寧德核電站2號發電機轉子接地檢測系統設計缺陷研究

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號發電機進行短路試驗前的發電機轉子回路絕緣檢查過程中，當汽機達到額定轉速1500r/min時出現發電機轉子接地報警信號，轉子回路對地絕緣降至65Ω（報警值為＞4000Ω），后將汽機打閘，在汽機惰轉過程中，當轉速下降至1100r/min時，絕緣開始恢復至正常值（汽機惰轉過程中轉子絕緣測量值見表1）；重新啟機后，在升速過程中，當汽機轉速達到1400r/min后，轉子絕緣電阻突降至40Ω (汽機升速過程中轉子絕緣測量值見表2)。

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

1 發電機轉子回路接地的原因分析及查找處理過程

1.1 原因分析

根據汽機降、升速過程中發電機轉子絕緣監測數據分析，發生接地的瞬間總是出現在接近額定轉速 1500r/min，而此刻也是旋轉設備產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生位移，甚至磨損[1]。發電機轉子回路包括三部分：一是發電機轉子繞組；二是勵磁機旋轉整流輸出回路；三是連接在轉軸上的發電機轉子接地檢測測量滑環軸，正負滑環引線通過滑環軸膛引接至勵磁機旋轉整流輸出端上，從而直接測量發電機轉子對地絕緣，其連接圖見圖1。

表1 汽機惰轉過程中轉子絕緣測量值

表2 汽機升速過程中轉子絕緣測量值

從圖1可以看出，發電機轉子回路三個部分，任一部分絕緣損壞都將造成發電機轉子回路接地。而從發電機轉子及勵磁機旋轉整流裝置結構分析看，這兩部分的元器件連接部分均為硬連接，唯有測量滑環軸連接引線為軟連接，見圖2。因此，后續的故障點查找應重點集中在測量滑環軸連接引線上。

1.2 故障點查找

根據發電機轉子回路接地原因分析結果，查找重點集中在測量滑環軸引線回路，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 發電機5轉子絕緣測量回路示意圖

圖2 滑環軸引線示意圖

圖3 轉子接地故障點排查邏輯圖

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

圖4 滑環軸引線

在找出發電機轉子回路接地故障點后，用新的測量滑環軸備件更換，并在隨后的汽機沖轉至1500r/min后，檢查轉子回路絕緣水平穩定在4000Ω以上，達到正常水平。

圖5 滑環引線絕緣破損處-1

2 對測量滑環軸設計缺陷的分析及改進建議

通過對發電機轉子回路的檢查，判定發生接地點位置在測量滑環軸滑環連接引線上。從滑環軸引線連接設計上分析，發現其存在固有的設計缺陷，具體存在以下三個方面：

一是滑環軸膛內引線不固定，在外力作用下容易發生移動。

圖6 滑環引線絕緣破損處-2

二是連接至滑環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，從而拉動滑環軸膛內引線磨損。

根據對測量滑環軸引線設計結構分析判斷，建議制造廠進行設計改進，制造廠據此增加了滑環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膜，進一步加強引線抗破損強度。

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

3 改造效果

2014年1月28日，寧德核電站2號機組停機消缺期間，現場對發電機轉子絕緣檢測系統的測量滑環軸進行了更換，重新啟機后，在升速過程中，轉子絕緣電阻正常（汽機升速過程中轉子絕緣測量值見表3）。

表3 滑環軸更換后汽機升速過程中轉子絕緣測量值

4 結論

由于采取科學的分析判斷方法，在最短的時間內找到發電機轉子接地故障點，避免了因誤判斷造成拆勵磁機旋轉整流器，甚至抽發電機轉子檢查的過程，從而為寧德2號發電機首次并網的順利實現贏得了寶貴時間。

通過對發電機轉子回路接地檢查過程的回顧，可以總結出許多良好的實踐經驗，包括出現問題后對過程數據的收集，對問題過程的模擬重現，原因分析與判斷的科學方法論，現場處理的最佳邏輯順序，對最終結論的經驗用于指導設計與制造等。正是采取了這種處理現場問題的正確思路，才達到了最快、最有效地解決發電機轉子接地這一重大缺陷的目的。

圖8 滑環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. 發電機轉子接地原因分析及處理[J]. 西北電力技術, 2006(2).

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