CPR1000核電廠反應堆冷卻劑泵電機絕緣問題分析

王玉旭，滿曉宇，岳 凱，劉以亮

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

CPR1000核電廠反應堆冷卻劑泵電機絕緣問題分析

王玉旭，滿曉宇，岳 凱，劉以亮

（中廣核工程有限公司，廣東 深圳 518124）

文章介紹了CPR1000反應堆冷卻劑泵（主泵）電機軸電壓產生的原理，針對軸電壓對主泵電機設備運行產生的危害和影響，剖析影響主泵電機軸絕緣失效的原因，通過主泵電機軸絕緣故障問題實例，闡述了軸絕緣故障排除處理方法，并提出了幾種改善軸絕緣的相關措施。

主泵；電機；軸電流；絕緣；運行

CPR1000堆型核電廠反應堆冷卻劑泵（主泵）電機是引進國外技術，在中國核電發展的機遇和挑戰下，正在批量化生產。主泵電機運行時，轉軸與軸承之間形成的電位差（軸電壓），會在軸承處形成回路，產生軸電流，軸電壓伴隨著旋轉電機的運行而存在（見圖1）。

根據圖1所示，主泵電機在額定電壓、額定轉速下空載運行時，產生軸電壓U1，推力盤對上部推力軸瓦油膜電壓為U2，推力盤對下部推力軸瓦油膜電壓為U3，轉子對下部軸承徑向軸瓦的油膜電壓為U4，上部軸承室上部推力軸瓦、下部推力軸瓦對地電壓（U6/U7）相等，下部軸承室徑向軸瓦對地電壓為U8。在主泵電機啟動前需預先檢主泵電機軸電阻是否滿足要求。主泵廠家運行手冊中給出電機軸絕緣檢查檢驗標準要求為：使用500 V兆歐表；環境濕度＜60%，軸絕緣性能≥100 kΩ；環境濕度≥60%，軸絕緣性能≥3 kΩ。

圖1 主泵電機軸電壓示意圖Fig.1 The schematic of RCP motor shaft voltage1—電機轉子；2—上部軸承上推力軸瓦；3—上部軸承下推力軸瓦；4—下部軸承徑向軸瓦；5—推力盤；6—絕緣墊片；7—金屬墊片；8—絕緣墊片

1 軸電流的危害

在正常情況下，主泵電機的軸電壓較低，軸承內的潤滑油膜能起到絕緣作用。當電機啟動瞬間，油膜未穩定形成時，軸電壓較高，如果軸絕緣偏小或消失，軸電壓使潤滑油膜放電擊穿形成回路產生軸電流。

1.1 對潤滑油的危害

如果有電機在運行過程中產生軸電流，軸電流使軸承室內潤滑油電離，破壞油膜形成及穩定性，加快潤滑油劣化，降低潤滑油性能及介電強度。

1.2 對軸承的危害

過大的軸電流，會在主泵上下部軸承室的軸推力軸承和徑向軸承表面放電，軸電流局部放電釋放產生的高溫，可以融化主泵電機上下部推力軸承、上部徑向軸承、下部推力軸承許多微小區域，并在軸承面上產生麻點、凹坑或橫溝，使軸承灼傷，破壞軸承光潔度，如不能及時發現處理，將導致軸承失效，對生產帶來極大影響。

1.3 對設備的危害

軸電流還可以使軸承外表面形成電腐蝕，軸瓦的損傷從而產生電機噪聲、振動增大，將在一定程度上影響主泵的動平衡，將迫使主泵非計劃停機。

2 影響軸絕緣失效的原因

2.1 表面狀況影響

如果絕緣效果不好，產生泄漏電流，往往來源于外界的干擾（短路）或者雜質，絕緣連接處表面上的油和粉塵等，絕緣材料上的粉塵（或鹽）在干燥情況下是不導電的，只有暴露在潮氣或油中才會部分導電，所以絕緣電阻會降低，如絕緣電阻因污染而降低，可以通過清理和干燥達到允許值。

2.2 潮濕的影響

在不考慮電機軸轉子及上機架（上部軸承室）清潔度的情況下，當環境溫度處于露點及露點以下時，絕緣表面就會形成濕氣膜，從而降低上機架對地絕緣（軸絕緣）電阻。如果表面被污染或者絕緣材料出現裂縫，這種影響會明顯。如果絕緣系統或絕緣材料是吸潮性的（容易吸水），潮氣可能從潮濕的空氣中進入絕緣體內，而導致絕緣電阻降低。

2.3 絕緣材料的影響

溫度的升高導致絕緣材料離子活動和游離機會的增加，使離子數目相應增多，離子性電導電流加大，絕緣電阻下降；強烈、持續震動可導致絕緣材料原有的物理和機械性能的改變，破壞其絕緣強度，使其快速老化和損壞。影響主泵電機軸絕緣的材料主要為上機架與下機架、頂軸油泵、油冷器之間的絕緣板、絕緣墊片、套管等。

3 典型絕緣案例

3.1 電機到貨驗收軸絕緣不合格

某核電廠主泵電機在運輸途中包裝箱破損，且被雨水淋濕；到貨后將電機翻轉，檢查其軸絕緣為0，加熱器連續投用多天后絕緣沒有上升趨勢。由于電機受雨淋，潮氣在電機內部不能及時排出，且會影響電機內部發生銹蝕，施工人員決定使用干燥機置換電機內部潮氣（見圖2），使電機干燥提高主泵電機絕緣；在干燥機連續投用數小時后，電機軸絕緣已滿足要求，并穩步上升。

