CN107994747A - 一种核电站用低压三相异步电动机及鉴定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核电站用1E级K3类低压三相异步电动机及鉴定方法。通过调整铸件材质，来保证电动机的抗震性能；通过优化电动机绝缘体系，来满足电动机长寿命的要求；通过选择非金属件的材质，来满足电动机耐辐照的要求；本发明的电动机在整机结构、电磁设计、绝缘体系以及材质等方面的优化，满足了核电站用对1E级K3类电动机的性能要求，可以达到在一台电动机上完成NBT 20212‑2013及NBT 20290‑2014中对1E级K3类电动机的全部鉴定试验。
Description
技术领域
本发明涉及核电站用电动机技术领域，特别涉及一种应用于核电站的1E级K3类低压三相异步电动机及对其采用的鉴定方法。
背景技术
核电站用电动机对电动机有一些特殊的要求，如具有耐辐照性能、抗地震性能，并且具有长寿命及高可靠性等要求，1E级K3类低压三相异步电动机应用于核电站的安全壳外，在对应于正常运行工况的环境条件下以及地震荷载下保证能够正常运行。
目前市场上的核电机，虽然按照国家标准做了相应的鉴定试验，但鉴定试验并不是在一台电动机上完成，往往是选取不同的样机做不同的鉴定试验，操作繁琐，并且可靠性不高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种核电站用低压三相异步电动机及鉴定方法，该鉴定方法针对核电站用电动机的鉴定要求，能够在一台低压三相异步电动机上完成全部的鉴定试验，既节约了程序，也提高了电动机的可靠性和使用寿命。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种核电站用低压三相异步电动机，包括电机外壳，机座，接线盒，安装在电机外壳内的定子，以及与所述定子间隙配合安装的转子，所述转子固定安装在转轴上，所述转轴上安装有风扇，所述电机外壳的前端设置有前端盖，后端设置有后端盖，前端盖通过前轴承与所述转轴滑动连接，后端盖通过后轴承与所述转轴滑动连接，所述前轴承外侧设置有前轴承外盖，内侧设置有前轴承内盖，所述后轴承外侧设置有后轴承外盖，内侧设置有后轴承内盖，所述前轴承外盖和后轴承外盖与转轴之间设有骨架油封，所述电动机的机座与所述前端盖和后端盖之间设有密封件，所述骨架油封以及所述密封件的材料采用氟橡胶，所述电动机的表面涂有采用环氧耐辐照涂料的涂覆材料，所述定子包括有绕组的定子铁芯，所述定子铁芯采用H级绝缘结构设计。
进一步地，所述电机外壳上安装有风罩，所述接线盒安装在所述机座的出线口的支座上。
进一步地，所述电动机为核电站用1E级K3类低压三相异步电动机，所述定子和转子之间的间隙为0.8mm，所述定子铁芯的长度为140 mm。
进一步地，所述定子铁芯包括采用聚酰亚胺漆包圆铜线的电磁线，采用硅橡胶的引接线，采用双马来酰亚胺层压玻璃布板的主绝缘体以及填充材料。
进一步地，所述填充材料包括绝缘漆、底垫和中垫，其中，绝缘漆采用聚酯亚胺浸渍漆，底垫和中垫选用聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料和有机硅玻璃漆布，辅助材料选用无碱玻璃丝带和硅橡胶玻璃漆管。
另一方面，本发明还提供一种核电站用低压三相异步电动机的鉴定方法，该鉴定方法适用于上述的电动机，包括如下步骤和内容：
（1）基准试验；
（2） 极限工况试验；
（3） 性能随时间变化试验；
（4）抗震试验：
（5）电机性能试验。
进一步地，所述步骤（1）按照试验顺序具体包括如下内容：机械检查和测试；电气特性试验；功能特性试验。
进一步地，所述步骤（3）按照试验顺序具体包括如下内容：辐照老化试验；定子加速热老化试验；长期运行试验；振动老化试验。
进一步地，所述步骤（4）按照试验顺序具体包括如下内容：固有频率探查试验；在标准条件下的地震试验。
