AP1000核電機組主發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子方案優(yōu)化

趙瑞生

摘要：在首臺AP1000機組建造之前，三菱重工設計的該型號電機施工設計方案尚沒有經(jīng)過充分的實踐驗證，其轉(zhuǎn)子穿裝設計方案存在一定的缺陷和不足。為了優(yōu)化AP1000核電機組主發(fā)電機穿裝子方案，本文通過全球首臺AP1000核電機組主發(fā)電機安裝施工實踐經(jīng)驗，從轉(zhuǎn)子吊裝、滑架拆除等方面提出了發(fā)電機穿裝子方案的優(yōu)化措施，通過發(fā)電機組安裝施工的進一步驗證，證明了這些優(yōu)化措施的有效性。

關(guān)鍵詞：AP1000 發(fā)電機 穿轉(zhuǎn)子 優(yōu)化

Optimization of AP1000 Nuclear Power Plant Main Generator Passing Through Rotor Scheme

Zhao Ruisheng

（China Nuclear Power Co.，Ltd.，Shanghai，200040 China）

Abstract：Before the construction of the first AP1000 unit， the construction design plan of this type of motor designed by Mitsubishi Heavy Industries has not been fully verified by practice， and its rotor installation design plan has certain defects and deficiencies.For the purpose to modify the insertion scheme of main generator rotor of AP1000 nuclear power plant， based on the main generator construction experience of the world’s first AP1000 unclear power plant， form aspects of rotor lifting and slide block removing， proposing the modified measures for the main insertion generator scheme. These modified measures were proved effective and useful by the real generator construction.

Key Words： AP1000; Generator; Rotor insertion; Modification

發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子施工是大型發(fā)電機組在電廠建造環(huán)節(jié)進行現(xiàn)場發(fā)電機組裝的關(guān)鍵工序。轉(zhuǎn)子穿裝工藝較為復雜，所使用的專用工具較繁多，安裝精度和清潔度控制要求較高，施工安全風險較大。

首臺AP1000核電機組主發(fā)電設計和供貨為日本三菱電機，該型號發(fā)電機機轉(zhuǎn)子凈重203t，全長17.1m，最大直徑1.96m，具有單件重量大、尺寸長、結(jié)構(gòu)緊湊的特點。

在首臺AP1000機組建造之前，三菱重工設計的該型號電機施工設計方案尚沒有經(jīng)過充分的實踐驗證，其轉(zhuǎn)子穿裝設計方案存在一定的缺陷和不足。如穿裝子方案中使用吊梁吊裝轉(zhuǎn)子的方案設計存在缺陷、轉(zhuǎn)子滑架拆除困難等問題。本文結(jié)合國內(nèi)某首臺AP1000核電主發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子設計方案，通過實際建造經(jīng)驗分析了該方案存在的問題，提出了針對方案的優(yōu)化措施，并在實際施工實踐中進行了有效的驗證，為同類型電力工程大型發(fā)電機穿抽轉(zhuǎn)子作業(yè)提供了借鑒。

1.P1000核電機組發(fā)電機概況及穿轉(zhuǎn)子工藝

1.1 發(fā)電機構(gòu)造特點

AP1000核電機組發(fā)電機由日本三菱電機設計和制造。發(fā)電機額定容量為1407MVA，功率因素0.9，端電壓為24KV，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。本型號發(fā)電機為三相交流隱極式同步發(fā)電機，發(fā)電機由定子、轉(zhuǎn)子、滑環(huán)、端蓋及軸承、油密封裝置、冷卻器及外罩殼、出線盒、引出線及磁套端子、內(nèi)部監(jiān)測系統(tǒng)等部件組成。發(fā)電機采用整體全封閉、內(nèi)部氫氣循環(huán);定子繞組水內(nèi)冷、定子鐵芯及端部結(jié)構(gòu)件氫氣表面冷卻;轉(zhuǎn)子繞組氣隙氫氣內(nèi)冷的冷卻方式[1]。發(fā)電機結(jié)構(gòu)如圖1所示。

發(fā)電機定子凈重445t，長11.5m，定子鐵芯內(nèi)膛直徑為2.07m。發(fā)電機轉(zhuǎn)子凈重203t，長17.1m，其最大直徑在轉(zhuǎn)子護環(huán)處，護環(huán)直徑為1.96m。AP1000常規(guī)島廠房主行車額定載荷為240t，可以滿足轉(zhuǎn)子的吊裝需求。發(fā)電機汽輪機側(cè)和發(fā)電機側(cè)各設計有發(fā)電機端蓋，發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸承固定在端蓋上。

