1、本科毕业论文（20 届）新型核电主泵电机的定子线圈绝缘结构研究所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -新型核电主泵电机的定子线圈绝缘结构研究摘 要核能是世界能源的重要组成部分，然而核电的安全问题一直制约着核电的发展，如何有效的解决这个问题，一直是科研工作者研究的重要方向。美国西屋公司的第三代核电技术 AP1000 采用“非能动压水堆”安全设备，大大提高了核电站的安全性。2007 年，我国从美国 EMD 公司引进 AP1000 核电主泵电机，由于引进技术不包括线圈绝缘结构设计原理的说明和培训，因此，我们以引进电
2、机的线圈测试数据为依据，进行自主绝缘设计。AP1000 主泵电机是大型核电压水堆的心脏泵电机，绝缘耐温等级200，要求运行寿命 60 年，可靠性要求高。由于其使用部位的重要性以及核岛内空间的有限性，要求部件尽可能紧凑，以达到最大限度地减少占用空间的目的。为缩小电机体积，该电机定子线圈采用了条式线圈结构，增加了端部匝间连接序，有效地减小了电机线圈端部尺寸，达到了最大限度减小电机体积的目的，但此结构使得线圈绝缘结构变得复杂。本文首先对美国的线圈产品进行电性能测试，以此为依据选择合理的绝缘材料，并根据线圈结构，进行匝间绝缘和主绝缘设计。根据设计的方案制作试验样品，进行试验测试。对比美国产品绝缘性能得
3、出： 220 级绕组线、新研发的两种云母带和 200 级浸渍树脂满足技术条件要求；K1 云母带辐照后的电气性能好于 K2 云母带，应用于匝间绝缘和主绝缘；匝间绝缘半叠绕 2 层 K1 云母带，主绝缘半叠绕 4 层 K1 云母带。关键词 AP1000；线圈；绝缘结构哈尔滨理工大学学士学位论文- II -New nuclear power main pump motor stator coil insulation structure designAbstractThe safety of nuclear power has restricted the development of nuclea
4、r power， How to solve this problem, has been an important direction of research workers in research。The third-generation nuclear power technology AP1000 Westinghouse “non-dynamic pressurized water reactor safety equipment, greatly improving the security of nuclear power plants。In 2007, China importe
5、d from the U.S. EMD main pump of the AP1000 nuclear power。Due to the introduction of technology does not include instructions and training of the coil insulation structure design principles to the introduction of the motor coil test data as the basis of independent design.。AP1000 main pump motor is
6、the heart of the large-scale nuclear pressurized water reactor pump motor insulation temperature rating of 200 known 60 years of maintenance-free, high reliability requirements。Due to the importance of its use of parts and the nuclear island to the limited space, it should be as compact as possible
7、to minimize the space for the purpose of parts. To reduce the motor size, the motor stator coil, strip coil structure, increasing the connection sequence between the end turns, and effectively reduce the end size of the motor coil, to achieve the purpose of minimize the motor size, but this structur
8、e coil insulation structure becomes complicated.Firstly, electrical performance test, the coil products in the United States is based on the reasonable choice of insulating material and coil structure, inter-turn insulation and the main insulation design。The production of test samples according to t
