核电厂三相异步电动机故障案例分析及检修策略研究

李伟

摘要：三相异步电机在核电厂中应用广泛，遍及各重要系统，多作为核安全相关设备或为各回路循环提供动力，在电厂的生产及安全中扮演重要的角色。因电厂中各系统设备众多，所出现的缺陷或故障种类繁多，本文通过分析某核电站三相异步电机故障案例，总结出电机主要故障类型以及电机故障发生的根本原因，并对电机检修策略提出一些自己的看法，为后续检修工作积累经验。

关键词：三相异步电机;故障类型;检修策略

1.    背景介绍

三相异步电机是由三相交流电源供电的一类电动机，其主要组成部分包括转子和定子两大部分，此外还包括端盖、风扇等附属部分。

三相异步电动机具有结构简单，制造方便，运行性能好等优点，因此在核电厂内应用广泛，主要为风机、泵、RAM发电机等设备提供动力，在电厂的生产及安全中扮演重要的角色。而在电厂实际应用中，由于电机的数量及型号众多，电机的检修也成为了电气检修中很重要的一部分。本文通过对目前核电厂电机故障案例的分析，归纳出主要故障类型，并通过对比电机检修程序和现场检修经验，对目前的检修过程提出一些建议。

2.    电机故障分析

电机故障种类繁多，原因复杂。主要可分为两个大类，一是电磁方面的故障，大多发生于绕组，如绝缘皮受损、开路、短路、接线错误等;二是机械方面的故障，如轴承、轴承室、转子、转子的轴承位等零部件的松动、磨损、变形、断裂及润滑不良等[1]。对核电厂一个燃料运行期间的电动机相关故障进行统计，发现轴承类故障占总故障类型的38%，绕组类故障占39%，其他类型故障分摊剩余比例。

2.1  轴承类故障案例分析

在某次核电站大修过程中，现场解体18台电机，其中3台电机配合尺寸超标，轴承与轴承室内径配合超出标准，导致电机运行震动及温度都不符合正常运行的要求，如图3所示。经过现场分析，造成这一轴承故障的主要原因分为两类，客观原因以及主观原因。

2.1.1      客观原因

电机长期运行磨损，特别是商用投产时间较长的电厂，电机设备出现老化现象，加上电机本身正常工作时的高速转动，轴承外径与轴承室内径，轴承内径与轴外径之间存在着微小的蠕动现象，导致了磨损的发生，而随着磨损程度的增加，各个部件之间的相对运动程度也随着增加，造成一个恶性循环。另外，不同厂家的生产工艺存在优劣，不同部件的成品质量及装配工艺也存在千差万别，精工制造出来的电机故障率明显低于其它。

2.1.2      主观原因

轴承的安装尺寸是一个精确度要求很高的指标，一般都要求精确到0.001mm，由于检修人员自身經验，技术水平的差异，会导致测量出来的数据存在一定的误差，加之测量工具本身存在的误差，会使得不同的人测出不同的数据来，使用不同测量工具也会使得测量结果不同，即使是同一个人使用同一个工具，在不同的环境温度下测出来的结果也不同。

2.1.3      电机轴承装配尺寸超差所存在的危害

电机轴承装配尺寸超差所存在的危害主要包括以下三点：

1：会导致电机轴承跑外套，让轴承室磨损而使转子失去中心度，进而导致转子扫膛。

2：由于摩擦的加剧，导致轴承部位温度急剧上升，轴承内润滑油脂蒸发，轴承卡死，有可能烧熔轴承和轴承室，一旦发生这种现象，被烧熔的轴承会熔镀到电机转子轴承位或轴承室上，造成后续检修工作的困难程度加大，即使不发生熔镀现象，温度上升，也可能导致电机本体温度过高烧坏电机。

