發電機轉子接地保護碳刷裝置測試系統

黃晨輝

【摘 要】目前在M310型核電機組，維修后轉子接地保護碳刷裝置或是改進型的碳刷裝置直接在機組上進行驗證，多次出現因碳刷裝置問題引起的發電機轉子接地誤報警或是轉子接地保護處于無效運行狀態。本文依托核電廠現有的設備，通過簡單的電氣回路接線，設計出一套離線發電機轉子接地保護碳刷裝置測試系統，并介紹其測試方法。

【關鍵字】轉子接地保護;碳刷裝置;測試系統

中圖分類號： TM31 文獻標識碼： A 文章編號： 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

國內核電廠M310堆型核電機組的發電機轉子接地保護采用注入式接地保護裝置，通過采用舉刷裝置定期舉起電刷與滑環軸接觸，構成通電回路來測量轉子繞組絕緣電阻值。該系統可靠性不高，國內已發生過多次出現誤報警或是因碳刷裝置卡澀造成轉子接地保護長期處理無效運行狀態，原因為該系統的碳刷裝置無法適用于其運行環境[1]。

目前，針對碳刷裝置問題，普遍的做法時在機組停機時拆下碳刷裝置，對碳刷裝置進行拆解清掃，未進行驗證直接回裝，在機組啟機時進行性能驗證。為了解決碳刷裝置問題，各種新改進型碳刷裝置也被設計出來，為驗證其性能是否能夠滿足核電廠運行條件的要求，也是在發電機組進行驗證，直接用新改進的碳刷裝置更換舊碳刷裝置，在一個周期內對其性能進行測試。該驗證方法存在以下幾個問題，一是在機組運行期間無法對碳刷裝置進行更換，只有在停機檢修期間才能更換，核電機組最短檢修間隔周期為一年，造成驗證時間長;二是，運行期間性能測試要按核電管理流程進行工作，需要付出大量的時間;三是，裝置驗證期間出現報警將造成機組AVC系統退出運行，影響到機組安全運行。

為了適應發電廠對接地保護碳刷裝置性能測試的要求，我們依托電廠現有的設備，設計出一套離線發電機轉子接地保護碳刷裝置測試系統，并介紹其測試方法。

2 電路圖詳細設計方案

發電機轉子接地保護碳刷裝置測試系統電路圖主要分為5個主要部分：220V交流供電回路（圖1）、110V直流控制回路（圖2）、40V交流電阻值測試回路（圖3） 、卡澀計數器回路（圖4）和外接錄波器電路部分（見圖3處的測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裝置和輔助電源提供外接220V交流電源，如圖1所示，215XZ為阿海琺公司的MX3IPG2A型轉子接地保護裝置，232FF為阿海琺公司的X2/IPG2A型輔助電源，K1為交流空開（2A）。

2.2 110V直流控制回路

110V直流控制回路由繼電器通過接線端子搭接而成，控制對象為碳刷裝置，可實現手動/自動舉刷。K2為直流空開（2A），110VDC為直流穩壓電源，KM1/KM2為110V直流中間繼電器，KT為DH48S-S數顯時間繼電器（一組循環延時輸出），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電碳刷上。

2.3 40V交流電阻值測試回路

40V交流電阻值測試回路，由接地保護裝置，輔助電源裝置，電容、電阻等構成，再通過碳刷裝置和電動機軸套形成測試回路，完成接地電阻值的測量。帶軸套電動機部分為模擬正常的發電機轉子外接碳刷裝置部分，接地碳刷裝置安裝在此部分，通過電纜接線與控制部分相連，實現對碳刷裝置的舉刷控制;變頻器主要用于給電動機供電并實現電動機轉速的控制，為電廠現有的變頻器。C2為電容2uF，模擬發電機對地電容 ，R-可調電壓（可調范圍10千歐），模擬發電機對地接地電阻。

2.4 卡澀計數器回路

卡澀計數器回路由2個計數器組成，一個對發出的接地測試命令個數進行計數，一個對碳刷裝置有效舉刷次數進行計數。計數器1/計數器2為H7EC/T系列超小型自帶電源電子計數器。