1.2 發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子設計方案

1.2.1發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子前檢查

在穿轉(zhuǎn)子前，發(fā)電機需完成轉(zhuǎn)子外觀及軸頸檢查、轉(zhuǎn)子氣密性試驗、發(fā)電機定子初定位、發(fā)電機端蓋及下半軸承試裝配、定子內(nèi)外部檢查、定子繞組槽楔松動試驗、轉(zhuǎn)子耐壓試驗、定子繞組絕緣、線圈溫度檢查以及轉(zhuǎn)子交流阻抗測量相關(guān)工作。這些檢查和試驗工作可以確保穿轉(zhuǎn)子前發(fā)電機相關(guān)部件和參數(shù)滿足規(guī)范和標準要求，是穿轉(zhuǎn)子的先決條件[2]。

1.2.2 穿轉(zhuǎn)子所用專用工具及臨時措施

AP1000核電機組發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子主要使用的專用工具有轉(zhuǎn)子護板、吊梁、轉(zhuǎn)子吊裝用鋼絲繩、轉(zhuǎn)子滑架、定子鐵芯護板、滑板和轉(zhuǎn)子支撐專用工具等。

轉(zhuǎn)子護板安裝在轉(zhuǎn)子吊裝點位置，材質(zhì)為金屬鋁，可以保護轉(zhuǎn)子在吊裝期間免被鋼絲繩劃傷;吊梁配合鋼絲繩為吊裝轉(zhuǎn)子的專用工具，平衡和分配轉(zhuǎn)子吊裝受力;轉(zhuǎn)子滑架安裝在轉(zhuǎn)子的汽輪機側(cè)，轉(zhuǎn)子穿入期間依靠滑架在定子鐵芯滑板上滑動穿入定子;定子鐵芯護板為一面弧形的鐵板放置在定子內(nèi)堂鐵芯上，穿轉(zhuǎn)子過程為定子鐵芯提供防護;滑板為轉(zhuǎn)子穿裝的滑動工具，放置在鐵芯護板上，為轉(zhuǎn)子穿入提供滑動和支撐。

轉(zhuǎn)子開始吊裝前，在其吊裝點位置安裝轉(zhuǎn)子護板。在轉(zhuǎn)子汽輪機側(cè)安裝轉(zhuǎn)子滑架。在定子鐵芯上放入定子鐵芯護板并固定，由于鐵芯護板是一片弧形鐵板，鐵芯與鐵芯護板之間需放置一層纖維板，以保護鐵芯不被劃傷。鐵芯護板上表面應涂抹石蠟或者潤滑脂，以降低轉(zhuǎn)子滑架在鐵芯護板之間的摩擦力[3]。

在穿裝子前，發(fā)電機汽、勵兩側(cè)的下半端蓋應臨時拆卸以保證足夠的空間進行穿轉(zhuǎn)子作業(yè)。但端蓋不能拆除，應利用手拉葫蘆臨時固定在發(fā)電機的兩側(cè)下部，可確保轉(zhuǎn)子穿裝完成后下半端蓋可以及時恢復，為軸瓦的安裝和轉(zhuǎn)子下落至軸瓦提供條件。

1.2.3 穿轉(zhuǎn)子設計方案

安裝轉(zhuǎn)子吊梁，利用行車和吊梁起吊轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子從發(fā)電機的勵磁側(cè)向汽輪機側(cè)穿入，詳見圖2。

待轉(zhuǎn)子滑架與定子鐵芯護板全部接觸后，拆除轉(zhuǎn)子保護板并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子吊點至勵磁端軸頸位置。通過手拉葫蘆牽引及行車配合，轉(zhuǎn)子通過滑架向定子汽輪機側(cè)滑動。轉(zhuǎn)子滑架從定子汽端滑出前，安裝滑板，見圖3。

滑板安裝完畢后，繼續(xù)牽引轉(zhuǎn)子向汽輪機側(cè)移動，待滑架整體從定子內(nèi)膛汽輪機側(cè)滑出后，將滑架從底部旋轉(zhuǎn)180度后，拆除滑架。繼續(xù)牽引轉(zhuǎn)子到達設計位置。利用行車吊起轉(zhuǎn)子，先后拆除滑板、鐵芯防護板，安裝轉(zhuǎn)子支撐專工具，臨時支撐轉(zhuǎn)子[4]?；謴桶l(fā)電機下半端蓋，安裝汽、勵兩端的下半軸瓦。最后使轉(zhuǎn)子落在軸瓦上，穿裝子工作完成。