9、he design of the program, test 。 On insulation properties 哈尔滨理工大学学士学位论文- III -compared to U.S. products，Winding wire of the new R K1 mica tape after irradiation, the electrical performance is better than the K2 mica tape, applied to the inter-turn insulation and the main insulation; Loud noise insul
10、ation between a half stack around the two-layer K1 mica tape, the main insulation of a half stack around the four-layer K1 mica tape.Keywords AP1000; Coil ; Insulation structure哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.1.1 世界核电技术的发展 .11.1.2 我国核电技术的发展 .21.2 AP1000 技术特点概述 .31.3 本课题的
11、目的和意义 .41.4 课题主要研究内容 .4第 2 章 AP1000 主泵电机绝缘技术要求 .52.1 主泵电机性能参数 .52.2 匝间绝缘电气强度 .52.3 主绝缘电气性能 .62.4 电机基本电气性能 .62.4.1 介电性能 .62.4.2 耐热性能 .72.4.3 力学性能和耐环境因素 .82.5 本章小结 .8第 3 章 绝缘材料的选择及性能测试 .93.1 绕组线的研制及性能测试 .93.2 云母带的选择及性能测试 .103.3 浸渍树脂性能测试 .113.4 本章小结 .11第 4 章 绝缘结构设计 .124.1 线圈结构 .124.1.1 线圈种类 .124.1.2 AP
12、1000 主泵电机线圈结构 .124.2 绝缘设计 .144.2.1 匝间绝缘结构设计 .144.2.2 主绝缘结构设计 .144.3 浸渍工艺 .154.4 本章小结 .16第 5 章 定子线圈电气性能试验 .17哈尔滨理工大学学士学位论文- V -5.1 匝间阶段升高电压试验 .175.1.1 试样制作 .175.1.2 击穿试验 .175.2 白坯线圈主绝缘阶段升高电压试验 .195.2.1 试样制作 .195.2.2 击穿试验 .195.3 线圈浸渍固化后主绝缘性能测试 .205.4 耐辐照试验 .225.5 本章小结 .23结论 .24致谢 .25参考文献 .26附录 1 .27附录
13、 2 .37哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景随着全球经济的蓬勃发展，能源的可持续发展问题日渐突出。作为世界能源的重要组成部分，核电以其清洁、高效、安全的优势，被越来越多的国家所重视。我国人均能源资源占有率较低，且分布不均匀，因此，大力发展核能，对于改善我国能源供应结构，降低环境污染，保障国家能源安全和经济安全具有重要意义。然而，世界几次核电站泄漏事故，使社会公众对核电的安全性充满顾虑。所以提高核电站安全度一直是核电技术发展的主要方向。美国西屋公司的 AP1000 第三代核电技术，相比其它，其非能动压水堆技术更成熟，是世界上
14、现有的比较成熟并可用于商业生产的核电技术，其安全性能也得到了美国专家的认可。2007 年，我国引进了该技术，希望通过自主开发与引进技术相结合，尽快实现我国核电技术的升级换代，即从第二代上升到第三代水平。AP1000 屏蔽电动泵是大型先进压水堆反应堆一回路系统的重要核一级设备，是反应堆压力边界内的唯一能动设备，是非能动型反应堆的关键主设备。本论文对此主泵电机的线圈进行国产设计，通过学习其先进的绝缘结构和设计理念，来提高我国电机的绝缘设计水平，对提高我国电机的制造水平是有现实意义的。1.1.1 世界核电技术的发展核电站发展及建设始于上世纪 50 年代。1954 年，前苏联建成电功率为五千千瓦的实验
15、性核电站；1957 年，美国建成电功率为九千千瓦的希平港原型核电站。这些成就证明了利用核能发电的可行性。国际上把上述实验性和原型核电机组称为第一代核电机组。上世纪 60 年代后期在试验性和原型核电机组基础上续建成电功率在30 万千瓦以上的压水堆、沸水堆、重水堆核电机组，它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时核电的经济性也得以证明可与火电、水电相竞争。上世纪 70 年代，因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展。目前世界上商业运行的四百多座核电机组绝大部分是在这段时期建成的，称为第二代核电机组。1979 年以前，人们普遍认为核电是安全清洁的能源。1979 年和 1986年分别发生在三里岛和切尔
16、诺贝利核电站的严重事故的负面影响,使核进人低潮，社会公众增大了对核电安全性的顾虑，电业投资者也放慢了投资步哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -伐。但中国法国日本和韩国等国家发展核电的方针仍然没有改变，认为核电站的安全性是能够改进提高的。上世纪 80 年代，虽然美国撤销了不少拟建的核电项目，但没有放弃发展核电事业的可行性研究。美国能源研究院的研究结果认为，以已有的核电经验和技术水平为基础，美国能够设计出新一代核电机组，其安全性能为社会公众和电力投资者所认可，其经济性具备参与市场竞争的能力。第三代核电机组的设计原则，是在采用第二代核电机组积累的技术储备和运行经验的基础上，针对其不足之处，进一步采用
