示范快堆一回路鈉泵電機試驗及調(diào)試問題探究

岳哲佳

摘? 要：600MW示范快堆工程作為國家批準(zhǔn)的重大核能科技專項，工程的成功建設(shè)對形成我國快堆產(chǎn)業(yè)化、實現(xiàn)核燃料閉式循環(huán)、促進我國核能可持續(xù)發(fā)展、推動地方經(jīng)濟建設(shè)具有重要意義。該文從一回路鈉泵電機的功能指標(biāo)、運行條件、可靠性分析出發(fā)，進而闡述一回路鈉泵電機試驗及調(diào)試問題的獨特性及重要性，最終以實際故障案例的處理來驗證一回路鈉泵電機試驗及調(diào)試方法的正確性。

關(guān)鍵詞：示范快堆? 鈉泵電機? 試驗? 調(diào)試

中圖分類號：TL433? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（b）-0040-02

1? 電機功能與運行條件

一回路鈉泵電機包含主電機和輔助電機（見圖1），主機為4500kW-8P，10kV變頻電源供電運行。轉(zhuǎn)速在100～1100r/min，根據(jù)系統(tǒng)要求輔助電機在電廠失去電源情況下，應(yīng)急工頻電源供電運行轉(zhuǎn)速118r/min為反應(yīng)堆帶走熱量，執(zhí)行其安全功能。

1.1 電機功能

正常工況條件下驅(qū)動泵運行。在鈉環(huán)境下驅(qū)動泵從零轉(zhuǎn)速啟動到指定的轉(zhuǎn)速或泵從某一工作轉(zhuǎn)速到泵停止，啟停平穩(wěn)且轉(zhuǎn)速不突變。每年最多啟停200次，通過變頻調(diào)速能夠在100～1100rpm之間任意轉(zhuǎn)速點上驅(qū)動泵正常運轉(zhuǎn)。功能指標(biāo)：電機輸出功率不小于泵所需功率，在990rpm轉(zhuǎn)速下輸出轉(zhuǎn)矩≥1061N.m。

1.2 運行條件

電機由變頻器拖動，旋轉(zhuǎn)頻率可調(diào)。并在12.5～50Hz，在250～980rpm范圍內(nèi)能長期工作。冷態(tài)：當(dāng)電壓為額定值的0.85～1.1倍，頻率在47.5～51Hz，在150～500rpm范圍內(nèi)能啟動、調(diào)節(jié)和長期工作。熱態(tài)：由于停電而停運不超過1.5s，當(dāng)電壓隨后恢復(fù)到額定值的0.8～1.0倍時，能自動啟動泵。故障狀態(tài)：電機停機，故障排除后重新變頻器啟動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)頻率增加時，角加速度為10r/min。電機軸端設(shè)計有飛輪，以增加慣量，保證驅(qū)動電機在斷電后仍能為堆芯帶走熱量。電機允許左向旋轉(zhuǎn)，也允許右向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向的改變在電機處于靜止?fàn)顟B(tài)下進行。結(jié)構(gòu)中不存在有火災(zāi)危險的熱屏蔽材料、橡膠密封圈、橡膠管道、電纜和潤滑油。電機與主泵由膜片聯(lián)軸器連接，電機不承受轉(zhuǎn)子和飛輪以外的軸向力。

電機安全等級1E級，鑒定等級K3，抗震等級I類，質(zhì)保等級Q1。

2? 電機綜合性能

2.1 可靠性

一回路鈉泵電機的主要失效部件為：繞組和軸承，在電機設(shè)計中，繞組絕緣結(jié)構(gòu)、軸承結(jié)構(gòu)作為可靠性設(shè)計的核心，其他均為機械結(jié)構(gòu)件，機械結(jié)構(gòu)件根據(jù)分析計算滿足運行安全系數(shù)或達到機械設(shè)計手冊中規(guī)定材料的許用應(yīng)力安全系數(shù)，可靠度為1。

2.2 耐久性

絕緣系統(tǒng)主要結(jié)合H級絕緣系統(tǒng)老化試驗報告和IEC、IEEE、GB標(biāo)準(zhǔn)進行壽命分析，通過分析電機的溫升不超過70K，壽命滿足40年要求。

3? 電機試驗項目

3.1 整機試驗

依據(jù)一回路鈉泵電機中主電機和輔助電機工況條件及功能要求，設(shè)定試驗項目如下：（1）輔助電機：功能、性能試驗、質(zhì)量鑒定試驗。（2）一回路鈉泵電機：主電機功能、性能試驗、輔助電機試驗。（3）可靠性驗證試驗：主電機繞組絕緣、軸承、輔助電機繞組絕緣、整機可靠性驗證試驗[1]。

