核电厂小型柴油发电机启动马达故障原因分析及处理
陈伟 许林 王凯
【摘 要】论文结合小型柴油发电机启动时发现启动马达啮合检视窗处有火花故障，经过检查发现，引起该故障的原因是发电机启动马达控制回路与动力电源端子间绝缘故障。经改进后更换符合设计要求的启动马达，以保证系统的安全运行。
【关键词】发电机;绝缘;齿轮
【Keywords】generator; insulation; gear
【中图分类号】TM301? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2019）01-0181-02
1 引言
水压试验泵小型柴油发电机组用于异常情况下向水压试验泵提供应急电源。正常或设计基准事故工况下，水压试验泵用小型柴油发电机组不执行安全功能，但在核电厂机组的两列配电盘都不能供电的情况下（即超基准设计工况），此柴油发电机组能给水压试验泵提供380V应急电源，以确保给主泵轴封供水，从而确保反应堆冷却剂系统的完整性。在此工况下还负责为机组运行所需的仪表供电，并可通过两个机组共用机柜，为水压试验泵房应急通风设备供电。
2 事件背景
2016年12月23日检修后执行试验，启动柴油机。柴油发电机组平稳运行到第12min时，鉴定人员发现1号启动马达啮合检视窗处有火花，并紧急停运小型柴油发电机。专业检查启动马达驱动齿轮与柴油机飞轮齿圈处于啮合状态，马达驱动齿轮磨损严重，柴油机飞轮齿圈轻微受损。现场检查发現，启动马达齿轮已被打烂，飞轮齿圈有伤痕。启动马达本体温度约95℃。
3 小型柴油发电机启动原理
当需要起动发电机时，接通蓄电池与起动电机回路，使电机转子轴即离合器体壳顺时针转动，并带动离合器主动盘转动。柴油机两侧各带一个起动电动机，起动电动机由直流电动机、离合机构及控制开关等组成，用于柴油机起动。起动电动机有3个端子，其中，30、31号端子分别与蓄电池组的正、负极相连，由于起动时电流大，要求连接电缆直径不得小于16mm;30、50号端子与机组控制柜相连，接受起动信号。当机组控制发出起动命令后，闭合30、50端子，起动电动机内的电磁开关通电吸合，起动电动机通电，齿轮顶出与柴油机飞轮齿轮啮合带动柴油机飞轮转动。当柴油机达到点火转速后，由电动机内安装的离合机构使起动机立即与曲轴分离。启动马达接线原理如图1所示。
启动马达的额定电压为DC24V，启停由柴油机PLC启动控制回路控制，启动信号电压DC24V。在启动信号传送到启动马达的瞬间，磁吸开关、推力开关同步得电。磁吸开关立即动作，直流串激电机低速线圈立即导通，与此同时，推力开关动作，马达驱动齿轮被推杆推出准备与柴油机飞轮啮合。若此时，马达齿轮与柴油机飞轮齿轮无法啮合，则直流串激电机将低速旋转（速度极小），直至马达齿轮齿圈旋转至与柴油机飞轮齿轮适合啮合的位置，整个过程用时极短。在齿轮完成啮合的同时，推力开关TK切换至高速线圈，马达通过离合器、驱动齿轮带动柴油机飞轮旋转。
4 原因分析
4.1 控制启动马达啮合、脱开的控制回路故障
按照设计，启动时给继电器送电，启动马达齿轮与飞轮齿圈啮合，当柴油机转速达到650转时，继电器失电，启动马达齿轮脱开飞轮齿圈;为了排除继电器的故障，拆卸继电器进行校验。对小型柴油发电机PLC启动控制回路检查，启动马达控制回路逻辑、继电器、接线检查未见异常。排除控制启动马达啮合，减少的控制回路故障的可能。
4.2 启动马达本体故障
对1号故障启动马达进行解体。拆卸启动马达后侧护罩后发现启动回路接线鼻子与动力电源（正极）绝缘保护套接触，且绝缘层已烧焦，接触位置的绝缘材料已过热炭化，存在明显挤压、放电痕迹（如图2所示）。使用兆欧表测量启动信号控制回路正极与动力回路电源正极之间的绝缘，所测绝缘值为0MΩ。确认启动马达启动信号控制回路正极与动力回路电源正极短路故障。
