中国核工业第五建设有限公司上海市201500
摘要：AP1000核电站核岛环形吊车，是核反应堆厂房的重要设备，安装于核岛CV4环的环型轨道上，其主要为核岛内设备的安装和转运提供服务，环吊的安装调试进度直接影响到核岛内设备和大宗材料的安装进度。本文以AP1000首堆为背景，针对环吊调试出现的问题，提出故障分析、处理方法，为后续环形吊车的调试提供参考。
关键词：AP1000首堆；环形吊车；故障分析；处理方法
1引言
AP1000是先进的第三代核电技术，环形吊车是核反应堆厂房的重要设备，安装于核岛CV4环的环型轨道上，由安装于环形轨道上的大车和安装于大车横梁轨道上的小车构成，大车可以进行360度旋转，小车在大车的两根横梁上轨道前后移动，主起升为300短吨（约为272.2吨），副起升为25短吨（约为22.7吨）,其主要为核岛内设备的安装和转运提供服务。本文系统的介绍了环吊设备参数、调试流程、调试要点、调试问题的分析处理，特别是对环吊特殊部件的工作原理分析，很具代表性，对以后的调试施工具有一定的指导意义。
2设备介绍
2.1环形吊车简介
AP1000环形吊车位于反应堆厂房，安装于核岛CV4环的环型轨道上，其主要在核电站建安和运行阶段，为反应堆厂房内的重型精密设备安装、维修以及反应堆换料提供吊运服务。环吊在大修期间参与吊运工作，把设备从吊装口吊到反应堆指定位置，或者从反应堆把设备吊出到吊装口。环吊大车净重约358238kg，最大长度约38m，最大高度约为9m。环吊小车净重约106625kg，最大长度为13.715m，最大宽度为6.623m。主起升设计额定负荷272t，最大关键载荷215.5t，起升高度41.758m。副起升设定额定负荷及最大关键载荷22.7t，起升高度43.282。
2.2运行参数
2.2.1主起升机构参数
表2.1起升机构参数
3调试施工
3.1主要调试方法和技术要求
3.1.1单体调试
由于环吊设备的特殊性,其调试工作可分为吊装前和吊装后。吊装后由于CV顶封头的焊接和NDE施工,会使吊装后的施工非常紧凑。所以，电气所有的单体试验应在吊装前进行。
1)工程量统计
表3.1工程量统计
图3.1时间继电器时序功能图
试验过程如下表：
表3.2带暂停得电延时计时整定
环吊吊装后上电前的主要试验工作为回路检查，回路检查质量和进度直接制约着上电调试。
环吊整体接线布局示意图如下图3.2所示。
3.1.3上电调试
1)上电调试前临时电源的配置
环吊安装调试期间正式电源不具备条件，需根据环吊设计功率配置环吊临时专用电源，保证满足上电要求。
根据CPP-G1-E0X-002可知MH01功率为216KW，电压为380V，电流为364.6A。根据环吊容量的统计，采用计算负荷的基本方法“需要系数法”来确定计算负荷。取需用系数Kn=0.80，功率因数取0.8，计算如下：
Pjs=Kn×Pe=0.80×216=172.8(kw)
Qjs=Pjs×tgω=172.8×0.75=129.6(kvar)
Ijs=Sjs/(1.732×Ur)=Pjs2+Qjs2/(1.732×Ur)=328.2(A)
由计算电流可知，电缆型号可选择YJV-1/0.6KV-3*185+2*95
压降校核
计算公式:ΔU%=（∑Pjs*L）/（C*S）
式中∑Pjs——负载计算功率（KW）
L——电缆长度（m）
C——计算系数，铜芯电缆取72
S——电缆截面（mm2）
将Pjs=172.8KW,L=370M,C=72,S=185mm2代入，计算结果：
ΔU%=4.8%＜5%，满足要求。
图3.2环吊接线布局示意图
环吊动力盘配置见下图：
图3.3环吊临时电源盘配置
2)上电调试前环吊的整体检查
环吊上电前检查所有端子压接紧密且电缆终端已得到正确标示。
所有开关处于断开状态。
根据红线图确认所有回路都已进行检查，有制约的回路应对开关进行闭锁挂牌警示。
3)环吊上电
环吊上电前确认临时电缆与滑触线已压接紧密，集电器与环形滑线接触良好，环吊所有开关处于断开状态，回路校验合格、绝缘满足送电要求。
检查配电箱进线电压满足要求后，将临时电送至环形滑线。滑线得电后，先通过相序检测继电器验证相序的正确性，否则断电在配电箱侧更改电缆相序。