进一步地，所述标准条件为NB/T20290-2012《核电厂安全级连续工作制电动机的鉴定》和NB/T20212-2013《压水堆核电厂安全级380V电机鉴定规程》中规定的1/2SSE与SSE条件。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明的电动机有耐辐照性能、抗地震性能，并且具有长寿命及高可靠性等特点，通过调整铸件材质，来保证电动机的抗震性能；通过优化电动机绝缘体系，来满足电动机长寿命的要求；通过选择非金属件的材质，来满足电动机耐辐照的要求；本发明的电动机在整机结构、电磁设计、绝缘体系以及材质等方面的优化，满足了核电站用1E级K3类电动机的性能要求，可以达到在一台电动机上完成NBT 20212-2013及NBT 20290-2014中对1E级K3类电动机的全部鉴定试验，节约了鉴定程序，方便使用。
附图说明
图1为本发明电动机的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种电动机，具体为核电站用1E级K3类低压三相异步电动机。该电动机包括电机外壳，机座1，接线盒2，安装在电机外壳内的定子3，与定子3间隙配合安装的转子4，转子4固定安装在转轴5上，转轴5上安装有风扇6，电机外壳上安装有风罩，接线盒2安装在机座1出线口的支座上。电机外壳的前端设置有前端盖，后端设置有后端盖，前端盖通过前轴承7与转轴5滑动连接，后端盖通过后轴承8与转轴5滑动连接，前轴承7外侧设置有前轴承外盖9，内侧设置有前轴承内盖10，后轴承8外侧设置有后轴承外盖11，内侧设置有后轴承内盖12，两端轴承外盖9和11与转轴5间设有骨架油封，机座1与前端盖和后端盖之间设有密封件，骨架油封以及密封件的材料均采用氟橡胶，电动机的表面涂有采用环氧耐辐照涂料的涂覆材料，从而保证电动机的耐辐照性能。
为了满足绝缘结构的设计要求，本发明电动机的定子3包括有绕组的定子铁芯13，定子铁芯13采用H级绝缘结构，B级温升考核，绝缘体系的可靠性寿命大大提高。并在绝缘结构的制造上通过调整工艺方案加强绝缘系统的机械强度，如在绕组的端部绑扎加强绑扎带，增加密度和长度；在端部的外圆绑扎无纬带密包2-3层，再用无碱带密包2层；定子铁芯13的引接线与极间连接线采用隔槽绑扎，牢固固定在绕组背部；绕组制作完成后采用聚酰亚胺浸渍漆，进行两次沉浸；定子铁芯13包括采用聚酰亚胺漆包圆铜线的电磁线，采用硅橡胶的引接线，采用双马来酰亚胺层压玻璃布板的主绝缘体以及填充材料。所述填充材料包括绝缘漆、底垫和中垫，其中，绝缘漆采用聚酯亚胺浸渍漆，底垫和中垫选用聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料和有机硅玻璃漆布，辅助材料选用无碱玻璃丝带和硅橡胶玻璃漆管。上述材料均做过相应的耐辐射试验，具有较强的耐辐照性能，且经过验证也满足H级绝缘的要求，选用上述绝缘材料，保证了绝缘系统具有较强的耐辐照性能和耐热老化性能。
为了满足电机温升的控制要求，本发明电动机的定子铁芯13作了进一步的改进。按照10℃法则（绕组温度每降低10℃，其绝缘寿命延长一倍），降低电机温升是提高电机绝缘体系寿命的有效手段。现有电动机定子铁芯的长度一般为110mm左右，本发明设计时比常规电机采用加长的定子铁芯，优选为140mm,并且采取较低的电磁负荷、风扇尺寸加大的措施，从而使本发明的电动机温升比常规电机低10-15K，在正常负载运行时，绝缘体系寿命可延长一倍。
为了满足抗震试验的要求，本发明的转子在设计时进行了地震载荷下轴的强度分析，电机转子挠度、临界转速、轴承寿命等计算，设计时增加了定子和转子间的间隙，优选地，本发明电动机定子和转子之间的间隙为0.8mm，从而保证了在地震条件下转子系统的相对变形小于转动部件与静止部件之间的间隙，不会产生摩擦，使其结构更加安全可靠，并经过抗震分析计算，为核电厂电机的安全运行提供可靠保证。
另一方面，本发明提供一种核电站用低压三相异步电动机的鉴定方法，该鉴定方法适用于上述电动机。根据NB/T20290-2012《核电厂安全级连续工作制电动机的鉴定》、NB/T20212-2013《压水堆核电厂安全级380V电机鉴定规程》中的规定，在上述电动机上按顺序进行了如下试验项目：
1. 基准试验；
1.1机械检查和测试，包括：
1.1.1转子静态和动态的平衡检查，根据国家标准GB9293.1-2006进行检测；
1.1.2端子标识和旋转方向的验证，根据国家标准GB755-2008进行检测；
1.1.3噪声测量，根据国家标准GB 10069.1-2006进行检测；
1.1.4转动惯量的测量，根据国家标准GB/T1032-2012进行检测；
1.1.5振动测量，根据国家标准GB 10068-2008进行检测；
