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1、二代加压水堆核电站1E级泵用K1类高压三相异步电动机试验鉴定程序及试验方法l(删期)fExPLosIoNPRooFVIACHINEg46158ELECTRICMACHINE)爆电机卷(总第期)(EXPLoSIoNPRooF)r万卜l二代加压水堆核电站1E级泵用K1类高压三相异步电动机试验鉴定程序及试验方法邹德宝.高世峰佳木斯电机股份有限公司,黑龙江佳木斯(154002)摘要阐述1E级K1类高压三相异步电动机(简称K1类高压电机)对我国实现二代半压水堆核电站设备全部国产化的重要意义及K1类高压电机基本参数和基本设计结构,重点介绍了Kl类高压电机试验鉴定程序及试验方法.关键词1E级Kl类;异步电动
2、机;试验鉴定程序中图分类号:TM306文献标识码:A文章编号:1008-7281(2011)01-0040-04TestIdentificationProcedureandTestMethodofClassK1High-VoltageI1ltee.PhaseInductionMotorforGrade1EPumpinSecond.GenerationPWRNuclearPowerPlantZouDebaoandGaoShnAbstractThispaperintroducestheimportantsignificanceofgrade1EclassK1highvoltagethree?pha
3、seinductionmotor(hereafterreferredtoassimplyK1highvoltagemotor)inlocalizationofequipmentsusedinsecond?-generationsemi-?pressurizedwaterreactornuclearpowerplant.ThebasicparametersanddesignconstructionofK1highvoltagemotorisdescribedalso.Thetestidentificationprocedureandtestmethodofthemotorareintroduce
4、dmainly.KeywordsGrade1EclassK1;inductionmotor;testidentificationprocedureO引言目前我国在建的大多数核电站均采用从法国引进的二代半压水堆技术,压水堆核电站1E级K1类高压电机是压水堆型核电站中唯一的K1类高压电机,是核岛内关键设备之一,我国的K1类高压电机全部从国外公司进口.从国家核电中长期发展规划中可以看出,我国未来核电将采取自主设计,自主建设,自主制造,自主运营的模式,从而实现核电站建设的规模化,批量化和设备国产化.1K1类高压电机的功能和基本参数核反应堆余热排出系统(RRA)又称为反应堆停堆冷却系统,反应堆停堆后,最
5、初由蒸发器将剩余部分热量导出,当二回路不能再运行时,即由K1类高压驱动的电机余热排出系统导出这部分热量,保证反应堆冷却,余热排出泵是余热排出系统冷却剂循环驱动装置,该泵不仅完成正常冷停40堆功能,还完成失水事故(LOCA)工况核反应堆冷却停堆,以确保核安全.压水堆核电站余热排出泵用K1类高压电机在失水事故时应能够正常运行,驱动余热排出泵,保证反应堆系统安全.因此,不仅要满足核电站一回路工况(抗地震,耐辐照,耐高温,耐高湿,耐强酸强碱及海洋气候腐蚀,温度冲击等)的使用要求,而且要满足一回路管路等承压边界破裂引起的失水事故要求,余热排出泵用电动机是压水堆核电站中唯的1E级K1类高压电动机.K1类高
6、压电机主要基本参数要求见.表I表1K1类高压电机主要基本参数嚣嚣绝缘0.72.1IP55/22S1F1E级Kl类1类Ql级爆龟机(EXPLOSIONPROOFELECTRICMACHINE)第46l(期)2K1类高压电机结构设计K1类高压电机为感应式三相异步电动机.定子结构类似于高压隔爆电动机,机座采用周围布管结构,定子绕组采用成型线圈双层叠绕,绝缘结构为聚酰亚胺体系,耐热温度指数为F级;转子采用笼型铜条转子,冲片采用0.5mm厚冷轧硅钢片,轴承结构为滚动轴承,采用耐辐照润滑脂,轴承室轴封处设有双层曲路密封结构(类似隔爆电机曲路密封结构);接线盒结构设计充分继承了隔爆接线盒结构设计技术,并设计
