分析了紅二電#1、2發電機頭部滑環出現規則電腐蝕痕跡的主要痕跡，并通過對轉子一點接地保護構成方式進行改造，避免滑環出現電腐蝕痕跡，以提高設備運行可靠性。
題詞：發電機  滑環   電腐蝕
         一、概述：
         紅雁池第二發電有限責任公司#1、2發電機為北京重型電機廠生產的QSSN-200-2型發電機，其勵磁系統采用技術較為先進的無刷勵磁方式。由于沒有傳統勵磁方式必須采用的滑環，因此在機組正常運行中無需對滑環和碳刷進行日常維護。但由于發電機轉子一點接地保護構成方式的變更，在機組運行過程中曾先后兩次出現由于勵磁系統的轉子電壓采樣滑環短路造成機組停運的事故。經對事故原因進行分析研究，發現采樣滑環因碳粉積累造成滑環間絕緣下降，并最終引起極間短路引發跳機事故。后在運行維護過程中加大力度，采取定期對機頭滑環吹灰清掃的方法以解決碳粉積累，防止短路的發生。此舉雖然有效地遏止了短路事故的發生，但在運行過程中由于采樣滑環碳刷始終投入運行，在經過一段時間后，采樣滑環表面出現極為均勻的電腐蝕痕跡（沿圓周方向共有24塊）。由于電腐蝕痕跡造成滑環表面凹凸不平，大大加快了碳刷的磨損速度，更換碳刷周期已由原來的3個月減為目前的半個月。此種情況的出現造成碳粉累積速度加快，給發電機組的安全運行帶來了極大的隱患。本文主要對發電機采樣滑環電腐蝕原因進行必要的分析，并提出相應的解決方案。
         二、機組勵磁系統及轉子一、二點保護構成方式
前已述及，紅二廠#1、2機組采用同軸三機無刷勵磁方式，即主發電機+無刷交流主勵磁機+永磁副勵磁機。交流主勵磁機的磁場繞組由永磁副勵磁機經可控硅元件構成的全控橋式整流回路供電，交流主勵磁機輸出的200Hz交流電源經旋轉整流二極管構成的三相橋式整流回路輸出，一路作為勵磁電源送入發電機轉子繞組，另一路送入機頭滑環以引出轉子電壓。
         本機組轉子一、二點保護采用乒乓開關切換原理構成，通過求解由4個分壓電阻R及1個采樣電阻R1在乒乓開關切換時所構成的接地回路方程，實時計算出接地電阻Rg和接地位置α（原理圖見圖1）。在一點接地故障后，保護裝置繼續測量接地電阻和接地位置。此后若再發生另一點接地故障，則已測得的接地位置將發生變化，一旦接地位置α變化量超過整定值，保護裝置就確認發生轉子兩點接地，發電機立即跳閘。采用此種方式構成的轉子接地保護，由于旋轉整流環正負極間存在一個由4個電阻R構成的采樣回路，因此機頭滑環將始終有電流流過。

         三、全波整流電路的直流輸出波形
         在三相橋式整流電路中由于各相電路均存在電感（無刷勵磁系統中勵磁機  電樞繞組即是感性負載，原理圖見圖3），因此各相支路的二極管元件在切換過  程中由于電感中的磁場能量瞬時轉換為電場能量，造成二極管兩端的電壓瞬時上升，并與直流輸出電壓相疊加。現以輸出電壓由線電壓Uac切換為Uab為例，首先當輸出電壓為Uac時，二極管1、2導通。當C相電壓低于B相電壓時，二極管6將由截止變為導通，二極管2將由導通變為截止。當二極管2變為截止的瞬間，由于勵磁機C相繞組中儲存的磁場能量將轉變為電場能量，因此二極管2兩側將出現瞬時過電壓，該電壓通過二極管5與整流橋臂輸出的直流電壓疊加施加在外回路中。由于每個周期中存在6次換流過程，因此一個周期中將出現6個尖端脈沖（圖3為使用示波器錄取的勵磁電壓波形）。由該圖中可以看出，尖端脈沖的幅值可達到正常電壓的2.5-4.5倍。因此由其產生的回路電流幅值可達到幾百毫安。
 