3.2 頂軸油泵與上機架絕緣故障

某核電廠主泵電機安裝后，在進行空載試驗前，檢查軸絕緣為0，組織現場排查，發現頂軸油泵與上機架連接絕緣墊片損壞且絕緣為0，導致上機架接地。在更換損傷的絕緣墊片后，軸絕緣正常，完成軸絕緣故障問題處理。

3.3 主泵電機更換

在某核電廠小修期間，發現主泵電機軸絕緣為0，組織專業現場排查，均不能查出原因并排除故障，后決定使用備用電機更換，滿足工程項目進展。對更換下的電機進行解體檢查發現上機架與下機架絕緣墊板已存在浮銹，此問題影響軸絕緣，如不對電機進行解體檢查無法排除。

圖2 干燥機置換潮氣示意圖Fig.2 The schematic of moisture replacement dryer

4 軸絕緣故障排除方法

4.1 軸絕緣故障常規方法

CPR1000主泵電機軸絕緣常規檢查方法為在未與泵靠背輪連接之前，使用500 V兆歐表進行測量；如發現軸絕緣問題，可按圖3所示步驟和方案排除故障。

4.2 主泵電機與泵連接后監測

在主泵帶載運行期間，可測量軸電壓的檢測上部軸承室絕緣狀況，正常標準在50 mV～1 V之間。通常在主泵首次啟動和停運前測量，根據圖1，此時主泵電機軸電壓U1等于U6/U7。表1為某核電廠1號機組主泵運行時軸電壓監測數據。在某些運營單位大電機運行時，也采用“軸電流監測裝置”等專用設施監測軸絕緣狀況。

當主泵運行時軸電壓不滿足要求時，需立即停泵，脫開泵聯軸節后，按4.1節中描述進行軸絕緣檢查。

圖3 主泵電機軸絕緣故障排除步驟及方案Fig.3 Steps and solutions for RCP motor shaft insulation troubleshooting

表1 某核電廠主泵電機軸電壓監測Table1 RCP motor shaft voltage monitoring for nuclear power plant

5 電機軸絕緣改善關注事項

目前，CPR1000主泵電機軸絕緣材料為熱塑性環氧樹脂（VTEM2），絕緣材料的制造工藝（真空浸漆等）和厚度都會影響絕緣墊片的介電性能，進而影響主泵電機軸絕緣。在未來發展提高絕緣材料的制造工藝將是改善主泵電機軸絕緣的重要挑戰。

主泵電機安裝過程中注意事項：

（1）電機到貨驗收

1）主泵及電機到貨后，檢查所有法蘭面，并嚴格封堵。

2）電機翻轉后，需在電機下部軸承室注入沖洗油，需立即投用電加熱器（臨時），避免電機受潮，保證電機轉子及定子內干燥，絕緣位置處于干燥狀態，避免有水凝結而產生銹蝕。

（2）主泵電機安裝

1）每安裝完一個絕緣件，就測量一次軸絕緣，避免因安裝問題影響絕緣。

2）電機在油沖洗、注油過程中防止潤滑油流入電機轉子和定子之間，避免意外和隱患發生。

3）主泵電機加熱器需連續投用，除特殊情況不準斷開加熱器，特殊情況包括電機吊裝/運輸及電機-泵對中。電機-泵對中前一天下班前斷開電加熱器，在對中完成檢查合格后立即投用電加熱器。

（3）主泵電機保養與維護

1）主泵電機在安裝就位后需封堵相關孔洞（飛輪罩通風口、下部軸承室通風孔、上部軸承室通風孔等）。

2）絕緣槽需要保護到位（用防火布包裹）。

3）定期（一個星期一次）監測主泵電機絕緣值，并記錄。

4）對頂軸油泵油回路系統管線保護，避免管線被碰風險。

6 結束語

在CPR1000主泵電機安裝、調試、運行過程中，會遇到各類軸絕緣故障問題，還需要在工程實踐中進行經驗反饋和技術總結，不斷提高故障能力并改善國產化技術。

[1] GB/T 25738 核電廠電動機調試技術導則[S].（GB/ T 25738. Guide on commissioning techniques for electric motors of nuclear power plant[S].）

[2] GB/T 1029-2005 三項同步電動機試驗方法[S].（GB/T 1029-2005. Test methods for threephase synchromotor[S].）

[3] 王玉旭，霍亞邦. CPR1000反應堆冷卻劑泵的安裝與管理[J]. 核動力工程，2011，32（5）：121-124.（WANG Yu-xu, HUO Ya-bang. Installation and management of CPR1000 reactor coolant pumps[J]. Nuclear Power Engineering, 2011, 32(5)：121-124.）

Analysis of RCP Motor Insulation Problem of CPR1000 Nuclear Power Plant

WANG Yu-xu，MAN Xiao-yu，YUE Kai，LIU Yi-liang
(China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd. of CGNPC，Shenzhen of Guangdong Prov. 518124，China)

This paper briefly describes the principle of the CPR1000 reactor coolant pump motor shaft voltage. Aiming at the hazards and influence on the operation of reactor coolant pump motor shaft voltage equipment, the cause of insulation losing effectiveness of reactor coolant pump motor shaft is analyzed. Through cites several instances of insulation failure issues, shaft insulation troubleshooting methods are expounded, and several improvements for shaft insulation concerned are proposed.

reactor coolant pump；motor；shaft current；insulation；operation

TL37 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)03-0245-05

TL37

A

1674-1617(2014)03-0245-05

2014-01-22

王玉旭（1979—），男，吉林人，高級工程師，本科，從事核電廠核島安裝管理工作。