7、了使用可靠的电气接插件结构;冷却方式与高压隔爆电机相同为IC511,见图1.图1K1类高压电机结构图3试验鉴定程序压水堆核电站K1类高压电机只有一个规格,模拟工程样机是不能被接受的,需按现役K1类高压电机进行1:1样机研制,并组织试验鉴定.综合国内技术水平和试验条件,K1类高压电机研制难点如下(1)没有权威的试验鉴定标准.(2)鉴定试验程序中通过每一项试验的针对性保证措施.根据RCCE标准1E级K1类电气设备试验鉴定程序为:基本性能试验一整机热老化试验湿热老化试验一辐照老化试验长期运行试验叶振动老化试验-+抗地震试验一LOcA试验一基本陛能试验,试验环节不可中断,如发生中断则需重新开始.4试验
8、鉴定用标准2009年2月4日,国家能源局委托中国机械工业联合会在北京主持召开了”压水堆核电站6.6kV余热排出泵配套用1E级Kl类电动机鉴定试验大纲”评审会,国家发改委重大项目办,国家核安全中心,中广核,核动力院,核二院,中广核设计院,秦山核电站等单位参加了会议,与会专家和代表对1E级高压电机鉴定试验大纲进行了专题研讨,并通过了二代加压水堆核电站1E级Kl类三相异步电动机鉴定试验大纲.5试验方法5.1性能试验按GB755和GB/T1032标准完成样机在正常环境条件下的电动机试验.5.2鉴定试验鉴定试验包括环境鉴定试验和抗震鉴定试验.环境鉴定试验指老化鉴定试验和事故(LO.CA)期间热动力和化学
9、条件下的性能试验.电动机的鉴定程序应按老化试验(加速热老化,湿热老化,辐照老化,长期运行试验,振动老化),抗地震鉴定试验,事故期间热动力和化学条件下的性能试验的次序在同一试验件进行.5.2.1加速热老化试验老化试验模拟电动机鉴定寿命4O年.试验条件符合CB/T2423.2或IEC6006822,且按照IEC6006822Bb非散热样品温度渐变试验执行,试验期间电动机不通电.样机所处的容器温度逐渐从环境温度上升到试验所取的值,在达到热平衡后,温度在累计r小时内保持恒定.然后温度以小于1C/min的速率下降,直至回到环境温度.绝对湿度不应超过空气中20g/m水蒸气.温度的容差为4-2C.当温度难于
10、保持时,考虑到试验容器的尺寸,这一温度容差可提高到100时为3C,200时为5.试验报告中应指明这时所使用的温度容差.测量:三相绕组进行绝缘电阻测量;在热老化试验后可更换滑润脂.5.2.2湿热老化试验该试验的条件符合现行GB/T2423.4中的条件设备安装在其基准位置;接线箱处于正常关闭位置,试验期间电动机不通电;41第46篓15期8期)fEXPLOSIONPRo0FMACHINE)爆R/a,158ELECTRICMACHINE第46卷(总第期)(一PRo0F)r万1l卜在循环期间,温度和相对湿度按照GB/T2423.4中相关图表以确定方式改变,最高温度为552和湿度高于80%.将样机置于试验
11、箱中,在其中保持48h时(24h2次循环).电动机从试验箱中取出后,擦干外表面,然后在下列环境下进行辅助干燥6h.环境温度:55,4-2C;相对湿度:不大于20%;标准大气压.测量:三相绕组进行绝缘电阻测量.5.2.3辐照老化试验通过本试验验证在正常运行期间和事故期间电动机受到电离辐射的效应.对6.6kV的K1类电动机,其40年正常运行累积辐照剂量为250kGy,事故辐照剂量为600kGy.试验时,电动机不通电状态放置于辐照室中,以每小时3倍容积的最低速度更新室内的空气.使室内空气温度保持在703,在达到热平衡届才可开始辐照.应通过足够数量的热电偶(最少3个)保证温度控制.保证样机均匀受照,剂
12、量率1kGy/h左右,累积辐照剂量为850kGy,放射源使用Co60辐照后,将电动机置于正常大气条件中,进行下述测量.测量:三相绕组进行绝缘电阻测量.5.2.4长期运行试验长期运行前可更换转动部件的润滑脂.长期运行试验时,试验电机需要带载进行.试验电机累计运行200h,期间起停次数累计100次,其中热起动3次,LOCA试验起停次数不计入内.在电动机运行过程中需连续监测下列参数供给动力的电压和电流;定子的吸收功率;定子的温度;轴承的温升.长期运行试验后进行绝缘电阻的测量,直流电阻测量,电机的振动测量,噪声的测量,空载试验和堵转试验.5.2.5振动老化试验这一试验可以判断设备的坚固性.试验方法参考
13、JB/T7589或IEEE275.电机安装在振动台上,在50Hz振动条件下进行1h的试验,峰值加速42度为1.5g.5.2.6抗地震试验该试验是为了确定电动机的固有频率,验证设备在承受运行基准地震(OBE)和安全停堆地震(SSE)的载荷时的运行情况和性能.固有频率探查试验按HAFJ0053推荐方法进行.OBE与SSE下的地震试验如下设备抗震试验按照HAFJ0053和GB/T1362592采用三轴加速度谱试验法,样机带载进行.其中5次OBE中包括1次地震中起动,4次运行中地震,SSE为机组运行考核试验.抗震试验后进行绝缘电阻的测量,直流电阻测量,电机的振动测量,噪音的测量,空载试验和堵转试验.5