1.1.6外壳防护等级试验，根据国家标准GB 4942.2.1-2006进行检测；
1.2电气特性试验（按照国家标准GB/T1032-2012进行检测），包括：
a.绝缘电阻测量；b.定子绕组绝缘强度（耐电压试验）；c.绕组匝间耐冲击电压试验；d.绕组在实际冷态下直流电阻的测定。
1.3功能特性试验（按照国家标准GB/T1032-2012进行检测），包括：
a.空载试验；b.堵转试验；c.温升试验；d.负载试验；e.最大转矩、最小转矩和转矩-转速特性曲线测定；f.起动性能
2. 极限工况试验（按照国家标准GB/T1032-2012进行检测），包括：
a.超速试验；b.偶然过电流试验；c.短时过转矩试验
3. 性能随时间变化试验（该阶段试验顺序不能更改）：
3.1 辐照老化试验（累积承受的辐照剂量为500KGy）；
试验方案：根据NB/T20212中第8.4.1条试验规定的方法进行试验；将试验样品放入老化箱，升温至70℃±3℃后，同时利用60Coγ射线辐照装置进行核辐照老化，累积辐照剂量为5×105Gy，试验完成后，对产品进行老化后功能和正常运行验证试验。
验收准则：辐照试验后进行试验项目：定子绝缘电阻测量、绕组直流电阻测试、定子绕组绝缘强度（耐电压试验）、空载试验。
3.2 定子加速热老化试验（电机在143℃温度下长期运行时，电机绝缘体系可以通过60年的使用寿命）；
试验方案：根据阿累尼乌斯方程和电机常规热老化报告，推算出电机绕组在143℃运行温度下寿命通过60年评定进行加速热老化试验的热老化温度及持续热老化时间，热老化温度225℃，持续热老化时间1520h；
验收准则：辐照试验后进行试验项目：定子绝缘电阻测量、绕组直流电阻测试、定子绕组绝缘强度（耐电压试验）、空载试验。
3.3 长期运行试验（完成1000次的启动、带载、停运试验）；
试验方案：根据NB/T20212-2013中第8.3.1中规定的方法进行试验。电动机完成1000次的启动、带载、停运试验。试验期间检测和记录电机的电压、电流、输入功率、定子温度、轴承温度、起动/带载/停机的日期及时间、试验人员等信息。
验收准则：a）试验期间定子绕组的最高温度不超过130℃； b）试验后绝缘电阻测量结果应满足GB755-2008的要求；c）空载电压为额定电压值时的三相电流不平衡度不超过±10%；
3.4 振动老化试验；
试验方法：根据NB/T20212-2013中第8.5.2中规定的方法进行试验。在50Hz振动条件下对电机样机进行1h的振动试验，峰值加速度为1.5g。试验包括按三个规定轴的每一个轴向对被试验的电机样机相继进行机械振动试验，试验中电机不通电。试验后，对电机定子进行以下电气特性试验：a）三相绕组绝缘电阻测量；b)定子绕组绝缘强度试验，试验电压的有效值按2/3(2Un+1000)，即按1200V执行。
验收准则：a）试验后定子无明显破坏或变形；b）绝缘电阻测量结果应满足GB755-2008的要求；c) 定子绕组的绝缘强度（耐电压试验）应满足GB755-2008的要求。
4. 抗震试验：
4.1. 固有频率探查试验；
试验方法：根据NB/T20212中第9.2.2条试验规定的方法进行试验；采用连续正弦波信号或白噪声随机波信号在三个规定轴线方向的每一个方向对样机进行激振，扫描频率范围为1Hz-50Hz-1Hz，扫描速率为1倍频程/1min，按加速度水平0.2g进行频率扫描循环。
验收准则：1E级K3类380V电机要求第一固有共振频率应高于33Hz。
4.2 1/2SSE与SSE下的地震试验；
试验方法：根据NB/T20212中第9.2.3、9.2.4、9.2.5条试验规定的方法进行试验；运行基准地震（1/2SSE）试验：在双轴地震试验台上在OX-OZ轴上进行5次1/2SSE试验，再在OY-OZ轴上进行5次1/2SSE试验，或者在三向地震试验台上进行5次1/2SSE试验。
运行基准地震（1/2SSE）的幅值是安全停堆地震（SSE）要求反应谱幅值的一半，阻尼比应选取楼层反应谱中OBE对应的阻尼比。
安全停堆地震（SSE）试验：在双轴地震试验台上在OX-OZ轴上进行1次SSE试验，再在OY-OZ轴上进行1次SSE试验，或者在三向地震试验台上进行1次SSE试验。
试验时，根据380V电机实际安装点所在的标高位置水平和垂直方向反应谱，再加上至少10%的裕度确定的反应谱作为SSE要求反应谱，阻尼比应选取楼层反应谱中SSE对应的阻尼比。
