主泵电机振动故障分析
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[摘 要]现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大的提高。某核电站是国内首家采用百万千瓦级的三轴承设计结构的反应堆冷却剂泵（简称主泵）的核电站，而作为整体泵组结构的重要组成部分，该主泵电机的研发、设计与制造首次完全实现了国产化。通过介绍主泵电机的主要设计结构，重点阐述电机试验过程中存在的振动问题，并对此进行分析与解决，以达到提高主泵电机的采购质量，并提供一定的工程参考经验。
[关键词]主泵电机；振动故障；分析
中图分类号：TP873 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0083-01
引言
反应堆冷却剂泵（简称主泵，下同）是压水堆冷却剂环路系统中唯一高速运转的机械设备，用于驱动带有放射性的高温高压冷却剂，以便其将反应堆产生的热量传递给二回路介质。作为提供动力的主泵电机，无疑起到“心脏”的作用，其性能的好坏将直接影响到主泵的稳定、有效及安全运行，进而影响到核电厂的整体运行工况。
1电机试验结构
国内某压水堆核电站所采购的百万千瓦级主泵电机系国内某大型电机厂首次自主研发、设计及制造。基于三轴承主泵泵组设计结构，电机进行出厂试验的部件除电机本体外，还包含主泵电机上支座、主泵电机下支座的泵类部件。下面针对电机试验结构与循环油系统进行简要阐述。
1.1电机设计结构
电机由定子、转子、上机架、下机架、导轴承、冷却器等部分组成。上机架、定子及下机架从上到下组成一体，其中电机的导轴承安装在上机架内，飞轮位于下机架内，止逆机构位于电机顶部。电机与主泵共用的双向推力组合轴承布置在泵与电机的位置，改变了常规采用的推力轴承布置在电机转子上端，即转子支点在上的悬式结构设计思路，故电机总体结构为半伞式，即电机本体内仅布置一个上导轴承，承重支点在电机的轴伸位置。
1.2电机上、下支座结构
基于三轴承主泵设计结构，电机进行出厂试验的结构除包含电机本体外，还包含主泵电机上支座、主泵电机下支座的泵类部件。电机上支座起到主泵电机支撑作用，其内部结构包括双向推力组合轴承、油箱、油冷却器等；电机下支座起到电机上支座与主泵泵体的定位作用。通过电机的上、下支座，来保证电机循环油系统的正常使用，从而实现轴承的冷却与润滑功能，并起到调节油箱内油位作用。
1.3循环油系统
电机循环油系统由主进油管、辅进油管、出油管、电机上油箱组成，其中包含阀门、流量计、止逆阀等零部件。主泵电机启动时，为防止上导轴承因缺少润滑油而损坏，须先起动辅进油管润滑油泵（泄油泵），由辅进油管向上油箱供油。电机达到额定转速后，主进油管将向上油箱正常供油，停止辅进油管润滑油泵，供油任务改为主进油管完成。
2核级泵的特点
核级泵是核电厂运行的核心，必须满足核电发电的复杂性。在设备的性能上要达到一定的要求，并且要具有较长的使用寿命。我国第一代核级泵的寿命约为40年，第二代设备更新了技术，寿命达到60年。在核级泵的设计上，要按照核电站运行技术规范进行，防止其性能不足导致失效，影响整个核电站的运行。其次，核电发电的特点决定了核级泵的工艺复杂性，设计过程要参照大量的工艺标准，设计难度大，且要满足在恶劣环境中使用的要求，具有较高的耐腐蚀性和耐辐射性，给我国核级泵的设计带来较大挑战。最后，核级泵不仅对质量有直接要求，还对设备的制造周期和定制标准有极高的要求。对设备样机进行全面的实验验证，保证其基本参数和运行性能。
3改进建议
3.1针对我国核电站设计、调试、安装等多个方面的问题应采取必要的改进措施
我们对其进行如下分析：建立完善的设计、安装体系，实施员工培训，招聘管理和设计安装人才，保证安装流程的顺利与合理性。技术的改进在我国核电发展中具有重要作用，应成为未来一段时间内的主要任務。提高我国自身核电技术，逐步减少进口设备，从根本上提高我国核电业的发展；不断的改进核电工程制造工艺，加大新的材料的投资与研发，加大管理能力和安装效率。做好相关的售后服务，并且将技术问题降低最低，认真分析故障出现的原因。时刻以人为本，保证人身安全才能确保核电工程的可持续发展。实施做好设备运输的保护措施，尽量减少运输过程中完善的设备保护措施，以免造成不良影响。对核电施现场进行监管，要求技术人员和操作人员严格按照规定操作；设备竣工文件的质量，以技术规范书为基础，从客户的实际情况和需求出发，避免无法参考、实施等情况的发生。及时反馈设计过程中存在的问题，并且做好相关问题记录，实现资源共享，以免同样的问题再次发生。
3.2差动保护误动原因分析
鼠笼式异步电机要求稳态运行时内部磁场对称，根据图4等效电路图分析，在启动过程中，由于滑差从1逐渐减小，定子电流分支電流主要为漏抗及电机直流电阻构成的串联电路电流，由于每相3个分支的漏抗都较小，分支绕组中的启动电流幅值及相位也接近相等，组成差动保护的分支电流近似等于断路器相电流的三分之一，通过电流互感器的变比校正，差动继电器的差流较小，电机启动电流很大，制动电流较高，此时继电器处于图2所示的区段3的制动区内，保护不会误动。随着电机转速上升，滑差逐步减小，同时电机电流回落。当接近额定工况时，由于负载支路电流下降，在电机的分支绕组电流主要为负荷电流和绕组励磁电流之和，因为电机的同相分支绕组的槽距等参数有差异，在接近额定运行工况附近，主泵电机的同相3个分支绕组的电流幅值和相位出现差别。断路器侧的电流互感器与中性点的电流互感器出现差流。
3.3调整后试转测试
经过分析和确定方案以后，现场修改定值并重新校验保护，并对启动过程中的点击一相差动保护的断路器电流和电机中性点电流进行录波分析。电机正常启动并切换到Ⅱ速，电机成功启动。启动后对启动过程录波文件进行细致分析。
结语
综上所述，引起电机振动大的原因是多方面的。就本文所述的主泵电机振动而言，由于是国内首家采用百万千瓦级的三轴承设计结构的主泵电机，在设计、工艺上有着不成熟之处，并且试验结构与其它类型的电动机有着明显的区别。因此，除了分析常规的引起电机振动大原因外，结合频谱分析及与其他设计类型的主泵电机相比较，准确判断出电机振动的根本原因。通过一系列的分析及解决措施，主泵电机的振动问题得以顺利解决，解决了影响主泵电机交货进度滞后的关键障碍，为核电站机组的调试提供了有力的设备保障。总结振动故障分析流程，应关注两点：一是判断故障的真伪，即分析设备本身是否出现故障，是否为测振仪表失效造成的假象；二是分析故障的类型，就是分析发生了什么类型的振动故障，是何种原因所造成的故障，这是故障诊断的核心。对故障类型的诊断，要找主要矛盾，在确保准确的前提下，尽可能明确主要故障，进一步分析并解决。
参考文献
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