CPR1000核电厂反应堆冷却剂泵电机绝缘问题分析

王玉旭，满晓宇，岳 凯，刘以亮

（中广核工程有限公司，广东 深圳 518124）

CPR1000核电厂反应堆冷却剂泵电机绝缘问题分析

王玉旭，满晓宇，岳 凯，刘以亮

（中广核工程有限公司，广东 深圳 518124）

文章介绍了CPR1000反应堆冷却剂泵（主泵）电机轴电压产生的原理，针对轴电压对主泵电机设备运行产生的危害和影响，剖析影响主泵电机轴绝缘失效的原因，通过主泵电机轴绝缘故障问题实例，阐述了轴绝缘故障排除处理方法，并提出了几种改善轴绝缘的相关措施。

主泵；电机；轴电流；绝缘；运行

CPR1000堆型核电厂反应堆冷却剂泵（主泵）电机是引进国外技术，在中国核电发展的机遇和挑战下，正在批量化生产。主泵电机运行时，转轴与轴承之间形成的电位差（轴电压），会在轴承处形成回路，产生轴电流，轴电压伴随着旋转电机的运行而存在（见图1）。

根据图1所示，主泵电机在额定电压、额定转速下空载运行时，产生轴电压U1，推力盘对上部推力轴瓦油膜电压为U2，推力盘对下部推力轴瓦油膜电压为U3，转子对下部轴承径向轴瓦的油膜电压为U4，上部轴承室上部推力轴瓦、下部推力轴瓦对地电压（U6/U7）相等，下部轴承室径向轴瓦对地电压为U8。在主泵电机启动前需预先检主泵电机轴电阻是否满足要求。主泵厂家运行手册中给出电机轴绝缘检查检验标准要求为：使用500 V兆欧表；环境湿度＜60%，轴绝缘性能≥100 kΩ；环境湿度≥60%，轴绝缘性能≥3 kΩ。

图1 主泵电机轴电压示意图Fig.1 The schematic of RCP motor shaft voltage1—电机转子；2—上部轴承上推力轴瓦；3—上部轴承下推力轴瓦；4—下部轴承径向轴瓦；5—推力盘；6—绝缘垫片；7—金属垫片；8—绝缘垫片

1 轴电流的危害

在正常情况下，主泵电机的轴电压较低，轴承内的润滑油膜能起到绝缘作用。当电机启动瞬间，油膜未稳定形成时，轴电压较高，如果轴绝缘偏小或消失，轴电压使润滑油膜放电击穿形成回路产生轴电流。

1.1 对润滑油的危害

如果有电机在运行过程中产生轴电流，轴电流使轴承室内润滑油电离，破坏油膜形成及稳定性，加快润滑油劣化，降低润滑油性能及介电强度。

1.2 对轴承的危害

过大的轴电流，会在主泵上下部轴承室的轴推力轴承和径向轴承表面放电，轴电流局部放电释放产生的高温，可以融化主泵电机上下部推力轴承、上部径向轴承、下部推力轴承许多微小区域，并在轴承面上产生麻点、凹坑或横沟，使轴承灼伤，破坏轴承光洁度，如不能及时发现处理，将导致轴承失效，对生产带来极大影响。

1.3 对设备的危害

轴电流还可以使轴承外表面形成电腐蚀，轴瓦的损伤从而产生电机噪声、振动增大，将在一定程度上影响主泵的动平衡，将迫使主泵非计划停机。

2 影响轴绝缘失效的原因

2.1 表面状况影响

如果绝缘效果不好，产生泄漏电流，往往来源于外界的干扰（短路）或者杂质，绝缘连接处表面上的油和粉尘等，绝缘材料上的粉尘（或盐）在干燥情况下是不导电的，只有暴露在潮气或油中才会部分导电，所以绝缘电阻会降低，如绝缘电阻因污染而降低，可以通过清理和干燥达到允许值。

2.2 潮湿的影响

在不考虑电机轴转子及上机架（上部轴承室）清洁度的情况下，当环境温度处于露点及露点以下时，绝缘表面就会形成湿气膜，从而降低上机架对地绝缘（轴绝缘）电阻。如果表面被污染或者绝缘材料出现裂缝，这种影响会明显。如果绝缘系统或绝缘材料是吸潮性的（容易吸水），潮气可能从潮湿的空气中进入绝缘体内，而导致绝缘电阻降低。

2.3 绝缘材料的影响

温度的升高导致绝缘材料离子活动和游离机会的增加，使离子数目相应增多，离子性电导电流加大，绝缘电阻下降；强烈、持续震动可导致绝缘材料原有的物理和机械性能的改变，破坏其绝缘强度，使其快速老化和损坏。影响主泵电机轴绝缘的材料主要为上机架与下机架、顶轴油泵、油冷器之间的绝缘板、绝缘垫片、套管等。

3 典型绝缘案例

3.1 电机到货验收轴绝缘不合格

某核电厂主泵电机在运输途中包装箱破损，且被雨水淋湿；到货后将电机翻转，检查其轴绝缘为0，加热器连续投用多天后绝缘没有上升趋势。由于电机受雨淋，潮气在电机内部不能及时排出，且会影响电机内部发生锈蚀，施工人员决定使用干燥机置换电机内部潮气（见图2），使电机干燥提高主泵电机绝缘；在干燥机连续投用数小时后，电机轴绝缘已满足要求，并稳步上升。