对空载运行下的电机，按顺序先进行5次1/2SSE试验，再进行1次SSE试验。其中，电机在2次1/2SSE地震期间启动，在3次1/2SSE地震期间保持运行；在SSE地震期间，电机应保持运行状态。
验收准则：抗震试验后对电机进行外观检查，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。
5. 抗震试验后进行电机性能试验。
试验方法：根据GB 755及GB 1032中测量：a.定子绕组绝缘电阻；b.绕组直流电阻；c.温升试验；d.振动测量；e.噪声测量；f.空载试验；g.堵转试验，具体试验细则按基准试验中对应试验项目进行。
验收依据：1.定子绕组绝缘电机按＞500MΩ；2.三相直流电阻不平衡度≤1%；3.温升按≤80K考核；4.振动按≤1.8mm/s；5.噪声按≤Lp85dB考核；6. 空载试验中电机能正常运行，且空载电流不平衡度≤10%；7.堵转试验中转子能承受至少6s的堵转，且试验后电机无损伤；
试验表明，本申请的电动机顺利通过了鉴定方法中的全部试验项目，证明了鉴定试验方案的可行性，也证明了电动机设计的合理性，实现了在一台电机上完成全部鉴定试验的目的。
以上所述实施例仅仅是对本发明技术方案的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种核电站用低压三相异步电动机，包括电机外壳，机座，接线盒，安装在电机外壳内的定子，以及与所述定子间隙配合安装的转子，所述转子固定安装在转轴上，所述转轴上安装有风扇，所述电机外壳的前端设置有前端盖，后端设置有后端盖，前端盖通过前轴承与所述转轴滑动连接，后端盖通过后轴承与所述转轴滑动连接，所述前轴承外侧设置有前轴承外盖，内侧设置有前轴承内盖，所述后轴承外侧设置有后轴承外盖，内侧设置有后轴承内盖，所述前轴承外盖和后轴承外盖与转轴之间设有骨架油封，所述电动机的机座与所述前端盖和后端盖之间设有密封件，其特征在于：所述骨架油封以及所述密封件的材料采用氟橡胶，所述电动机的表面涂有采用环氧耐辐照涂料的涂覆材料，所述定子包括有绕组的定子铁芯，所述定子铁芯采用H级绝缘结构设计。
2.根据权利要求1所述的核电站用低压三相异步电动机，其特征在于：所述电机外壳上安装有风罩，所述接线盒安装在所述机座的出线口的支座上。
3.根据权利要求1所述的核电站用低压三相异步电动机，其特征在于：所述电动机为核电站用1E级K3类低压三相异步电动机，所述定子和转子之间的间隙为0.8mm，所述定子铁芯的长度为140 mm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的核电站用低压三相异步电动机，其特征在于：所述定子铁芯包括采用聚酰亚胺漆包圆铜线的电磁线，采用硅橡胶的引接线，采用双马来酰亚胺层压玻璃布板的主绝缘体以及填充材料。
5.根据权利要求4所述的核电站用低压三相异步电动机，其特征在于：所述填充材料包括绝缘漆、底垫和中垫，其中，绝缘漆采用聚酯亚胺浸渍漆，底垫和中垫选用聚酰亚胺薄膜聚芳酰胺纤维纸柔软复合材料和有机硅玻璃漆布，辅助材料选用无碱玻璃丝带和硅橡胶玻璃漆管。
6.一种核电站用低压三相异步电动机的鉴定方法，该鉴定方法适用于权利要求1-5任意一项所述的电动机，其特征在于：包括如下步骤和内容：
（1）基准试验；
（2）极限工况试验；
（3）性能随时间变化试验；
（4）抗震试验：
（5）电机性能试验。
7.根据权利要求6所述的鉴定方法，其特征在于：所述步骤（1）按照试验顺序具体包括如下内容：机械检查和测试；电气特性试验；功能特性试验。
8.根据权利要求6所述的鉴定方法，其特征在于：所述步骤（3）按照试验顺序具体包括如下内容：辐照老化试验；定子加速热老化试验；长期运行试验；振动老化试验。
9.根据权利要求6所述的鉴定方法，其特征在于：所述步骤（4）按照试验顺序具体包括如下内容：固有频率探查试验；在标准条件下的地震试验。
10.根据权利要求9所述的鉴定方法，其特征在于：所述标准条件为NB/T20290-2012《核电厂安全级连续工作制电动机的鉴定》和NB/T20212-2013《压水堆核电厂安全级380V电机鉴定规程》中规定的1/2SSE与SSE条件。
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