高温气冷堆示范工程汽轮机盘车装置自动脱开故障分析及处理

2023-07-10李小龙董毓晖朱兴文侯小龙

中国核电 2023年2期

李小龙，董毓晖，朱兴文，原玉，侯小龙

(华能山东石岛湾核电有限公司，山东荣成 264312)

汽轮机盘车装置是在汽轮机启动前及停机后带动轴系旋转的驱动装置，是确保汽轮机冷态预热和热态降温均匀、避免转子变形的关键设备，其稳定运行对于机组的安全至关重要。

高温气冷堆示范工程采用低速侧装式盘车装置，其安装在低压缸发电机侧的轴承承座上。该盘车装置既能手动投入，又能自动投入；既能手动盘车，又能电动盘车；既能连续运行，又能点动运行。盘车电动机为Y2-225S-4型封闭式三相异步电动机，功率为37 kW，转速为1 480 r/min，通过各大小齿轮将动力传递至啮合齿轮，最终和安装在低压转子与发电机转子两联轴器间装设的盘车大齿轮啮合，使它以3.79 r/min的速度来盘动转子。

本文对高温堆汽轮机盘车装置在自动连续运转过程中出现的停运并脱开的故障进行了详细分析，最终确认其是由齿轮啮合不良引起操纵杆晃动导致，并提出了解决措施。

1 高温堆盘车装置自动脱开故障分析

1.1 问题现象描述

在某次进行汽轮机盘车定期保养时，将盘车装置启动投入自动连续运行状态，稳定运行1 min后，盘车装置突然停运并与汽轮机转子自动脱开。经多次试运排查，仍然出现了自动连续运行状态下盘车装置突然停运并脱开的现象。

1.2 故障原因分析

高温气冷堆示范工程采用低速侧装式盘车装置，其安装在低压缸发电机侧的轴承承座上。该盘车装置既能手动投入，又能自动投入；既能手动盘车，又能电动盘车；既能连续运行，又能点动运行。

汽轮机盘车控制回路电气图，如图1和图2所示(回路导通条件已标注)，回路中设备名称及导通条件见表1。

表1 电气回路设备名称及接点导通条件表Table 1 Conditions for the conduction of the electrical circuit equipment

图1 盘车装置运行电气原理图Fig.1 The electrical schematic of turning gear operation

图2 盘车装置自动顺序运行电气原理图Fig.2 The electrical schematic of automatic sequential operation of the turning gear

在连续盘车运行状态下，导致盘车电机停运的原因可能有：

2)盘车电机的热继电器或接触器出现问题，导致盘车电机断电停运；

1.3 原因排查

将盘车控制回路打至切除位，在断电保证安全的前提下，对马达保护帽、顶轴油压、接触器和热继回路进行检查，均未发现异常。

通过以上检查试验和故障复现，发现每次停运脱开首先是由于操纵杆位置由啮合位甩开到脱开位，进而导致的盘车控制回路断开致使电机停运。

自动连续盘车和手动连续盘车的根本区别在于：自动模式下由压缩空气通过3个电磁阀作用于气动啮合缸使操纵杆带动啮合齿轮与盘车大齿轮啮合，而手动模式下无压缩空气，只能人为手动操作啮合操纵杆进行手动啮合，如图3所示。

图3 压空供气原理图Fig.3 The schematic of compressed air supply

经分析可知，在盘车自动连续运行状态下，初始从零转速至大于1 r/min后稳定运行10 s内，由于啮合用压缩空气持续供应，将保持盘车啮合状态，但是当气缸内啮合用压缩空气排出后，由于某种原因使得操纵杆向左移动到达脱开位，进而使盘车电机停运。考虑可能存在的故障：

将脱开供气管拆除，分别在未运行静止态，手动连续运行态以及自动稳定运行未脱开期间，用纸巾测试均未检测到脱开供气管漏气，故排除电磁阀漏气的可能。

综上分析，最终确认故障原因是盘车连续运行期间，操纵杆发生晃动，当晃动幅度较大晃至中间位置时，在自动模式下，脱开电磁阀得电致使操纵杆完全脱开，电机停运。汽轮机盘车装置自安装调试以来经过多次运转，均可稳定运行，而最近突然会发生不稳定运行情况，经分析及经验反馈可知，装置前期使用时各部件都比较完好，啮合齿轮与盘车大齿轮咬合良好，驱动受力恒定。随着时间延长，盘车次数增多，且在自动捏合过程中可能发生齿顶齿的情况冲击，齿轮啮合情况逐渐下降，另外高温堆示范工程的汽轮机从安装到整组启动间隔很长，盘车每半月进行一次，进行次数较多，因此出现了齿轮啮合不良导致操纵杆晃动的情况。

2 处理及建议措施

后续对盘车装置进行解体，发现盘车啮合部分齿轮表面存在磨损，盘车大齿轮1齿的齿顶磨损较明显，盘车装置在啮合位置时，2号挡块与挡板贴紧，1号挡块有松动现象，在盘车装置油箱及底部滤网发现金属碎屑、金属丝和金属条状物，分析此故障的直接原因为1号挡块与挡板存在间隙，导致盘车大齿轮和啮合齿轮啮合面不平行，受力不均匀，长期运行后造成齿轮磨损。根本原因是安装单位对图纸的技术要求落实不到位，对现场安装存在困难的技术要求未能进行澄清并要求答复，未能逐条按照图纸技术要求进行安装并形成相应记录。事后厂家对啮合齿轮齿面进行了修磨，并且将2号挡块由30.1 mm修磨至29.6 mm，修磨后，1号和2号挡块均和挡板贴紧。

目前盘车运行稳定，状态良好。

为了防止以后出现此种情况，考虑的建议措施：

1)尽量使用手动盘车。虽然该盘车装置可以实现自动投入运行功能，但是如果初次啮合不到位发生齿顶齿的情况会强制启动电机可能造成齿轮的磨损。尽量盘车时使用手动啮合工具，人为缓慢啮合，确保啮合完毕后手动启动电机进行盘车。但是此时要注意在汽轮机停运后如果盘车在手动位置必须及时派人将盘车手动投入，避免大轴的损坏。

2)增加变频器，在盘车电机电缆进线前增加变频器转接。利用变频器的升速功能，在自动状态下保证在初次啮合不到位发生齿顶齿的情况下以低速启动电机缓慢滑动啮合，避免全速启动造成齿轮的磕碰磨损。

3)增加气动啮合转换开关，如图4所示，在K4-43和K4-14之间加装转换开关，在连续运行期间打至接通位，使啮合供气电磁阀动作持续提供压空动力，保证盘车操纵杆始终处于啮合状态，避免晃动发生，同时可避免汽轮机阀门漏汽造成盘车装置的脱开。