核電廠小型柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)馬達(dá)故障原因分析及處理

陳偉，許林，王凱

（中廣核核電運(yùn)營(yíng)有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

水壓試驗(yàn)泵小型柴油發(fā)電機(jī)組用于異常情況下向水壓試驗(yàn)泵提供應(yīng)急電源。正?；蛟O(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故工況下，水壓試驗(yàn)泵用小型柴油發(fā)電機(jī)組不執(zhí)行安全功能，但在核電廠機(jī)組的兩列配電盤都不能供電的情況下（即超基準(zhǔn)設(shè)計(jì)工況），此柴油發(fā)電機(jī)組能給水壓試驗(yàn)泵提供380V應(yīng)急電源，以確保給主泵軸封供水，從而確保反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的完整性。在此工況下還負(fù)責(zé)為機(jī)組運(yùn)行所需的儀表供電，并可通過兩個(gè)機(jī)組共用機(jī)柜，為水壓試驗(yàn)泵房應(yīng)急通風(fēng)設(shè)備供電。

2 事件背景

2016年12月23日檢修后執(zhí)行試驗(yàn)，啟動(dòng)柴油機(jī)。柴油發(fā)電機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行到第12min時(shí)，鑒定人員發(fā)現(xiàn)1號(hào)啟動(dòng)馬達(dá)嚙合檢視窗處有火花，并緊急停運(yùn)小型柴油發(fā)電機(jī)。專業(yè)檢查啟動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪與柴油機(jī)飛輪齒圈處于嚙合狀態(tài)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪磨損嚴(yán)重，柴油機(jī)飛輪齒圈輕微受損?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，啟動(dòng)馬達(dá)齒輪已被打爛，飛輪齒圈有傷痕。啟動(dòng)馬達(dá)本體溫度約95℃。

3 小型柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)原理

當(dāng)需要起動(dòng)發(fā)電機(jī)時(shí)，接通蓄電池與起動(dòng)電機(jī)回路，使電機(jī)轉(zhuǎn)子軸即離合器體殼順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)離合器主動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。柴油機(jī)兩側(cè)各帶一個(gè)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)由直流電動(dòng)機(jī)、離合機(jī)構(gòu)及控制開關(guān)等組成，用于柴油機(jī)起動(dòng)。起動(dòng)電動(dòng)機(jī)有3個(gè)端子，其中，30、31號(hào)端子分別與蓄電池組的正、負(fù)極相連，由于起動(dòng)時(shí)電流大，要求連接電纜直徑不得小于16mm；30、50號(hào)端子與機(jī)組控制柜相連，接受起動(dòng)信號(hào)。當(dāng)機(jī)組控制發(fā)出起動(dòng)命令后，閉合30、50端子，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)內(nèi)的電磁開關(guān)通電吸合，起動(dòng)電動(dòng)機(jī)通電，齒輪頂出與柴油機(jī)飛輪齒輪嚙合帶動(dòng)柴油機(jī)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)柴油機(jī)達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速后，由電動(dòng)機(jī)內(nèi)安裝的離合機(jī)構(gòu)使起動(dòng)機(jī)立即與曲軸分離。啟動(dòng)馬達(dá)接線原理如圖1所示。

圖1 啟動(dòng)馬達(dá)接線原理圖

啟動(dòng)馬達(dá)的額定電壓為DC24V，啟停由柴油機(jī)PLC啟動(dòng)控制回路控制，啟動(dòng)信號(hào)電壓DC24V。在啟動(dòng)信號(hào)傳送到啟動(dòng)馬達(dá)的瞬間，磁吸開關(guān)、推力開關(guān)同步得電。磁吸開關(guān)立即動(dòng)作，直流串激電機(jī)低速線圈立即導(dǎo)通，與此同時(shí)，推力開關(guān)動(dòng)作，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪被推桿推出準(zhǔn)備與柴油機(jī)飛輪嚙合。若此時(shí)，馬達(dá)齒輪與柴油機(jī)飛輪齒輪無法嚙合，則直流串激電機(jī)將低速旋轉(zhuǎn)（速度極?。敝榴R達(dá)齒輪齒圈旋轉(zhuǎn)至與柴油機(jī)飛輪齒輪適合嚙合的位置，整個(gè)過程用時(shí)極短。在齒輪完成嚙合的同時(shí)，推力開關(guān)TK切換至高速線圈，馬達(dá)通過離合器、驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)柴油機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)。

