CPR1000核電廠反應(yīng)堆冷卻劑泵電機(jī)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(yīng)堆冷卻劑泵電機(jī)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(yīng)堆冷卻劑泵（主泵）電機(jī)軸電壓產(chǎn)生的原理，針對軸電壓對主泵電機(jī)設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的危害和影響，剖析影響主泵電機(jī)軸絕緣失效的原因，通過主泵電機(jī)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(guān)措施。

主泵；電機(jī)；軸電流；絕緣；運(yùn)行

CPR1000堆型核電廠反應(yīng)堆冷卻劑泵（主泵）電機(jī)是引進(jìn)國外技術(shù)，在中國核電發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)下，正在批量化生產(chǎn)。主泵電機(jī)運(yùn)行時，轉(zhuǎn)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(chǎn)生軸電流，軸電壓伴隨著旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)行而存在（見圖1）。

根據(jù)圖1所示，主泵電機(jī)在額定電壓、額定轉(zhuǎn)速下空載運(yùn)行時，產(chǎn)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(zhuǎn)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(jī)啟動前需預(yù)先檢主泵電機(jī)軸電阻是否滿足要求。主泵廠家運(yùn)行手冊中給出電機(jī)軸絕緣檢查檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求為：使用500 V兆歐表；環(huán)境濕度＜60%，軸絕緣性能≥100 kΩ；環(huán)境濕度≥60%，軸絕緣性能≥3 kΩ。

圖1 主泵電機(jī)軸電壓示意圖Fig.1 The schematic of RCP motor shaft voltage1—電機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)的軸電壓較低，軸承內(nèi)的潤滑油膜能起到絕緣作用。當(dāng)電機(jī)啟動瞬間，油膜未穩(wěn)定形成時，軸電壓較高，如果軸絕緣偏小或消失，軸電壓使?jié)櫥湍し烹姄舸┬纬苫芈樊a(chǎn)生軸電流。

1.1 對潤滑油的危害

如果有電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生軸電流，軸電流使軸承室內(nèi)潤滑油電離，破壞油膜形成及穩(wěn)定性，加快潤滑油劣化，降低潤滑油性能及介電強(qiáng)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(chǎn)生的高溫，可以融化主泵電機(jī)上下部推力軸承、上部徑向軸承、下部推力軸承許多微小區(qū)域，并在軸承面上產(chǎn)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(fā)現(xiàn)處理，將導(dǎo)致軸承失效，對生產(chǎn)帶來極大影響。

1.3 對設(shè)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(chǎn)生電機(jī)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(jī)。

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(chǎn)生泄漏電流，往往來源于外界的干擾（短路）或者雜質(zhì)，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(dǎo)電的，只有暴露在潮氣或油中才會部分導(dǎo)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(dá)到允許值。

2.2 潮濕的影響

在不考慮電機(jī)軸轉(zhuǎn)子及上機(jī)架（上部軸承室）清潔度的情況下，當(dāng)環(huán)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(jī)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(xiàn)裂縫，這種影響會明顯。如果絕緣系統(tǒng)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(jìn)入絕緣體內(nèi)，而導(dǎo)致絕緣電阻降低。

2.3 絕緣材料的影響

溫度的升高導(dǎo)致絕緣材料離子活動和游離機(jī)會的增加，使離子數(shù)目相應(yīng)增多，離子性電導(dǎo)電流加大，絕緣電阻下降；強(qiáng)烈、持續(xù)震動可導(dǎo)致絕緣材料原有的物理和機(jī)械性能的改變，破壞其絕緣強(qiáng)度，使其快速老化和損壞。影響主泵電機(jī)軸絕緣的材料主要為上機(jī)架與下機(jī)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(jī)到貨驗收軸絕緣不合格

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

3.2 頂軸油泵與上機(jī)架絕緣故障

某核電廠主泵電機(jī)安裝后，在進(jìn)行空載試驗前，檢查軸絕緣為0，組織現(xiàn)場排查，發(fā)現(xiàn)頂軸油泵與上機(jī)架連接絕緣墊片損壞且絕緣為0，導(dǎo)致上機(jī)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(jī)更換