3：导致电机振动加大，由于配合间隙的增大，电机转子的可相对运动空间增大，从而导致电机整体振动增大，有可能会导致负载受损。

2.2  绕组类故障案例分析

某核电站进行柴油发电机组低功率试验时，风机的驱动电机烧毁，现场检查发现电机接线盒内V相电源进线电缆与电动机中性点端子螺栓搭接受力，搭接部位电缆绝缘层破损，线芯裸露，裸露的线芯与中性点连接片短接造成电动机V相绕组首尾之间短路，过大的短路电流最终导致电机线圈烧毁。

2.2.1      根本原因

由于电动机动力电缆安装工艺不当、接线不规范，动力电缆与接线盒内中性点连片紧紧搭接在一起，设备运行时产生的振动及搭接部位的受力过大，使电缆外绝缘层摩擦破损，造成电机V相首尾之间短路，从而使电动机线圈烧毁。

综合上述案例以及现场关于电机故障的经验反馈，电机故障的主要原因都来自于人因失误，而这些人因失误有很大一部分都来自于检修过程中，检修人员操作不当，经验不足，比如接线错误、异物进入电机内部、绝缘破损等。人的行为因素对核电厂机组安全稳定运行的影响极大。

2.3  人因失误

根据文献[2]中对国内某核电站1992年到2001年的运行事件统计，得到国内某核电站1992年至2001年运行事件与人因事件变化趋势如图5所示。通过分析可以看出，人因事故在整体事故中所占比例一直居高不下，达到50%以上[3]，虽然核电厂对于电机检修过程有明确的程序规定，但是人因失误依旧层出不穷，无法杜绝，其原因有以下几个方面：

1.    不同电厂对于同样设备的检修程序要求差别较大，对于经常去各项目支援的检修人员来说，提高了人因失误发生的风险。

2.    检修人员配置不合理，大量中层技术人员流失，现场以缺少经验的年轻员工为主，增大了人因失误发生的可能性。

3.    关于电机的检修程序内容过于单一，缺少针对不同型号尺寸设备的施工要点，特别是对于额定功率不同的电机来说，检修过程差别很大，对于缺少检修经验的施工人员来说，很容易由于自身的原因导致设备损坏。

针对以上问题，结合现场的检修经验，提出如下解决方案：

1.    编制统一的检修工艺标准：目前检修工作以各电厂的检修程序为标准，不同电厂之间的检修程序差别较大，无法统一，而检修工作不同于安装，没有可参考的国家标准，多以现场工人的施工经验为主，因此，将检修工作标准化、程序化可以极大程度的减少因个人经验不足或者仅依靠经验工作引起的人因失误。

2.    建立年轻员工的系统培训体系：由于核电检修工作的特殊性，目前现场的培训机制还是以老带新为主，这种机制有很大的局限性，对于员工的成长不利，长远来看，对于检修工作是远远不够的，因此，建立年轻员工的系统培训体系，将现场的经验转化为书面或者视频资料，更直观、更全面的提高新员工的业务水平，减少人因失误发生的可能性。

3.    结论

核电厂三相异步电机作为电厂主要动力设备，在核电厂各系统内都有广泛的应用，由于数量庞大，电机故障也是电厂检修过程中占比很高的一个环节，据统计，电机的故障类型主要集中在绕组故障和轴承故障两方面，根据现场案例分析，引起这些故障的根本原因來自于人因失误。目前核电厂检修程序的局限性以及检修人员分配的不合理性导致人因失误在所有故障中所占有的比例一直居高不下，本文针对现场人因失误出现的原因从检修策略层面提出编制统一检修工艺标准及建立新员工系统培训体系两方面的建议，为后续的检修工作积累经验。

参考文献：

[1]   陈超.核电厂电机设备状态及管理对策[J].科技致富向导，2013（15）.

[2]   张力，赵明.核电厂激发事故初因的人因事件分析[J].核标准计量与质量，2004，24（z1）：138-144.

[3]   李佳瑜.核电站人因失误分析及应对方法研究[D].哈尔滨工程大学，2014.