核電廠小型柴油發電機啟動馬達故障原因分析及處理

陳偉 許林 王凱

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

【關鍵詞】發電機;絕緣;齒輪

【Keywords】generator; insulation; gear

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

1 引言

水壓試驗泵小型柴油發電機組用于異常情況下向水壓試驗泵提供應急電源。正常或設計基準事故工況下，水壓試驗泵用小型柴油發電機組不執行安全功能，但在核電廠機組的兩列配電盤都不能供電的情況下（即超基準設計工況），此柴油發電機組能給水壓試驗泵提供380V應急電源，以確保給主泵軸封供水，從而確保反應堆冷卻劑系統的完整性。在此工況下還負責為機組運行所需的儀表供電，并可通過兩個機組共用機柜，為水壓試驗泵房應急通風設備供電。

2 事件背景

2016年12月23日檢修后執行試驗，啟動柴油機。柴油發電機組平穩運行到第12min時，鑒定人員發現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電機。專業檢查啟動馬達驅動齒輪與柴油機飛輪齒圈處于嚙合狀態，馬達驅動齒輪磨損嚴重，柴油機飛輪齒圈輕微受損。現場檢查發現，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 小型柴油發電機啟動原理

當需要起動發電機時，接通蓄電池與起動電機回路，使電機轉子軸即離合器體殼順時針轉動，并帶動離合器主動盤轉動。柴油機兩側各帶一個起動電動機，起動電動機由直流電動機、離合機構及控制開關等組成，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。當機組控制發出起動命令后，閉合30、50端子，起動電動機內的電磁開關通電吸合，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動。當柴油機達到點火轉速后，由電動機內安裝的離合機構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、推力開關同步得電。磁吸開關立即動作，直流串激電機低速線圈立即導通，與此同時，推力開關動作，馬達驅動齒輪被推桿推出準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（速度極小），直至馬達齒輪齒圈旋轉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TK切換至高速線圈，馬達通過離合器、驅動齒輪帶動柴油機飛輪旋轉。

4 原因分析

4.1 控制啟動馬達嚙合、脫開的控制回路故障

按照設計，啟動時給繼電器送電，啟動馬達齒輪與飛輪齒圈嚙合，當柴油機轉速達到650轉時，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。拆卸啟動馬達后側護罩后發現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，相當于啟動信號始終未斷開。隨著柴油機轉速提高，啟動馬達溫升將加快，最終馬達內部機械卡澀。在第12min時，馬達驅動齒輪與柴油機飛輪齒圈因無法同步運轉而造成齒輪磨損。

5 處理改進方案

由以上檢查結果可知，本次啟動小型柴油發電機的過程中，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導致內部螺母隨著轉動，使控制回路接線鼻子轉動接觸并劃傷動力電源（正極）絕緣保護套。隨著柴油機調試和商運期間多次啟動，在大電流沖擊下最終導致動力電源（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為被動，并長時間被柴油機飛輪齒圈帶動高速運轉，最終導致啟動馬達齒輪疲勞斷裂。

此時，應對現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部設計有一個絕緣卡槽，可防止外部接線時內部端子跟隨轉動（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，滿足現場回裝要求。

6 結語

本次小型柴油發電機在啟動過程中的馬達故障問題，通過發現故障，分析故障，解決故障。為今后檢修同類設備積累了寶貴的經驗，同時也保證了小型柴油發電機的安全穩定運行。核電廠水壓試驗泵柴油發電機組用于在異常情況下向水壓試驗泵提供應急電源，作為核電廠的一道重要安全屏障，其穩定可靠的運行可以對整個核電機組的安全運行起到至關重要的作用。