启动马达启动信号控制回路正极与动力回路电源正极短路后，即使PLC信号断开，启动信号控制回路正极仍有DC24V的供电，相当于启动信号始终未断开。随着柴油机转速提高，启动马达温升将加快，最终马达内部机械卡涩。在第12min时，马达驱动齿轮与柴油机飞轮齿圈因无法同步运转而造成齿轮磨损。
5 处理改进方案
由以上检查结果可知，本次启动小型柴油发电机的过程中，启动马达损坏的具体原因是：工程安装期间控制回路接线时安装不当导致内部螺母随着转动，使控制回路接线鼻子转动接触并划伤动力电源（正极）绝缘保护套。随着柴油机调试和商运期间多次启动，在大电流冲击下最终导致动力电源（正极）绝缘保护套击穿，使得动力电源与控制回路联通（均为24V），柴油机启动信号一直保持，启动马达无法退出，柴油机启动成功后启动马达由主动转为被动，并长时间被柴油机飞轮齿圈带动高速运转，最终导致启动马达齿轮疲劳断裂。
此时，应对现场故障电机进行更换，备件电机控制回路接线端子较旧电机进行明显改进;备件电机控制回路接线端子内部设计有一个绝缘卡槽，可防止外部接线时内部端子跟随转动（如图3所示）;杜绝启动信号控制回路正极与电源正极短路的可能;检查新马达各接线及绝缘状态正常，测量马达电源正极绝缘电阻为大于550MΩ，绝缘合格，满足现场回装要求。
6 结语
本次小型柴油发电机在启动过程中的马达故障问题，通过发现故障，分析故障，解决故障。为今后检修同类设备积累了宝贵的经验，同时也保证了小型柴油发电机的安全稳定运行。核电厂水压试验泵柴油发电机组用于在异常情况下向水压试验泵提供应急电源，作为核电厂的一道重要安全屏障，其稳定可靠的运行可以对整个核电机组的安全运行起到至关重要的作用。
【摘 要】论文结合小型柴油发电机启动时发现启动马达啮合检视窗处有火花故障，经过检查发现，引起该故障的原因是发电机启动马达控制回路与动力电源端子间绝缘故障。经改进后更换符合设计要求的启动马达，以保证系统的安全运行。
【关键词】发电机;绝缘;齿轮
【Keywords】generator; insulation; gear
【中图分类号】TM301? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2019）01-0181-02
1 引言
水压试验泵小型柴油发电机组用于异常情况下向水压试验泵提供应急电源。正常或设计基准事故工况下，水压试验泵用小型柴油发电机组不执行安全功能，但在核电厂机组的两列配电盘都不能供电的情况下（即超基准设计工况），此柴油发电机组能给水压试验泵提供380V应急电源，以确保给主泵轴封供水，从而确保反应堆冷却剂系统的完整性。在此工况下还负责为机组运行所需的仪表供电，并可通过两个机组共用机柜，为水压试验泵房应急通风设备供电。
2 事件背景
2016年12月23日检修后执行试验，启动柴油机。柴油发电机组平稳运行到第12min时，鉴定人员发现1号启动马达啮合检视窗处有火花，并紧急停运小型柴油发电机。专业检查启动马达驱动齿轮与柴油机飞轮齿圈处于啮合状态，马达驱动齿轮磨损严重，柴油机飞轮齿圈轻微受损。现场检查发現，启动马达齿轮已被打烂，飞轮齿圈有伤痕。启动马达本体温度约95℃。
3 小型柴油发电机启动原理