根据环吊原理图对各回路逐一进行送电，原则为送电前开关下端对地无短路，相间无短路。送电后各变压器、开关电压正常。
各行走机构电源送至变频器，变频器运行正常无错误显示。
4)主、辅钩试车
由于钢丝绳未穿，重锤未安装，确认主、辅钩重锤限位机构可正常操作，采取临时措施使其保持正常工作状态。
确认主、辅钩各限位未动作，X-SAM报警系统无故障报警。
机械专业相关安装、润滑工作已完成，满足辅钩试车要求。
主、辅钩试车时变频器侧应安排人员需监视给定速度、反馈速度、电流、频率等数据，小车上必须安排专人看守、警戒，监视辅钩电机电机、电机制动器及滚筒运转情况。
点动操作时，电机制动器正常打开，变频器能收到开闸信号，电机转向与变频器显示转向应一致，编码器反馈转速与电机转速若相反，电机会有堵转现象，电流会急剧上升超过额定电流。堵转后确定是编码器转向错误还是电机转向错误，确定后更改相序。
电机点动正常运转后，以各档速度进行试运转，电机运行平稳，变频器给定转速与反馈转速相同，电流显示平稳，符合设计要求。
5)主、辅钩抱闸打磨
抱闸打磨参数如下表
表3.3抱闸打磨参数表
为避免紧急抱闸与卷筒打滑，在穿绳前需要对卷筒进行抛光，抛光大致过程为
环吊断电情况下向卷筒上升方向旋转软轴使紧急抱闸动作
卷筒朝下降方向运行
通过控制紧急抱闸复位气源操作杆调节抱闸力度，使速度维持在全速的3/4（电流维持在满载电流的1/2～3/4，即主钩：78A～117A，辅钩：38.5A～57.75A）运行，期间不断检测抱闸内衬摩擦表面的温度
维持此状态30分钟或使抱闸内衬表面达到148.9℃
若表面温度达到148.9℃则打开制动器使其温度降至121.1℃，
控制操作杆使其电流维持在满载电流的1/2～3/4继续打磨，温度控制在121.1℃，完成为期30分钟的抛光
注：抱闸打磨前，需手动短接紧急抱闸反馈限位。
6)主、辅钩紧急抱闸力矩设置
紧急抱闸力矩参数如下表：
表3.4紧急抱闸力矩参数
7)小车试车
小车试车前应全面检查小车轨道无异物，小车行程上无任何阻挡。
小车动作前需安排两人看守两台小车电机，观察制动器及小车电机运行情况
手动分别动作两小车电机制动器上游接触器，制动器应有清脆的开闸响声，断开接触器，制动器应有复位响声，反复动作数次，制动器分合闸动作灵活、无卡滞。
小车点动时变频器显示给定转速与反馈转速一致，小车梁无扭转，电机无堵转现象，变频器无过流现象，堵转后确定为两电机转向相反后更改电机相序。
小车以低速全程运行几次后再以各档位运行几次，运行过程中小车运行平稳无抖动，变频器显示速度、电流符合设计要求。
8)大车试车
大车试车前应全面检查大车轨道、环形无异物，大车行程上无任何阻挡。
大车动作前需安排四人看守四台小车电机，观察制动器及大车电机运行情况
手动分别动作四大车电机制动器上游接触器，制动器应有清脆的开闸响声，断开接触器，制动器应有复位响声，反复动作数次，制动器分合闸动作灵活、无卡滞。
大车点动时变频器显示给定转速与反馈转速一致，大车有电机无堵转现象，变频器无过流现象，堵转后确定为四电机转向不一致后更改电机相序。
9)穿绳及限位试验
主辅钩传绳应在卷筒打磨后进行，穿绳时应注意吊钩落到下部冗余限位标高时，卷筒上应留有3-5圈钢丝绳作为安全保护。
上部限位设置，应注意设置顺序，首先验证上部极限限位功能，在设置上部停止限位，最后设置上部减速限位。
设置时减速限位位置不易准确判断可采取如下方法进行：在小车控制接线箱侧将停止限位电缆脱开，并将其端子排短接（此步骤模拟停止限位未动作），减速限位相关电缆接至停止限位端子排，进行减速限位设置（相当于再进行一次停止限位设置），设置完成后恢复接线，这样把减速点以停止点的方式来设置更易判断、更准确。
下部齿轮限位设置，应注意先设置下部冗余限位，再设置下部停止限位。
10)放大器的标定
环吊载荷试验前需进行称重系统的标定，标定参数如下表2.6所示
标定分为大致三个步骤：
放大器的初始化：包括放大器的重量显示单位、最小分辨率、显示格式、传感器参数等
报警点及死区等参数的设置
标定:分为零点的标定和限值点标定