2.穿轉(zhuǎn)子設計方案存在的問題

2.1 吊梁設計存在缺陷

發(fā)電機轉(zhuǎn)子吊梁長4000mm，寬200mm，高1200m，共有8只吊耳。其中上面4只吊耳通過鋼絲繩掛固定在行車吊鉤上，下面4只吊耳通過鋼絲繩吊裝轉(zhuǎn)子。吊梁下部鋼絲繩長8000mm，直徑為65mm。

在穿轉(zhuǎn)子開始穿入定子時，轉(zhuǎn)子滑架表面要與定子鐵芯保護板100%接觸，這是確保轉(zhuǎn)子正常穿入定子的前提條件。轉(zhuǎn)子重心距離汽輪機側(cè)軸頸中心的距離為5510mm，轉(zhuǎn)子滑架安裝在汽側(cè)軸頸中心位置?；艿拈L度為924mm。為了保證滑架能夠全部落在定子鐵芯上，計算出轉(zhuǎn)子重心與發(fā)電機定子鐵芯勵磁側(cè)要求的間距為A=5510- 924/2=5048mm。

使用吊梁吊裝轉(zhuǎn)子的時，如轉(zhuǎn)子重心距發(fā)電機定子鐵芯勵磁側(cè)的實際距離如果大于5048mm，轉(zhuǎn)子無法進行正常穿入。

定子鐵芯的長度a=6400mm，發(fā)電機定子勵磁側(cè)端蓋端面距定子鐵芯中心的距離b=6566mm，計算出勵磁側(cè)端蓋端面距定子鐵芯勵磁側(cè)的距離為c=a-b/2=6566-6400/2=3266mm。

吊梁吊裝轉(zhuǎn)子兩個吊點的間距為3560mm，即轉(zhuǎn)子重心至鋼絲繩吊點的距離為D=3560mm/2=1780mm。鋼絲繩的直徑E=65mm假設穿轉(zhuǎn)子極限情況下，轉(zhuǎn)子汽側(cè)吊點的鋼絲繩與發(fā)電機定子完全接觸。那么吊裝時，轉(zhuǎn)子重心距勵磁側(cè)端蓋端面的距離為dmin =D+E/2=1780+32.5=1812.5mm。

在鋼絲繩與定子接觸的極限情況下，計算出轉(zhuǎn)子重心距發(fā)電機定子鐵芯勵磁側(cè)的距離為B=c+dmin=3266+1812.5=5078.5mm>A。

根據(jù)以上計算可以發(fā)現(xiàn)，即使在理想狀態(tài)下使用吊梁吊裝轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子滑架不能完全落在定在鐵芯保護板上，轉(zhuǎn)子無法正常穿入，吊梁吊裝轉(zhuǎn)子方案存在缺陷。

此外吊梁下部鋼絲繩的長度為8m，由于鋼絲繩太短，使用該鋼絲繩捆扎轉(zhuǎn)子進行吊裝時，吊梁將與發(fā)電機定子產(chǎn)生碰撞，轉(zhuǎn)子滑架同樣無法完全落在定子鐵芯上。吊梁吊裝轉(zhuǎn)子的方案不可行。

2.2 轉(zhuǎn)子滑架拆除困難

拆除滑架需將滑架牽引繞轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)180度后拆除，當轉(zhuǎn)子滑架從發(fā)電機汽側(cè)滑出時，由于空間緊湊，轉(zhuǎn)子移動速度存在慣性，導致滑架與發(fā)電機端蓋緊貼，且滑架本身重量較重，轉(zhuǎn)子滑架缺少受力點，拆除空間較小，無法利用工具進行拆除，利用人力拆除非常困難。

3.穿裝子方案優(yōu)化

3.1 轉(zhuǎn)子吊裝方案優(yōu)化

使用專用柔性吊帶對轉(zhuǎn)子進行吊裝，該吊帶許用載荷為55t，吊點間距2m，吊裝夾角15度，吊帶厚度為40mm。由于轉(zhuǎn)子運輸臺架與轉(zhuǎn)子之間間距太小，不利于吊裝轉(zhuǎn)子前的鋼絲繩捆扎，相比于使用鋼絲繩進行吊裝，吊帶吊裝可以克服該困難，且操作較為便利，節(jié)約了轉(zhuǎn)子起吊前的施工準備時間。相比鋼絲繩吊裝，使用吊帶吊裝省去了轉(zhuǎn)子護板的使用，減少了轉(zhuǎn)子護板的安裝和拆卸工具，提高了施工效率。使用吊帶吊裝，還可以克服端蓋與轉(zhuǎn)子間距較小的限制，使得轉(zhuǎn)子滑架可以完全落在定子鐵芯上，且吊帶的拆除極為便利[5]。

