāi)大軸碳刷在端子箱中的電源線和信號(hào)線，使其不再舉刷從而消除故障點(diǎn)。對(duì)于轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，可將接地保護(hù)繼電器連接至大軸碳刷的引線直接接地來(lái)維持信號(hào)構(gòu)成回路，如圖6所示。

 軸電流監(jiān)測(cè)和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原為2個(gè)獨(dú)立回路，臨時(shí)措施將大軸接地回路作為公用回路，即轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的電流通過(guò)大軸接地碳刷回路和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)繼電器的地端構(gòu)成回路，等效電氣圖如圖6所示。

 如圖7所示，接地保護(hù)繼電器中流過(guò)的電流與處理方案實(shí)施前無(wú)變化，對(duì)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)測(cè)量無(wú)影響。軸電流監(jiān)測(cè)裝置方面，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)繼電器的注入電流將流過(guò)發(fā)電機(jī)大軸接地電纜，從而疊加到軸電流中。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)繼電器注入電流有效值為12mA。當(dāng)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)舉刷的10s內(nèi)，軸電流將有約12 m A的上升，即從40 m A左右上升

到52mA左右，遠(yuǎn)小于軸電流一段報(bào)警值200mA。另外，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)繼電器內(nèi)部有限流電阻與電容，可保證保護(hù)繼電器出口短路時(shí)電流約24 m A。即使萬(wàn)一運(yùn)行中發(fā)生轉(zhuǎn)子繞組接地故障，亦可保證軸電流僅會(huì)增加至64 m A左右，設(shè)備不會(huì)報(bào)警。

2.2臨時(shí)應(yīng)急處理方案實(shí)施效果

 臨時(shí)應(yīng)急處理方案實(shí)施后，進(jìn)行了3次手動(dòng)舉刷測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果表明：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)注入波形錄波正常，讀數(shù)穩(wěn)定。軸電流測(cè)量電流基本無(wú)變化，工作正常。

 從臨時(shí)方案實(shí)施到大修停機(jī)7個(gè)多月間，軸電流再未出現(xiàn)報(bào)警，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)工作正常。

2.3大軸碳刷接地故障的根本原因

 嶺澳核電站二期1號(hào)機(jī)組第5次大修( L305)停機(jī)后對(duì)大軸碳刷進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)信號(hào)引線在碳刷內(nèi)部破皮，碰到了碳刷本體引起接地，如圖8所示。

 破皮處在直線段，呈現(xiàn)明顯刮痕而非摩擦痕跡，刮痕與引線拐角痕跡同側(cè)；另外，直線段內(nèi)壁光滑，沒(méi)有摩擦外皮的部位，如果在運(yùn)行中晃動(dòng)摩擦，應(yīng)先磨破拐角而非直線段。引線一端由航空插頭固定，另一端由環(huán)氧螺釘固定，兩端均無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。引線截面約4mm2，硬度較高，在運(yùn)行中不會(huì)晃動(dòng)。

 結(jié)合以上信息可判斷此故障原因?yàn)橹圃炱陂g，穿信號(hào)線人孔時(shí)，孔的拐角刮破了線外皮，導(dǎo)致線芯與本體失去絕緣而接地。

 第1次大修后報(bào)警2次就消失，原因是引線與碳刷本體有小的間隙，未完全接地。

2.4大軸碳刷接地故障反饋

 由于引號(hào)線長(zhǎng)度有限，檢查內(nèi)部引線必須剪斷航空接頭背面的接線，對(duì)更換的負(fù)極碳刷及新更換的備件大軸碳刷引線的檢查方法可采用：拆開(kāi)航空插頭，將內(nèi)部引線在各個(gè)方向上晃動(dòng)，同時(shí)測(cè)量舉刷狀態(tài)下的絕緣。如果絕緣穩(wěn)定，可判斷無(wú)破皮。如引線在晃動(dòng)過(guò)程中絕緣有變化，可斷定外表有破皮。

3結(jié)論

 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)大軸碳刷在舉刷狀態(tài)下存在接地故障，引起8號(hào)瓦大軸處出現(xiàn)第2個(gè)接地點(diǎn)，軸電壓形成環(huán)流導(dǎo)致軸電流報(bào)警。

 由于在運(yùn)行中無(wú)法更換大軸碳刷，只好通過(guò)斷開(kāi)其電源線和信號(hào)線，使其不再舉刷從而消除故障點(diǎn)。對(duì)于轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，通過(guò)將接地保護(hù)繼電器連接至大軸碳刷的引線直接接地以維持信號(hào)構(gòu)成回路。采用上述臨時(shí)措施處理后，報(bào)警消除，并且能保證轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置和發(fā)電機(jī)軸電流監(jiān)測(cè)裝置正常工作。

 大修中解體檢查大軸碳刷，發(fā)現(xiàn)信號(hào)引線在碳刷內(nèi)部破皮，碰到了碳刷本體，引起接地故障。通過(guò)增加在舉刷狀態(tài)下及對(duì)引線在晃動(dòng)狀態(tài)下的絕緣測(cè)量項(xiàng)目，能夠準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)這種故障，對(duì)發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)裝置類似故障有較好的借鑒價(jià)值。