为保证标定的准确性，应使用100%额定负载的配重进行标定，标定时应将吊钩完全下降到下限位（即零点标定和限值点标定吊钩处于同一标高，减小了钢丝绳重量引起的误差），在下限位做标定可保证起吊时重量精确的显示。
表3.5称重系统标定参数表
4试验问题及解决办法
4.1通讯快速插头接法
由于通讯回路接头有公、母接头之分，通讯回路接头数量多，接线时容易混淆，接错。
接线时首先确定通讯回路起端PLC出线所接的第一个接头的型号，那么假设此根通讯线无论从何处切断其PLC侧的截面排布方式应与该型号接头布线方式一致。（例如：起端为母接头，那么其PLC侧的截面应与母接头的排布方式一致，从缺口开始顺时针方向依次为屏蔽线、红线、黑线、白线、蓝线。）按照此方法后续通讯回路每一个接头的接线就不容易混淆。
图4.1通讯接头接线验证方法
4.2通讯线布线方式及端接方法
电缆敷设端接时期通讯的布线应注意分槽走线，尽量与动力电缆保持20公分距离，禁止与动力电缆交叉，绞缠。通讯线在端接到端子排时，其屏蔽层剥离不能超过十公分，无屏蔽层部分尽量避开其他控制线，且屏蔽线应接地。
原因分析：动力电缆可近似看成为长直载流导线，由公式B=kI/r可知（k为常数，r为场强计算点与载流导线的垂直距离，I为载流导线电流大小）载流导线会产生磁场。动力电缆电流为正弦波，产生的磁场亦为正弦波，场强幅值与电流幅值成倍数关系。通讯线处于交变的磁场中，变化的磁场会在通讯线路上产生感应电流，会对通讯信号产生很大影响。
4.3辅钩试车时紧急抱闸频繁动作
抱闸动作原理分析：电机轴一端通过齿轮箱将速度传递至卷筒，另一端通过皮带轮将速度传递至离合制动编码器离合线圈（轮盘1），离合制动编码器制动线圈（轮盘2）连接至挠性轴（下文中统称软轴），实现电机轴与软轴速度的传递与否，软轴末端连接至卷筒X-SAM齿轮箱，X-SAM齿轮箱进行电机速度与卷筒速度的比对。X-SAM抱闸系统实现了电机速度与卷筒速度的单相时时比对（单相，即起升机构向下动作时才进行），只要二者速比变小（产生遛钩故障时，速比只可能变小）卷筒紧急紧急抱闸立即动作。
图4.2X-SAM抱闸系统示意图
故障排查及解决方法：经检查发现离合制动编码器电机轴侧轮盘1转动正常，挠性轴侧轮盘2未转动。
离合制动编码器工作原理：电机正常工作时，离合制动编码器受离合制动编码器整流电源AREC控制使轮盘1线圈得电（整流电源见下图：AESR为紧急停止继电器，正常启动时离合制动编码器离合线圈得电，发生急停故障时制动线圈得电）吸合轮盘2，两轮盘同步动作，电机轴速度正常传递至卷筒。当发生卷筒紧急抱闸动作后，挠性轴与轮盘2停转，回路电源自动切断，电机由于惯性会带着轮盘1继续旋转，为避免两轮盘径向刚性连接的相对运动损坏离合制动编码器，此时离合制动编码器轮盘1线圈失电，同时轮盘2得电产生反向推力将轮盘1推开分离。
图4.3整流电源原理图
要因分析：
a.离合制动编码器轮盘1线圈损坏，无磁力产生。
b.离合制动编码器无电源供电故障。
c.离合制动编码器机械卡滞，导致两轮盘未吸合。
要因确定：
a.离合制动编码器轮盘1线圈已损坏，经测试线圈阻值正常，排除此条可能因素。
b.离合制动编码器轮盘1电压偏低，小于其供电电源AREC整流模块额定输出90V，产生的磁力不足以吸合，使用便携式电源直接加电后仍不吸合，排除此条可能因素。
c.离合制动编码器有机械卡滞，经检查轮盘行走轴锈蚀、卡死。处理后离合制动编码器运行正常。
5结束语
从环吊整体调试情况来看，问题主要集中于硬件方面，如电缆布线、端接、通讯接头端接、机械部件干涉、设计问题等方面。环吊调试涉及电气和机械专业，调试组织机构的建立、调试计划的合理安排对环吊调试的有序进行起着至关重要的作用。调试问题的处理应提前制定解决方案，系统性的去排除故障。环吊调试的专业性强，施工环境恶劣，对施工人员而言无论是身体上还是思维上都是很大的考验。
参考文献
[1]AP1000电气安装规范CPP-G1-V8-001.
[2]环吊运行维护手册.SM1-MH01-VMM-001.
[3]环吊现场验收试验程序.SM1-MH01-VTP-002.
[4]三门1#机组环吊安装程序.SM1-MH01-V8M-001.
[5]MHS系统环吊组件试验程序.APP-GW-TSP-548.