3 具體實施方式

發電機轉子接地保護碳刷裝置測試系統一次完整的測試是實現一次發電機轉子接地電阻值的測試，以下將結合電路圖該來闡述整個過程。

設備接線。將所有的設備元器件按圖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小柜子。圖3中的測量電壓并入錄波器電壓輸入通道，測量電流通過錄波器電流鉗接入錄波器電流通道。電路中的各壓板觸點初始狀態如圖1至圖4中所示狀態。

裝置上電并完成設置。圖1中，外接220V交流電源，合上K1空開，給保護裝置和輔助電源裝置供電，設定轉子接地保護定值為4000歐，5秒報警。圖2中，直流穩壓電源外接220V交流電源，設定直流穩壓電源輸出為110V直流，合上K2空開，給控制回路供電;設定時間繼電器KT循環延時輸出接點的閉合與斷開時間，閉合時間設定為10秒，斷開時間設定大于等于10秒。圖3中，變頻器外接380V交流電源，上電，設置變頻器輸出控制電動機轉速為1500轉每分鐘;設定可調電阻R阻值為3000歐。圖4中，對計數器進行復位，計數器數值為0。打開錄波器軟件完成錄波參數設置。

手動舉刷測試過程。圖2中，投入壓板BO1，中間繼電器線圈回路導通，中間繼電器KM1、KM2動作，常開觸點閉合。KM2繼電器的輔助觸點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KM1-1閉合后接通電阻測量的一條分支電路（見圖3），輔助觸點KM1-2閉合后啟動計數1計數加1，記錄碳刷裝置舉刷命令次數。隨著KM1、KM2動作，圖3中，保護裝置215XZ此時測量到的電阻值為可調R的阻值加上兩個碳刷裝置的導電碳刷與軸套接觸電阻值，碳刷裝置可靠接觸時，接觸電阻值為0，故碳刷裝置有效舉刷時，5秒后保護裝置接點215XZ-1閉合啟動計數2計數加1，記錄碳刷裝置有效舉刷次數。斷開壓板BO1退出手動舉刷測試，各個動作接點返回，完成一次手動舉刷測試過程。上述測試可在電動機靜止或1500轉每分鐘下進行，可查看兩種情況下碳刷裝置舉刷效果。

自動舉刷測試過程。圖2中，投入壓板BO2，時間繼電器KT開始按設定的時間定值循環控制KT-1接點的閉合與斷開。KT-1接點的一次閉合與斷開，完成自動舉刷一次測試，對比于手動舉刷測試過程，相當于手動舉刷測試過程的壓板BO1投入與斷開一次，其中測試電阻過程與手動舉刷測試過程相同，這時不再闡述。

波形分析。錄波器記錄測試過程轉子電阻測試回路的電壓與電流，可根據電壓電流波形進一步判斷碳刷裝置導電碳刷的接觸情況。

4 結束語

設計的一種M310堆型核電機組用的發電機轉子接地保護碳刷裝置測試系統，在任何一家核電廠的電氣維修部門能夠利用核電廠現有設備或材料（變頻器、電動機、直流電源裝置、錄波器、接地保護裝置、電源變換器、繼電器、接線端子、壓板、碳刷裝置、導線）完成碳刷裝置測試系統的搭建，該測試系統可實現手動和自動舉刷功能，完成模擬發電機運行時轉子接地電阻的測試，測試結果容易查看，能夠有效驗證了碳刷裝置性能。具體體現在以下兩個方面，一是通過卡澀計數器回路兩個計數數值，能夠準確的算出碳刷裝置有效舉刷次數和無效效舉刷次數，可以預判該碳刷裝置運行的可靠性;二是，通過錄波裝置的波形，正常可靠舉刷的電流波形為正弦波，觀察波（下轉第43頁）（上接第39頁）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，說明碳刷裝置舉刷接觸不良。

目前，該系統已在搭建完成，進行了約10000次碳刷裝置性能測試，運行性能穩定，為新改進型碳刷裝置測試提供了極大的便利，也有效運用于機組碳刷裝置維修后的性能測試。實踐證實該裝置具有較廣泛的應用前景及應用價值，值得推廣。

【參考文獻】

[1]宋清，松陳濤.半轉速核能發電機轉子接地保護誤報警分析處理，東方電氣評論，2014，28（109）：55-59.