在某核電廠小修期間，發(fā)現(xiàn)主泵電機(jī)軸絕緣為0，組織專業(yè)現(xiàn)場排查，均不能查出原因并排除故障，后決定使用備用電機(jī)更換，滿足工程項目進(jìn)展。對更換下的電機(jī)進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)上機(jī)架與下機(jī)架絕緣墊板已存在浮銹，此問題影響軸絕緣，如不對電機(jī)進(jìn)行解體檢查無法排除。

圖2 干燥機(jī)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(guī)方法

CPR1000主泵電機(jī)軸絕緣常規(guī)檢查方法為在未與泵靠背輪連接之前，使用500 V兆歐表進(jìn)行測量；如發(fā)現(xiàn)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(jī)與泵連接后監(jiān)測

在主泵帶載運(yùn)行期間，可測量軸電壓的檢測上部軸承室絕緣狀況，正常標(biāo)準(zhǔn)在50 mV～1 V之間。通常在主泵首次啟動和停運(yùn)前測量，根據(jù)圖1，此時主泵電機(jī)軸電壓U1等于U6/U7。表1為某核電廠1號機(jī)組主泵運(yùn)行時軸電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)。在某些運(yùn)營單位大電機(jī)運(yùn)行時，也采用“軸電流監(jiān)測裝置”等專用設(shè)施監(jiān)測軸絕緣狀況。

當(dāng)主泵運(yùn)行時軸電壓不滿足要求時，需立即停泵，脫開泵聯(lián)軸節(jié)后，按4.1節(jié)中描述進(jìn)行軸絕緣檢查。

圖3 主泵電機(jī)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(jī)軸電壓監(jiān)測Table1 RCP motor shaft voltage monitoring for nuclear power plant

5 電機(jī)軸絕緣改善關(guān)注事項

目前，CPR1000主泵電機(jī)軸絕緣材料為熱塑性環(huán)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(jìn)而影響主泵電機(jī)軸絕緣。在未來發(fā)展提高絕緣材料的制造工藝將是改善主泵電機(jī)軸絕緣的重要挑戰(zhàn)。

主泵電機(jī)安裝過程中注意事項：

（1）電機(jī)到貨驗收

1）主泵及電機(jī)到貨后，檢查所有法蘭面，并嚴(yán)格封堵。

2）電機(jī)翻轉(zhuǎn)后，需在電機(jī)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(jī)受潮，保證電機(jī)轉(zhuǎn)子及定子內(nèi)干燥，絕緣位置處于干燥狀態(tài)，避免有水凝結(jié)而產(chǎn)生銹蝕。

（2）主泵電機(jī)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(jī)在油沖洗、注油過程中防止?jié)櫥土魅腚姍C(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間，避免意外和隱患發(fā)生。

3）主泵電機(jī)加熱器需連續(xù)投用，除特殊情況不準(zhǔn)斷開加熱器，特殊情況包括電機(jī)吊裝/運(yùn)輸及電機(jī)-泵對中。電機(jī)-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(jī)保養(yǎng)與維護(hù)

1）主泵電機(jī)在安裝就位后需封堵相關(guān)孔洞（飛輪罩通風(fēng)口、下部軸承室通風(fēng)孔、上部軸承室通風(fēng)孔等）。

2）絕緣槽需要保護(hù)到位（用防火布包裹）。

3）定期（一個星期一次）監(jiān)測主泵電機(jī)絕緣值，并記錄。

4）對頂軸油泵油回路系統(tǒng)管線保護(hù)，避免管線被碰風(fēng)險。

6 結(jié)束語

在CPR1000主泵電機(jī)安裝、調(diào)試、運(yùn)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(jìn)行經(jīng)驗反饋和技術(shù)總結(jié)，不斷提高故障能力并改善國產(chǎn)化技術(shù)。

[1] GB/T 25738 核電廠電動機(jī)調(diào)試技術(shù)導(dǎo)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(jī)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(yīng)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。