3.2 可靠性試驗

主泵電機可靠性確定規(guī)則一般符合：壽命+MTBF（機電產(chǎn)品）。經(jīng)過FMEA和可靠性分析，電機的可靠性主要由電機繞組絕緣的可靠度和軸承可用度決定。而電機絕緣的可靠性由電機溫升、電磁拉力、繞組振動等老化因子決定，其可靠度應(yīng)大于電機整機要求的可靠度，并綜合考慮其他結(jié)構(gòu)或部件的可靠性，通過分析計算保證其他機械結(jié)構(gòu)件的壽命大于40年[2]。

3.3 絕緣結(jié)構(gòu)試驗

采用加速壽命方法對電機繞組絕緣的壽命試驗環(huán)境需模擬溫度、振動、潮濕、耐壓4個老化因子進行模擬試驗驗證，涵蓋了電機絕緣所有老化現(xiàn)象，驗證電機絕緣使用壽命是否能夠滿足40年要求[3]。

3.4 軸承壽命試驗

電機正常運行狀態(tài)下，軸承運轉(zhuǎn)有油膜的支撐，軸與軸瓦合金的磨損量很小;電機啟動階段，軸承運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的油膜是一個逐步形成的過程;電機停機階段，軸承運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的油膜是一個逐步破壞的過程[4]。

4? 電機調(diào)試振動問題技術(shù)分析及處理

4.1 電機振動情況描述

原型樣機所配套的電機安裝在電機制造廠內(nèi)的試驗臺架上進行試驗，其振動合格。電機與泵安裝在水介質(zhì)試驗臺架上進行運轉(zhuǎn)試驗，在150～900r/min低速區(qū)間電機振動小于3.5mm/s，在額定轉(zhuǎn)速時990r/min運轉(zhuǎn)時電機上部軸承振動出現(xiàn)急劇增加現(xiàn)象，振動值過大，達到16mm/s。

4.2 電機振動原因分析

電機振動超標(biāo)原因主要有以下方面：（1）泵安裝在試驗臺架上，電機結(jié)構(gòu)頻率與轉(zhuǎn)頻接近，存在共振現(xiàn)象，需要采取措施避開共振頻率;（2）振動激勵偏大;（3）電機結(jié)構(gòu)剛性需要加強，需要對電機結(jié)構(gòu)及剛性進行分析，采取進一步優(yōu)化設(shè)計措施;（4）電機下部軸承徑向游隙過大;（5）電機運轉(zhuǎn)時振動及噪聲出現(xiàn)的波動現(xiàn)象（忽大忽?。枰獙﹄姍C結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造及安裝等方面進行分析和排除;（6）聯(lián)軸器柱銷配合過緊，可能存在電機轉(zhuǎn)子及泵轉(zhuǎn)子不能很好地解耦的因素;（7）需要測量和分析變頻器三相電流輸出的波形數(shù)據(jù)，以排除其影響;（8）泵及電機安裝時轉(zhuǎn)動部件對中性差對電機的振動會產(chǎn)生不利影響，需要核查對中性情況。

4.3 改進措施及實施情況

重新對泵及電機進行安裝和檢查，排除安裝水平度、聯(lián)軸器對中性對振動的影響;分析電機下部軸承游隙對振動的影響，并更換小游隙軸承進行試驗驗證;檢查和調(diào)整電機聯(lián)軸器與泵聯(lián)軸器端面間的間隙是否滿足要求值;調(diào)整聯(lián)軸器彈性元件與柱銷孔之間的間隙，使電機轉(zhuǎn)動部件與泵轉(zhuǎn)子部件能夠很好地解耦;為減小振動激勵，進行電機轉(zhuǎn)子動平衡試驗、整機轉(zhuǎn)子動平衡試驗，提高整機組裝在一起后轉(zhuǎn)子部件的動平衡水平，減小動不平衡力。

5? 結(jié)語

一回路鈉泵電機試驗及調(diào)試問題有其獨有性和特殊性，通過對一回路鈉泵電機試驗及調(diào)試問題的歸納、梳理，對原型樣機調(diào)試電機振動問題技術(shù)分析及處理經(jīng)驗的總結(jié)，我們掌握了一整套的一回路鈉泵電機試驗及調(diào)試方法，這為保障示范快堆一回路鈉泵電機試驗及調(diào)試打下了堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 才家剛.TM306-62電機試驗手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，1997.

[2] 陳世坤.電機設(shè)計[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，2004：72-78.

[3] 徐廣人.高效高起動轉(zhuǎn)矩永磁同步電機設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，1999.

[4] 張東.新型雙定子永磁電機的設(shè)計與研究[D].上海大學(xué)，2008.