4 原因分析

4.1 控制啟動(dòng)馬達(dá)嚙合、脫開的控制回路故障

按照設(shè)計(jì)，啟動(dòng)時(shí)給繼電器送電，啟動(dòng)馬達(dá)齒輪與飛輪齒圈嚙合，當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到650轉(zhuǎn)時(shí)，繼電器失電，啟動(dòng)馬達(dá)齒輪脫開飛輪齒圈；為了排除繼電器的故障，拆卸繼電器進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)小型柴油發(fā)電機(jī)PLC啟動(dòng)控制回路檢查，啟動(dòng)馬達(dá)控制回路邏輯、繼電器、接線檢查未見異常。排除控制啟動(dòng)馬達(dá)嚙合，減少的控制回路故障的可能。

4.2 啟動(dòng)馬達(dá)本體故障

對(duì)1號(hào)故障啟動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行解體。拆卸啟動(dòng)馬達(dá)后側(cè)護(hù)罩后發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)回路接線鼻子與動(dòng)力電源（正極）絕緣保護(hù)套接觸，且絕緣層已燒焦，接觸位置的絕緣材料已過熱炭化，存在明顯擠壓、放電痕跡（如圖2所示）。使用兆歐表測(cè)量啟動(dòng)信號(hào)控制回路正極與動(dòng)力回路電源正極之間的絕緣，所測(cè)絕緣值為0MΩ。確認(rèn)啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)控制回路正極與動(dòng)力回路電源正極短路故障。

圖2 馬達(dá)短路故障點(diǎn)

啟動(dòng)馬達(dá)啟動(dòng)信號(hào)控制回路正極與動(dòng)力回路電源正極短路后，即使PLC信號(hào)斷開，啟動(dòng)信號(hào)控制回路正極仍有DC24V的供電，相當(dāng)于啟動(dòng)信號(hào)始終未斷開。隨著柴油機(jī)轉(zhuǎn)速提高，啟動(dòng)馬達(dá)溫升將加快，最終馬達(dá)內(nèi)部機(jī)械卡澀。在第12min時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪與柴油機(jī)飛輪齒圈因無法同步運(yùn)轉(zhuǎn)而造成齒輪磨損。

5 處理改進(jìn)方案

由以上檢查結(jié)果可知，本次啟動(dòng)小型柴油發(fā)電機(jī)的過程中，啟動(dòng)馬達(dá)損壞的具體原因是：工程安裝期間控制回路接線時(shí)安裝不當(dāng)導(dǎo)致內(nèi)部螺母隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，使控制回路接線鼻子轉(zhuǎn)動(dòng)接觸并劃傷動(dòng)力電源（正極）絕緣保護(hù)套。隨著柴油機(jī)調(diào)試和商運(yùn)期間多次啟動(dòng)，在大電流沖擊下最終導(dǎo)致動(dòng)力電源（正極）絕緣保護(hù)套擊穿，使得動(dòng)力電源與控制回路聯(lián)通（均為24V），柴油機(jī)啟動(dòng)信號(hào)一直保持，啟動(dòng)馬達(dá)無法退出，柴油機(jī)啟動(dòng)成功后啟動(dòng)馬達(dá)由主動(dòng)轉(zhuǎn)為被動(dòng)，并長(zhǎng)時(shí)間被柴油機(jī)飛輪齒圈帶動(dòng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致啟動(dòng)馬達(dá)齒輪疲勞斷裂。

此時(shí)，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障電機(jī)進(jìn)行更換，備件電機(jī)控制回路接線端子較舊電機(jī)進(jìn)行明顯改進(jìn)；備件電機(jī)控制回路接線端子內(nèi)部設(shè)計(jì)有一個(gè)絕緣卡槽，可防止外部接線時(shí)內(nèi)部端子跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖3所示）；杜絕啟動(dòng)信號(hào)控制回路正極與電源正極短路的可能；檢查新馬達(dá)各接線及絕緣狀態(tài)正常，測(cè)量馬達(dá)電源正極絕緣電阻為大于550MΩ，絕緣合格，滿足現(xiàn)場(chǎng)回裝要求。

圖3 保護(hù)卡槽設(shè)計(jì)

6 結(jié)語

本次小型柴油發(fā)電機(jī)在啟動(dòng)過程中的馬達(dá)故障問題，通過發(fā)現(xiàn)故障，分析故障，解決故障。為今后檢修同類設(shè)備積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也保證了小型柴油發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。核電廠水壓試驗(yàn)泵柴油發(fā)電機(jī)組用于在異常情況下向水壓試驗(yàn)泵提供應(yīng)急電源，作為核電廠的一道重要安全屏障，其穩(wěn)定可靠的運(yùn)行可以對(duì)整個(gè)核電機(jī)組的安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。