3.2 顶轴油泵与上机架绝缘故障

某核电厂主泵电机安装后，在进行空载试验前，检查轴绝缘为0，组织现场排查，发现顶轴油泵与上机架连接绝缘垫片损坏且绝缘为0，导致上机架接地。在更换损伤的绝缘垫片后，轴绝缘正常，完成轴绝缘故障问题处理。

3.3 主泵电机更换

在某核电厂小修期间，发现主泵电机轴绝缘为0，组织专业现场排查，均不能查出原因并排除故障，后决定使用备用电机更换，满足工程项目进展。对更换下的电机进行解体检查发现上机架与下机架绝缘垫板已存在浮锈，此问题影响轴绝缘，如不对电机进行解体检查无法排除。

图2 干燥机置换潮气示意图Fig.2 The schematic of moisture replacement dryer

4 轴绝缘故障排除方法

4.1 轴绝缘故障常规方法

CPR1000主泵电机轴绝缘常规检查方法为在未与泵靠背轮连接之前，使用500 V兆欧表进行测量；如发现轴绝缘问题，可按图3所示步骤和方案排除故障。

4.2 主泵电机与泵连接后监测

在主泵带载运行期间，可测量轴电压的检测上部轴承室绝缘状况，正常标准在50 mV～1 V之间。通常在主泵首次启动和停运前测量，根据图1，此时主泵电机轴电压U1等于U6/U7。表1为某核电厂1号机组主泵运行时轴电压监测数据。在某些运营单位大电机运行时，也采用“轴电流监测装置”等专用设施监测轴绝缘状况。

当主泵运行时轴电压不满足要求时，需立即停泵，脱开泵联轴节后，按4.1节中描述进行轴绝缘检查。

图3 主泵电机轴绝缘故障排除步骤及方案Fig.3 Steps and solutions for RCP motor shaft insulation troubleshooting

表1 某核电厂主泵电机轴电压监测Table1 RCP motor shaft voltage monitoring for nuclear power plant

5 电机轴绝缘改善关注事项

目前，CPR1000主泵电机轴绝缘材料为热塑性环氧树脂（VTEM2），绝缘材料的制造工艺（真空浸漆等）和厚度都会影响绝缘垫片的介电性能，进而影响主泵电机轴绝缘。在未来发展提高绝缘材料的制造工艺将是改善主泵电机轴绝缘的重要挑战。

主泵电机安装过程中注意事项：

（1）电机到货验收

1）主泵及电机到货后，检查所有法兰面，并严格封堵。

2）电机翻转后，需在电机下部轴承室注入冲洗油，需立即投用电加热器（临时），避免电机受潮，保证电机转子及定子内干燥，绝缘位置处于干燥状态，避免有水凝结而产生锈蚀。

（2）主泵电机安装

1）每安装完一个绝缘件，就测量一次轴绝缘，避免因安装问题影响绝缘。

2）电机在油冲洗、注油过程中防止润滑油流入电机转子和定子之间，避免意外和隐患发生。

3）主泵电机加热器需连续投用，除特殊情况不准断开加热器，特殊情况包括电机吊装/运输及电机-泵对中。电机-泵对中前一天下班前断开电加热器，在对中完成检查合格后立即投用电加热器。

（3）主泵电机保养与维护

1）主泵电机在安装就位后需封堵相关孔洞（飞轮罩通风口、下部轴承室通风孔、上部轴承室通风孔等）。

2）绝缘槽需要保护到位（用防火布包裹）。

3）定期（一个星期一次）监测主泵电机绝缘值，并记录。

4）对顶轴油泵油回路系统管线保护，避免管线被碰风险。

6 结束语

在CPR1000主泵电机安装、调试、运行过程中，会遇到各类轴绝缘故障问题，还需要在工程实践中进行经验反馈和技术总结，不断提高故障能力并改善国产化技术。

[1] GB/T 25738 核电厂电动机调试技术导则[S].（GB/ T 25738. Guide on commissioning techniques for electric motors of nuclear power plant[S].）

[2] GB/T 1029-2005 三项同步电动机试验方法[S].（GB/T 1029-2005. Test methods for threephase synchromotor[S].）

[3] 王玉旭，霍亚邦. CPR1000反应堆冷却剂泵的安装与管理[J]. 核动力工程，2011，32（5）：121-124.（WANG Yu-xu, HUO Ya-bang. Installation and management of CPR1000 reactor coolant pumps[J]. Nuclear Power Engineering, 2011, 32(5)：121-124.）

Analysis of RCP Motor Insulation Problem of CPR1000 Nuclear Power Plant

WANG Yu-xu，MAN Xiao-yu，YUE Kai，LIU Yi-liang
(China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd. of CGNPC，Shenzhen of Guangdong Prov. 518124，China)

This paper briefly describes the principle of the CPR1000 reactor coolant pump motor shaft voltage. Aiming at the hazards and influence on the operation of reactor coolant pump motor shaft voltage equipment, the cause of insulation losing effectiveness of reactor coolant pump motor shaft is analyzed. Through cites several instances of insulation failure issues, shaft insulation troubleshooting methods are expounded, and several improvements for shaft insulation concerned are proposed.

reactor coolant pump；motor；shaft current；insulation；operation

TL37 Article character：A Article ID：1674-1617(2014)03-0245-05

TL37

A

1674-1617(2014)03-0245-05

2014-01-22

王玉旭（1979—），男，吉林人，高级工程师，本科，从事核电厂核岛安装管理工作。