使用吊帶吊裝發(fā)電機轉(zhuǎn)子的方案，在后續(xù)的AP1000機組發(fā)電機安裝施工時已得到驗證，可以節(jié)省施工實踐，提高施工效率。

3.2 滑架設計改進

針對滑架從定子汽端滑出后，拆除困難的問題，改進了轉(zhuǎn)子滑架的設計，在滑架汽端增加2只吊耳，在翻轉(zhuǎn)拆除滑架時，可利用兩只吊耳受力，借助固定手拉葫蘆牽引吊耳，可輕松拆除滑架，提高施工效率，詳見圖4。

3.3采用專用滑紙代替涂抹潤滑劑

發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子過程中，轉(zhuǎn)子滑架或滑板作為受力點支撐轉(zhuǎn)子在定子鐵芯保護板上滑動，承受轉(zhuǎn)子相當一部分的重力。為了盡可能地減少滑架與鐵芯保護板接觸面的摩擦系數(shù)，國內(nèi)其他類型機組發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子，普遍采用的方法是在轉(zhuǎn)子滑架與鐵芯保護板的接觸面涂蠟或涂抹油脂，以增加接觸面潤滑，減小轉(zhuǎn)子在滑動過程中的摩擦力。

首臺AP1000發(fā)電機機組采用方式較為新穎，利用在定子鐵芯保護板、滑塊及轉(zhuǎn)子滑架表面鋪貼專用的滑紙代替涂抹潤滑劑的方案。主要的工藝改進為在轉(zhuǎn)子滑架表面粘貼一層日本AGF公司生產(chǎn)的特氟龍膠布，俗稱電子膠布或隔熱膠布。該膠布具有表面不粘性、耐高溫以及極低的摩擦系統(tǒng)等電氣特性。其耐高溫度可達到250攝氏度，可以很好地克服轉(zhuǎn)子滑動過程摩擦產(chǎn)生的熱量[6]。在定子鐵芯保護板表面敷設兩層黃色的Byna Sheet紙（離型紙的一種），該離型紙具有表面光澤平滑、耐高溫、高機械強度作用不易剝離等特性[2]。轉(zhuǎn)子滑架與定子鐵芯間的滑紙分層示意圖詳見圖5。這種方式在國內(nèi)發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子施工尚屬首次應用。

經(jīng)首臺AP1000發(fā)電機轉(zhuǎn)子實際施工驗證，該措施同樣可以降低轉(zhuǎn)子滑架與定子鐵芯保護板之間多的摩擦系數(shù)，發(fā)電機轉(zhuǎn)子可通過滑架或滑板上順利推進，無卡澀。穿轉(zhuǎn)子完成后，滑板、滑架及滑塊表面無任何損傷。該種方法比傳統(tǒng)發(fā)電機穿轉(zhuǎn)子在滑板表面涂抹潤滑劑的方式更為簡易快捷、操作方便，提高了施工效率。

結(jié)語

AP1000核電機組發(fā)電機屬于新型的發(fā)電機設計產(chǎn)品，具有重量較大，結(jié)構(gòu)緊湊等特點，屬首次在國內(nèi)進行建造，穿轉(zhuǎn)子設計方案未經(jīng)過充分的驗證，存在一定的缺陷和不足。本文結(jié)合某AP1000核電示范工程的實際施工經(jīng)驗，提出了發(fā)電機穿裝子方案的優(yōu)化措施，經(jīng)在后續(xù)AP1000核電機組的建造實踐中進行了驗證，措施可行且有效，可以提升發(fā)電穿轉(zhuǎn)子施工的安全和效率。穿轉(zhuǎn)子工藝中滑架表面處理，采用鋪貼專用的離型紙代替接觸面涂抹潤滑劑的方式值得推廣。

參考文獻

[1] 崔強.AP1000核電廠安全系統(tǒng)性能指標淺析[J].中國科技投資，2019（30）：81-82.

[2] 王鑫.AP1000核電廠火災報警系統(tǒng)設計分析研究[J].今日消防，2019，4（12）：42-43.

[3]翟長春.AP1000核電廠廠外備用電源系統(tǒng)配置分析[J].電力勘測設計，2019（8）：70-75.

[4]鮑一晨，石秀強，劉曉強.AP1000核電廠閉式冷卻水系統(tǒng)復配緩蝕劑方案設計[J].核科學與工程，2020，40（1）：139-147.

[5]肖長歌，郝玉華，吳志鋼.AP1000核電機組加熱器疏水系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化[J].核科學與工程，2020，40（1）：68-75.

[6]周忠秋.AP1000核電站安全殼廠房水噴霧滅火系統(tǒng)的設計分析[J].科技創(chuàng)新導報，2020，17（13）：116-117.