示范快堆一回路钠泵电机试验及调试问题探究

岳哲佳

摘  要：600MW示范快堆工程作为国家批准的重大核能科技专项，工程的成功建设对形成我国快堆产业化、实现核燃料闭式循环、促进我国核能可持续发展、推动地方经济建设具有重要意义。该文从一回路钠泵电机的功能指标、运行条件、可靠性分析出发，进而阐述一回路钠泵电机试验及调试问题的独特性及重要性，最终以实际故障案例的处理来验证一回路钠泵电机试验及调试方法的正确性。

关键词：示范快堆  钠泵电机  试验  调试

中图分类号：TL433                                 文献标识码：A                         文章编号：1672-3791（2019）04（b）-0040-02

1  电机功能与运行条件

一回路钠泵电机包含主电机和辅助电机（见图1），主机为4500kW-8P，10kV变频电源供电运行。转速在100～1100r/min，根据系统要求辅助电机在电厂失去电源情况下，应急工频电源供电运行转速118r/min为反应堆带走热量，执行其安全功能。

1.1 电机功能

正常工况条件下驱动泵运行。在钠环境下驱动泵从零转速启动到指定的转速或泵从某一工作转速到泵停止，启停平稳且转速不突变。每年最多启停200次，通过变频调速能够在100～1100rpm之间任意转速点上驱动泵正常运转。功能指标：电机输出功率不小于泵所需功率，在990rpm转速下输出转矩≥1061N.m。

1.2 运行条件

电机由变频器拖动，旋转频率可调。并在12.5～50Hz，在250～980rpm范围内能长期工作。冷态：当电压为额定值的0.85～1.1倍，频率在47.5～51Hz，在150～500rpm范围内能启动、调节和长期工作。热态：由于停电而停运不超过1.5s，当电压随后恢复到额定值的0.8～1.0倍时，能自动启动泵。故障状态：电机停机，故障排除后重新变频器启动。当旋转频率增加时，角加速度为10r/min。电机轴端设计有飞轮，以增加惯量，保证驱动电机在断电后仍能为堆芯带走热量。电机允许左向旋转，也允许右向旋转，旋转方向的改变在电机处于静止状态下进行。结构中不存在有火灾危险的热屏蔽材料、橡胶密封圈、橡胶管道、电缆和润滑油。电机与主泵由膜片联轴器连接，电机不承受转子和飞轮以外的轴向力。

电机安全等级1E级，鉴定等级K3，抗震等级I类，质保等级Q1。

2  电机综合性能

2.1 可靠性

一回路钠泵电机的主要失效部件为：绕组和轴承，在电机设计中，绕组绝缘结构、轴承结构作为可靠性设计的核心，其他均为机械结构件，机械结构件根据分析计算满足运行安全系数或达到机械设计手册中规定材料的许用应力安全系数，可靠度为1。

2.2 耐久性

绝缘系统主要结合H级绝缘系统老化试验报告和IEC、IEEE、GB标准进行寿命分析，通过分析电机的温升不超过70K，寿命满足40年要求。

3  电机试验项目

3.1 整机试验

依据一回路钠泵电机中主电机和辅助电机工况条件及功能要求，设定试验项目如下：（1）辅助电机：功能、性能试验、质量鉴定試验。（2）一回路钠泵电机：主电机功能、性能试验、辅助电机试验。（3）可靠性验证试验：主电机绕组绝缘、轴承、辅助电机绕组绝缘、整机可靠性验证试验[1]。

3.2 可靠性试验

主泵电机可靠性确定规则一般符合：寿命+MTBF（机电产品）。经过FMEA和可靠性分析，电机的可靠性主要由电机绕组绝缘的可靠度和轴承可用度决定。而电机绝缘的可靠性由电机温升、电磁拉力、绕组振动等老化因子决定，其可靠度应大于电机整机要求的可靠度，并综合考虑其他结构或部件的可靠性，通过分析计算保证其他机械结构件的寿命大于40年[2]。

3.3 绝缘结构试验

采用加速寿命方法对电机绕组绝缘的寿命试验环境需模拟温度、振动、潮湿、耐压4个老化因子进行模拟试验验证，涵盖了电机绝缘所有老化现象，验证电机绝缘使用寿命是否能够满足40年要求[3]。

3.4 轴承寿命试验

电机正常运行状态下，轴承运转有油膜的支撑，轴与轴瓦合金的磨损量很小;电机启动阶段，轴承运转产生的油膜是一个逐步形成的过程;电机停机阶段，轴承运转产生的油膜是一个逐步破坏的过程[4]。

4  电机调试振动问题技术分析及处理

4.1 电机振动情况描述

原型样机所配套的电机安装在电机制造厂内的试验台架上进行试验，其振动合格。电机与泵安装在水介质试验台架上进行运转试验，在150～900r/min低速区间电机振动小于3.5mm/s，在额定转速时990r/min运转时电机上部轴承振动出现急剧增加现象，振动值过大，达到16mm/s。

4.2 电机振动原因分析

电机振动超标原因主要有以下方面：（1）泵安装在试验台架上，电机结构频率与转频接近，存在共振现象，需要采取措施避开共振频率;（2）振动激励偏大;（3）电机结构刚性需要加强，需要对电机结构及刚性进行分析，采取进一步优化设计措施;（4）电机下部轴承径向游隙过大;（5）电机运转时振动及噪声出现的波动现象（忽大忽小），需要对电机结构设计、制造及安装等方面进行分析和排除;（6）联轴器柱销配合过紧，可能存在电机转子及泵转子不能很好地解耦的因素;（7）需要测量和分析变频器三相电流输出的波形数据，以排除其影响;（8）泵及电机安装时转动部件对中性差对电机的振动会产生不利影响，需要核查对中性情况。

4.3 改进措施及实施情况

重新对泵及电机进行安装和检查，排除安装水平度、联轴器对中性对振动的影响;分析电机下部轴承游隙对振动的影响，并更换小游隙轴承进行试验验证;检查和调整电机联轴器与泵联轴器端面间的间隙是否满足要求值;调整联轴器弹性元件与柱销孔之间的间隙，使电机转动部件与泵转子部件能够很好地解耦;为减小振动激励，进行电机转子动平衡试验、整机转子动平衡试验，提高整机组装在一起后转子部件的动平衡水平，减小动不平衡力。

5  结语

一回路钠泵电机试验及调试问题有其独有性和特殊性，通过对一回路钠泵电机试验及调试问题的归纳、梳理，对原型样机调试电机振动问题技术分析及处理经验的总结，我们掌握了一整套的一回路钠泵电机试验及调试方法，这为保障示范快堆一回路钠泵电机试验及调试打下了坚实基础。

参考文献

[1] 才家刚.TM306-62电机试验手册[M].3版.北京：中国电力出版社，1997.

[2] 陈世坤.电机设计[M].2版.北京：机械工业出版社，2004：72-78.

[3] 徐广人.高效高起动转矩永磁同步电机设计中的关键技术问题研究[D].沈阳工业大学，1999.

[4] 张东.新型双定子永磁电机的设计与研究[D].上海大学，2008.