14、.2.7事故期间热动力和化学条件下性能试验该试验可验证设备在经受了其性能随时间变化的某些试验之后,仍能在安全壳内事故环境条件下完成其规定的功能.溶液的初始成分如下硼酸的重量含量:1.5%;氢氧化钠的重量含量:0.6%;2O时的Ph值:9.25;喷淋流量为1.0210m/s/m(面积),面积是指投影到水平面上的容器可用面积.试验条件及严酷程度将设备放在一个密闭容器中,容器内的温度和压力符合标准大气条件,然后按照图2中标出的不同试验阶段进行试验.自然冷却跛绝对压力kPa,.一l4567mm自然冷却m删图2试验阶段阶段1:对设备升温,使容器内温度达到50E1O(阶段2),压力保持在标准大气条件的容差
15、范围内.阶段2:在第1阶段的温度和压力下保持至少24h.阶段3:对设备施加”第1个热动力冲击”.爆龟机(EXPLOSIONPROOFELEcTRIcMAcHINE)第46l(盖雾期)在30s内使容器中的温度和压力分别达到156oC和5.6bar.阶段3的持续时间为12min.阶段4:将容器与大气连通进行自然冷却,直至容器内温度达到50lOT:,压力降到标准大气条件的容差范围内.阶段5:在第4阶段的温度和压力下保持24h.阶段6:对设备施加”第2个热动力冲击”.在30s内使容器中的温度和压力分别达到156(2和5.6bar.阶段6的持续时间为96h.阶段7:使容器内温度达到100-i-5,压力达
16、到20.5bar(绝对压力),相对湿度大于80%,试验持续时间10天.要测量选定位置的设备壁面温度,以便检查处于事故环境中的设备所经受的实际温度.电动机放于容器内,在阶段6开始后4h,将电动机在额定电压下带载起动,连续运行到阶段7,并继续带载运行100h以上.测量:在电动机运行阶段,需进行下述测量试验室环境条件,包括温度,压力,湿度等;喷淋液的成分,温度等;在事故后,试验结束后将容器与大气连通进行自然冷却使设备回到标准大气条件下.LOCA试验后对电动机解体,进行结构检查.转动部分不得有裂缝,壳体不得有裂缝,螺钉螺母不得有松动,脱落,支架不得有松动,变形等不正常现象.解体后的电机,经检查符合要求
17、,再进行装配,进行性能测试,电机能够正常起动,运行和停机,并且各项性能要求相对稳定.6结语国家发改委已经把余热排出系统(RRA)配套设备列为国产化的重要指标.余热排出泵驱动用1E级Kl类高压电机是二代半压水堆核电站中唯一1E级K1类高压电机,该电机安全性,可靠性在核电站一回路系统中最为重要,要求在系统事故时能够正常工作,完成设备功能,保证反应堆系统安全.因此余热排出泵电机必须满足核电站一回路最恶劣工况要求,具备抗地震,耐辐照,耐高温,耐高湿,耐强酸强碱及海洋气候腐蚀,温度冲击等使用功能,因此Kl类高压电机设计难度大,研制成本高,目前国内的K1类电机完全依赖进口,从经济和战略角度考虑,我们必须掌
18、握该项技术,而掌握K1类高压电机试验鉴定程序及试验方法是生产K1类高压电机的前提和保障.参考文献1AAX53100800B30444DS.核岛6.6kV感应式电动机技术规格书.2GB755-2008.旋转电机.定额与性能.3GB/T1032-2005.三相异步电动机试验方法.4GB10068-2008.轴中心高为56ram及以上电机的机械振动.振动的测量,评定及限值.5GB/T2900.251994.电工术语.旋转电机.6GB/T10069.1_2006.旋转电机噪声测定方法及限值.第1部分:旋转电机噪声测定方法.7GB10069.3_2008.旋转电机噪声测定方法及限值.第3部分:噪声限值.
19、8GB/T2423.22I)o1.电工电子产品环境试验.第2部分:试验方法.试验B:高温.9GB/T2423.4一l993.电工电子产品基本环境试验规程.试验Db:交变湿热试验方法.10GB/T4942.12006.旋转电机整体结构的防护等级(IP代码)分级.11GB13625-1992.核电厂安全系统电气设备抗震鉴定.12GB/T12727-2002.核电厂安全系统电气设备质量鉴定.13GB/T17948.320o6.旋转电机绝缘结构功能性评定.成型绕组试验规程.50MA,15kV及以下电机绝缘结构热评定及分级.14GB/T7589-2007.高压电机绝缘结构耐热性评定方法.15JB/T10098-2000.交流电机定子成型线圈耐冲击电压水平.16EJ/T628-1999.核电厂安全级连续工作制电动机的质量鉴定.17IEEE2751981.额定电压为6900V及以下交流电机成型定子线圈绝缘系统耐热评定推荐规程.18RccE1993.压水堆核电站电气设备设计和建造规则.19HAF?J0053.核设备抗震鉴定试验指南.作者简介:邹德宝男1971年生;1995年毕业于哈尔滨工程大学电气应用技术专业.现从事电机设计工作.收稿日期:2010-091043