四、滑環電腐蝕的原因分析
      滑環出現電腐蝕情況后，通過對電腐蝕痕跡進行分析，發現滑環表面沿圓周
方向均勻分布24塊電腐蝕痕跡。以主勵磁機轉子3000r/min計，造成上述電腐蝕痕跡的脈沖電源一分鐘出現脈沖的次數應為1200次。而紅二電#1、2主勵磁機輸出電壓頻率為200Hz，經三相橋式整流后，其輸出電壓每分鐘出現波頭的次數亦為1200次。因此造成電腐蝕的直接原因是經過三相橋式整流的電壓含有高頻尖端脈沖所致。前已述及，目前采用的轉子一點接地保護裝置需長期引入轉子電壓，同時因采樣電阻R的存在，造成整流橋輸出正負極間通過機頭滑環始終有電流流過。加之機頭滑環在設計中并未考慮長期流過電流，其通流容量設計值較低，因此在勵磁電壓的尖端脈沖長期作用下，機頭滑環出現規則的電腐蝕痕跡。
         五、解決方案
         由于滑環出現電腐蝕痕跡主要是由于存在尖端脈沖的勵磁電壓通過滑環及轉子接地保護裝置中的電阻構成回路，加之滑環通流容量較低，在尖端脈沖的長期作用下出現電腐蝕痕跡。因此解決滑環電腐蝕可從兩方面著手進行。首先應采取相關措施使勵磁電壓波形較為平緩，不出現電壓上升速率較高的尖端脈沖；其次可對轉子一點接地保護構成原理進行改造，避免采樣回路在正常情況通過滑環流過回路電流。
通常情況下，為降低輸出電壓的上升速率，防止出現尖端脈沖，在電壓輸出端應增加一阻容吸收回路。但由于無刷勵磁系統的所有零部件均處于高速旋轉狀態，如增加阻容吸收回路，對一次設備的結構必須重新進行設計、加工、制造，工作量較大且難于保證現場的使用要求。相比較而言，如對保護構成方式進行必要的改造，采樣回路在正常情況下不流過電流則亦可避免電腐蝕情況出現。為此在同保護裝置生產廠家積極聯系后，將轉子一點接地的保護原理進行改造（改造后的原理圖見圖5）。在正常運行過程中，乒乓開關S1、S2互相切換，采樣電阻R1上沒有電壓。一旦發電機轉子繞組出現接地情況，則接地電阻Rg與采樣電阻R1構成回路，采樣電阻將有電流流過并產生電壓，此時即可判斷出發電機轉子出現接地情況。而在正常情況下，由于乒乓開關S1、S2始終不會同時導通，滑環在反向二極管的作用下不會有電流流過，從而有效地避免了滑環出現電腐蝕的情況。

          六、結論
          紅二電#1、2發電機機頭滑環出現電腐蝕情況主要是由于保護裝置生產廠家同主機廠在配套合作方面缺少必要的溝通和聯絡，僅依靠原有設計經驗進行配合。目前采用的保護裝置在正常運行期間始終需引入轉子電壓，因保護裝置內部存在采樣電阻，造成機頭滑環始終有電流流過。在旋轉整流輸出電壓尖端脈沖的長期作用下，滑環表面即出現規則的電腐蝕痕跡。通過對轉子一點接地保護裝置構成原理進行改造，在正常情況下采樣回路不會有電流流過，從而避免了滑環電腐蝕的情況出現。但由于采用此原理構成的轉子一點接地保護并沒有運行經驗，因此在改造過程中對回路元器件的設計搭配、保護定值的整定計算，還需要進一步的經驗積累。但采用此種方式構成轉子一點接地保護后，能夠有效地避免滑環電腐蝕痕跡的出現，提高設備的運行可靠性。