岳哲佳

摘? 要：600MW示范快堆工程作為國家批準的重大核能科技專項，工程的成功建設對形成我國快堆產(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)濟建設具有重要意義。該文從一回路鈉泵電機的功能指標、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試方法的正確性。

關鍵詞：示范快堆? 鈉泵電機? 試驗? 調試

中圖分類號：TL433? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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，應急工頻電源供電運行轉速118r/min為反應堆帶走熱量，執(zhí)行其安全功能。

1.1 電機功能

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

1.2 運行條件

電機由變頻器拖動，旋轉頻率可調。并在12.5～50Hz，在250～980rpm范圍內(nèi)能長期工作。冷態(tài)：當電壓為額定值的0.85～1.1倍，頻率在47.5～51Hz，在150～500rpm范圍內(nèi)能啟動、調節(jié)和長期工作。熱態(tài)：由于停電而停運不超過1.5s，當電壓隨后恢復到額定值的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。當旋轉頻率增加時，角加速度為10r/min。電機軸端設計有飛輪，以增加慣量，保證驅動電機在斷電后仍能為堆芯帶走熱量。電機允許左向旋轉，也允許右向旋轉，旋轉方向的改變在電機處于靜止狀態(tài)下進行。結構中不存在有火災危險的熱屏蔽材料、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，在電機設計中，繞組絕緣結構、軸承結構作為可靠性設計的核心，其他均為機械結構件，機械結構件根據(jù)分析計算滿足運行安全系數(shù)或達到機械設計手冊中規(guī)定材料的許用應力安全系數(shù)，可靠度為1。

2.2 耐久性

絕緣系統(tǒng)主要結合H級絕緣系統(tǒng)老化試驗報告和IEC、IEEE、GB標準進行壽命分析，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，設定試驗項目如下：（1）輔助電機：功能、性能試驗、質量鑒定試驗。（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，其可靠度應大于電機整機要求的可靠度，并綜合考慮其他結構或部件的可靠性，通過分析計算保證其他機械結構件的壽命大于40年[2]。

3.3 絕緣結構試驗

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，軸承運轉產(chǎn)生的油膜是一個逐步破壞的過程[4]。

4? 電機調試振動問題技術分析及處理

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試驗臺架上進行運轉試驗，在150～900r/min低速區(qū)間電機振動小于3.5mm/s，在額定轉速時990r/min運轉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

電機振動超標原因主要有以下方面：（1）泵安裝在試驗臺架上，電機結構頻率與轉頻接近，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）電機結構剛性需要加強，需要對電機結構及剛性進行分析，采取進一步優(yōu)化設計措施;（4）電機下部軸承徑向游隙過大;（5）電機運轉時振動及噪聲出現(xiàn)的波動現(xiàn)象（忽大忽小），需要對電機結構設計、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，可能存在電機轉子及泵轉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;調整聯(lián)軸器彈性元件與柱銷孔之間的間隙，使電機轉動部件與泵轉子部件能夠很好地解耦;為減小振動激勵，進行電機轉子動平衡試驗、整機轉子動平衡試驗，提高整機組裝在一起后轉子部件的動平衡水平，減小動不平衡力。

5? 結語

一回路鈉泵電機試驗及調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試問題的歸納、梳理，對原型樣機調試電機振動問題技術分析及處理經(jīng)驗的總結，我們掌握了一整套的一回路鈉泵電機試驗及調試方法，這為保障示范快堆一回路鈉泵電機試驗及調試打下了堅實基礎。

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.高效高起動轉矩永磁同步電機設計中的關鍵技術問題研究[D].沈陽工業(yè)大學，1999.

[4] 張東.新型雙定子永磁電機的設計與研究[D].上海大學，2008.