当需要起动发电机时，接通蓄电池与起动电机回路，使电机转子轴即离合器体壳顺时针转动，并带动离合器主动盘转动。柴油机两侧各带一个起动电动机，起动电动机由直流电动机、离合机构及控制开关等组成，用于柴油机起动。起动电动机有3个端子，其中，30、31号端子分别与蓄电池组的正、负极相连，由于起动时电流大，要求连接电缆直径不得小于16mm;30、50号端子与机组控制柜相连，接受起动信号。当机组控制发出起动命令后，闭合30、50端子，起动电动机内的电磁开关通电吸合，起动电动机通电，齿轮顶出与柴油机飞轮齿轮啮合带动柴油机飞轮转动。当柴油机达到点火转速后，由电动机内安装的离合机构使起动机立即与曲轴分离。启动马达接线原理如图1所示。
启动马达的额定电压为DC24V，启停由柴油机PLC启动控制回路控制，启动信号电压DC24V。在启动信号传送到启动马达的瞬间，磁吸开关、推力开关同步得电。磁吸开关立即动作，直流串激电机低速线圈立即导通，与此同时，推力开关动作，马达驱动齿轮被推杆推出准备与柴油机飞轮啮合。若此时，马达齿轮与柴油机飞轮齿轮无法啮合，则直流串激电机将低速旋转（速度极小），直至马达齿轮齿圈旋转至与柴油机飞轮齿轮适合啮合的位置，整个过程用时极短。在齿轮完成啮合的同时，推力开关TK切换至高速线圈，马达通过离合器、驱动齿轮带动柴油机飞轮旋转。
4 原因分析
4.1 控制启动马达啮合、脱开的控制回路故障
按照设计，启动时给继电器送电，启动马达齿轮与飞轮齿圈啮合，当柴油机转速达到650转时，继电器失电，启动马达齿轮脱开飞轮齿圈;为了排除继电器的故障，拆卸继电器进行校验。对小型柴油发电机PLC启动控制回路检查，启动马达控制回路逻辑、继电器、接线检查未见异常。排除控制启动马达啮合，减少的控制回路故障的可能。
4.2 启动马达本体故障
对1号故障启动马达进行解体。拆卸启动马达后侧护罩后发现启动回路接线鼻子与动力电源（正极）绝缘保护套接触，且绝缘层已烧焦，接触位置的绝缘材料已过热炭化，存在明显挤压、放电痕迹（如图2所示）。使用兆欧表测量启动信号控制回路正极与动力回路电源正极之间的绝缘，所测绝缘值为0MΩ。确认启动马达启动信号控制回路正极与动力回路电源正极短路故障。
启动马达启动信号控制回路正极与动力回路电源正极短路后，即使PLC信号断开，启动信号控制回路正极仍有DC24V的供电，相当于启动信号始终未断开。随着柴油机转速提高，启动马达温升将加快，最终马达内部机械卡涩。在第12min时，马达驱动齿轮与柴油机飞轮齿圈因无法同步运转而造成齿轮磨损。
5 处理改进方案
由以上检查结果可知，本次启动小型柴油发电机的过程中，启动马达损坏的具体原因是：工程安装期间控制回路接线时安装不当导致内部螺母随着转动，使控制回路接线鼻子转动接触并划伤动力电源（正极）绝缘保护套。随着柴油机调试和商运期间多次启动，在大电流冲击下最终导致动力电源（正极）绝缘保护套击穿，使得动力电源与控制回路联通（均为24V），柴油机启动信号一直保持，启动马达无法退出，柴油机启动成功后启动马达由主动转为被动，并长时间被柴油机飞轮齿圈带动高速运转，最终导致启动马达齿轮疲劳断裂。
此时，应对现场故障电机进行更换，备件电机控制回路接线端子较旧电机进行明显改进;备件电机控制回路接线端子内部设计有一个绝缘卡槽，可防止外部接线时内部端子跟随转动（如图3所示）;杜绝启动信号控制回路正极与电源正极短路的可能;检查新马达各接线及绝缘状态正常，测量马达电源正极绝缘电阻为大于550MΩ，绝缘合格，满足现场回装要求。
6 结语
本次小型柴油发电机在启动过程中的马达故障问题，通过发现故障，分析故障，解决故障。为今后检修同类设备积累了宝贵的经验，同时也保证了小型柴油发电机的安全稳定运行。核电厂水压试验泵柴油发电机组用于在异常情况下向水压试验泵提供应急电源，作为核电厂的一道重要安全屏障，其稳定可靠的运行可以对整个核电机组的安全运行起到至关重要的作用。