17、经过开发验证是可行的新技术，以显著改善其安全性和经济性。在国际上目前比较成熟的第三代压水堆有 AP1000 和 ERP。美国西屋公司自八十年代以来，在能源部和 NRc 的支持下，耗资六亿多美元对非能动安全系统的功能、机理和可靠性等进行了大量的研究、开发、试验、验证和分析论证工作，其形成的设计文件已通过美国 NRc 的审查批准。2004 年 9 月获得了最终设计批准书lFDA)1。1.1.2 我国核电技术的发展自 1974 年 3 月周恩来总理批准建造功率为 30 万千瓦的压水堆设计方案以来，我国核电研究开发和设计建造工作经走过了三十年历程。目前我国大陆已经有 8 套核电机组行，装机容量达到 6
18、990MW，到今年年底将有1 1 套机组行，总功率 9110MW。2004 年，国务院已批准了 8 套核电机组的建设。其中四套是第二代改进的项目，四套是第三代核电自主化的依托项目。2005 年又决定再开展四套第二代改进机组的建设前期工作，核电在我国已由起步进人了发展阶段。周总理在批准第一座 30 万千瓦核电站核电方案时指出，建设这座核电站的目的不仅在于发电，更重要的是通过自主研究设计、建造运行、掌握技术、积累经验、培训人员，为今后核电在我国的发展打下良好基础。今天，这个目标已基本达到。我国核电队伍经过秦山，大亚湾(包括岭澳)和田湾三个基地建设和总包出口核电机组到国外的锻炼，已经有能力自主设计
19、30 万千瓦和 60 万千瓦的核电机组，基本有能力自主设计 100 万千瓦的核电机组。但是我们的技术水平还属于国际上第二代压水堆的核电技术水平。我国中央领导在广泛听取了各有关部门和专家的意见后，做出了我国应积极推进核电发展的决定，并指出今后我国核电发展应尽快实行大型机组的自主化、国产化，要执行“采用先进技术、统一技术路线”的方针。因此，我们应当在适当继续建造一些第二代改进型机组的同时，以提高核电的安全性和经济性为根本目标，尽快实现我国核电技术的升级换代，即从第二代上升到第三代水平。通过自主开发与引进技术相结合，尽快达到自主设计和建造第三代百万千瓦大型压水堆核电机组的目标，形成先进的、标准化的、
20、能批量建造的产业规模，优质高速发展核电。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -与此同时我们还应该看到，国际上已比较成熟的第三代核电机组都还有不足之处和发展空间。例如，AP1000 的非能动安全系统是先进的，但它单机容量只能到 1200MW，是有发展空间的，EP 的单机功率虽然已达 1600MW，但它的能动安全系统相当复杂，不是发展方向。我国已选定AP1000 为第三代核电自主化依托项目的机型。我们在与国外厂家合作，消化吸收引进技术，建设第三代核电机组的同时，还应针对其不足之处和发展空间，立专项同时进行改进和创新，开发出具有我国知识产权的中国品牌的更加先进的大型核电机组。为此，我国中长期科技发展规
21、划已将 4大型先进压水堆和高温气冷堆核电站列为重大专项。这是国家要全力保证的重大工程，成功后将要产业化批量建造的 2。1.2 AP1000 技术特点概述西屋公司总裁兼首席执行宫史睿智先生接受新华社记者采访时表示：西屋的AP1000 核电技术是目前唯一一项通过美国核管理委员会最终设计批准的“第三代 +”核电技术。“这是目前全球核电市场中最安全、最先进的商业核电技术” 。APl000是一种先进的 “非能动压水堆核电技术”。用铀制成的核燃科在“反应堆”的设备内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压下的水把热能带出在蒸汽发生嚣内产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机带着发电机一起旋转，电就源源不断地产生出来，井通过电
22、网送到四面八方。采用这一原理的核电技术就是压水堆核电技术。APl000最大的特点就是设计简练，易于操作，而且充分利用了诸多“非能动的安全体系 ”，比如重力理论、自然循环、聚合反应等，比传绕的压水堆安全体系要简单有效得多。这样既进一步提高了核电站的安全性，同时也能显著降低核电机组建设以及长期运营的成本。据西屋公司提供的技术材料称，APl000 在建设过程中，可利用模块化技术，多头井进实施建设，极大地缩短了核电机组建设工期。AP1000从开工建设到加载原料开始发电最快只需要36个月，建设成本方面的节约优势明显。AP1000是西屋在AP600 技术的基础上延展开发的。AP600的设计最早始于1991年，以“ 非能动性 ”为特点，西屋试图将核电站技术从经济效率和安全水平两方面都提升到一个新高度，保持自己在核电领域的技术领先优势。AP600在 1998年获得美国核管会的“最终设计批准 ”，但随着世界电市场的不断变化，核电新的目标电价降至每度3美分，AP600已无法满足这个要求。为此西星启动了APl000的开发工作，目标是更便宜、更安全、更高效的核反应堆技术，以提升其在核电市场的竞争力。AP1000脱胎AP600，通过设计改进达到增容目的。显著提高发电功率，同时又保持了原有系统的安全性和简洁性。从AP600到AP1000，经过了15年的开发和完善。西屋电气的AP1000有以下特点：
