核電廠小型柴油發(fā)電機啟動馬達故障原因分析及處理

陳偉 許林 王凱

【摘 要】論文結(jié)合小型柴油發(fā)電機啟動時發(fā)現(xiàn)啟動馬達嚙合檢視窗處有火花故障，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，引起該故障的原因是發(fā)電機啟動馬達控制回路與動力電源端子間絕緣故障。經(jīng)改進后更換符合設(shè)計要求的啟動馬達，以保證系統(tǒng)的安全運行。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機;絕緣;齒輪

【Keywords】generator; insulation; gear

【中圖分類號】TM301? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）01-0181-02

1 引言

水壓試驗泵小型柴油發(fā)電機組用于異常情況下向水壓試驗泵提供應(yīng)急電源。正?；蛟O(shè)計基準(zhǔn)事故工況下，水壓試驗泵用小型柴油發(fā)電機組不執(zhí)行安全功能，但在核電廠機組的兩列配電盤都不能供電的情況下（即超基準(zhǔn)設(shè)計工況），此柴油發(fā)電機組能給水壓試驗泵提供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)為機組運行所需的儀表供電，并可通過兩個機組共用機柜，為水壓試驗泵房應(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，啟動柴油機。柴油發(fā)電機組平穩(wěn)運行到第12min時，鑒定人員發(fā)現(xiàn)1號啟動馬達嚙合檢視窗處有火花，并緊急停運小型柴油發(fā)電機。專業(yè)檢查啟動馬達驅(qū)動齒輪與柴油機飛輪齒圈處于嚙合狀態(tài)，馬達驅(qū)動齒輪磨損嚴(yán)重，柴油機飛輪齒圈輕微受損?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，啟動馬達齒輪已被打爛，飛輪齒圈有傷痕。啟動馬達本體溫度約95℃。

3 小型柴油發(fā)電機啟動原理

當(dāng)需要起動發(fā)電機時，接通蓄電池與起動電機回路，使電機轉(zhuǎn)子軸即離合器體殼順時針轉(zhuǎn)動，并帶動離合器主動盤轉(zhuǎn)動。柴油機兩側(cè)各帶一個起動電動機，起動電動機由直流電動機、離合機構(gòu)及控制開關(guān)等組成，用于柴油機起動。起動電動機有3個端子，其中，30、31號端子分別與蓄電池組的正、負(fù)極相連，由于起動時電流大，要求連接電纜直徑不得小于16mm;30、50號端子與機組控制柜相連，接受起動信號。當(dāng)機組控制發(fā)出起動命令后，閉合30、50端子，起動電動機內(nèi)的電磁開關(guān)通電吸合，起動電動機通電，齒輪頂出與柴油機飛輪齒輪嚙合帶動柴油機飛輪轉(zhuǎn)動。當(dāng)柴油機達到點火轉(zhuǎn)速后，由電動機內(nèi)安裝的離合機構(gòu)使起動機立即與曲軸分離。啟動馬達接線原理如圖1所示。

啟動馬達的額定電壓為DC24V，啟停由柴油機PLC啟動控制回路控制，啟動信號電壓DC24V。在啟動信號傳送到啟動馬達的瞬間，磁吸開關(guān)、推力開關(guān)同步得電。磁吸開關(guān)立即動作，直流串激電機低速線圈立即導(dǎo)通，與此同時，推力開關(guān)動作，馬達驅(qū)動齒輪被推桿推出準(zhǔn)備與柴油機飛輪嚙合。若此時，馬達齒輪與柴油機飛輪齒輪無法嚙合，則直流串激電機將低速旋轉(zhuǎn)（速度極小），直至馬達齒輪齒圈旋轉(zhuǎn)至與柴油機飛輪齒輪適合嚙合的位置，整個過程用時極短。在齒輪完成嚙合的同時，推力開關(guān)TK切換至高速線圈，馬達通過離合器、驅(qū)動齒輪帶動柴油機飛輪旋轉(zhuǎn)。

4 原因分析

4.1 控制啟動馬達嚙合、脫開的控制回路故障

按照設(shè)計，啟動時給繼電器送電，啟動馬達齒輪與飛輪齒圈嚙合，當(dāng)柴油機轉(zhuǎn)速達到650轉(zhuǎn)時，繼電器失電，啟動馬達齒輪脫開飛輪齒圈;為了排除繼電器的故障，拆卸繼電器進行校驗。對小型柴油發(fā)電機PLC啟動控制回路檢查，啟動馬達控制回路邏輯、繼電器、接線檢查未見異常。排除控制啟動馬達嚙合，減少的控制回路故障的可能。

4.2 啟動馬達本體故障

對1號故障啟動馬達進行解體。拆卸啟動馬達后側(cè)護罩后發(fā)現(xiàn)啟動回路接線鼻子與動力電源（正極）絕緣保護套接觸，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）。使用兆歐表測量啟動信號控制回路正極與動力回路電源正極之間的絕緣，所測絕緣值為0MΩ。確認(rèn)啟動馬達啟動信號控制回路正極與動力回路電源正極短路故障。

啟動馬達啟動信號控制回路正極與動力回路電源正極短路后，即使PLC信號斷開，啟動信號控制回路正極仍有DC24V的供電，相當(dāng)于啟動信號始終未斷開。隨著柴油機轉(zhuǎn)速提高，啟動馬達溫升將加快，最終馬達內(nèi)部機械卡澀。在第12min時，馬達驅(qū)動齒輪與柴油機飛輪齒圈因無法同步運轉(zhuǎn)而造成齒輪磨損。

5 處理改進方案

由以上檢查結(jié)果可知，本次啟動小型柴油發(fā)電機的過程中，啟動馬達損壞的具體原因是：工程安裝期間控制回路接線時安裝不當(dāng)導(dǎo)致內(nèi)部螺母隨著轉(zhuǎn)動，使控制回路接線鼻子轉(zhuǎn)動接觸并劃傷動力電源（正極）絕緣保護套。隨著柴油機調(diào)試和商運期間多次啟動，在大電流沖擊下最終導(dǎo)致動力電源（正極）絕緣保護套擊穿，使得動力電源與控制回路聯(lián)通（均為24V），柴油機啟動信號一直保持，啟動馬達無法退出，柴油機啟動成功后啟動馬達由主動轉(zhuǎn)為被動，并長時間被柴油機飛輪齒圈帶動高速運轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致啟動馬達齒輪疲勞斷裂。

此時，應(yīng)對現(xiàn)場故障電機進行更換，備件電機控制回路接線端子較舊電機進行明顯改進;備件電機控制回路接線端子內(nèi)部設(shè)計有一個絕緣卡槽，可防止外部接線時內(nèi)部端子跟隨轉(zhuǎn)動（如圖3所示）;杜絕啟動信號控制回路正極與電源正極短路的可能;檢查新馬達各接線及絕緣狀態(tài)正常，測量馬達電源正極絕緣電阻為大于550MΩ，絕緣合格，滿足現(xiàn)場回裝要求。

6 結(jié)語

本次小型柴油發(fā)電機在啟動過程中的馬達故障問題，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，同時也保證了小型柴油發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行。核電廠水壓試驗泵柴油發(fā)電機組用于在異常情況下向水壓試驗泵提供應(yīng)急電源，作為核電廠的一道重要安全屏障，其穩(wěn)定可靠的運行可以對整個核電機組的安全運行起到至關(guān)重要的作用。