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摘要：本文针对核电厂电动阀执行机构电机热保护整定问题，通过对设计输入数据核查、阀门电动执行机构电机特性进行分析，并比对测功曲线，得出阀门电动执行机构额定负载下的电流修正值，阀门执行机构电机热保护整定原则及校验方法，以修正按照传统方法计算得出的保护定值。该方法作为阀门执行机构电机热保护整定的优化策略，解决了现场实际问题，并为其他电厂提供良好的实践借鉴与经验参考。
关键词：阀门电动执行机构；热保护；整定
1 阀门配电单元热保护介绍
电动阀广泛应用于核电厂的专设安全系统中，与系统的安全息息相关，电动阀的失效可能会导致严重的核安全事故。
因此，核电厂电动阀门需要保护，而阀门保护在实际应用中主要是在阀门全开位置或全关位置设置限制其行程的装置。典型做法是装设固定的限位和力矩开关，这些开关可使阀门停在全开或全关的位置。如果力矩开关的设定值高于实际力矩，电动机就会堵转。堵转将导致电动机的定子或转子过热电动机实际运行电流大于额定电流。因此，有必要装设过载保护以弥补力矩开关的不足。
目前，核电厂配电盘阀门配电单元选用熔断器/接触器型（CFI1-3），该类型单元安装两个接触器用于控制双向旋转电动机，其中短路保护由熔断器提供，过载保护由热继电器提供。
2 原因分析
2.1设计输入偏差分析
对于阀门电动执行机构的电机来说，在现行的阀门用电动执行机构标准未对空载电流、额定电流进行规定，故供货商在出厂检验时仅将电机堵转电流、最大控制转矩电流作为出厂检验项目，不对电机电流进行检测，电机铭牌上标示的仅是电机额定电流值。
为保证核级电动执行机构标准中的降压工作性能要求，供货商将核级执行机构电动机设计工作电压调整为342V（380V-10%），电机定子绕组槽数和导体总截面面积不变，仅减少了定子绕组每槽线圈匝数，加大了导线截面直径。因此，当工作电压为380V或更高时（现场电机输入端口电压值在400V左右），其到达额定负载的电流值会相应的增加。
而供货商提供电机铭牌值作为设计输入时，存在上游热保护设计选型不当及定值偏小的情况，在正常操作阀门开关过程中可能引发热继电器保护动作，切断控制回路。
2.2阀门专用电机与普通电机区别分析
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图1 阀门专用电机与普通电机转速-转矩曲线
工作制式不同：阀门专用电机为短时工作制S2（10~15min），对于核岛电动阀门，技术规格书中要求动作时间小于90或120秒。因此开、关阀门不需电机长期工作，也不需要频繁动作，普通电机为长期工作制S1；
绝缘等级不同：S1电机通常为F级，普通电动执行机构为F级或B级，核级电动执行机构为H级，H级允许电机温升为125℃，允许电机表面温度为180℃，也就是说电机能够承受更高的温度。
特性曲线斜率不同：S1电机特性曲线较陡，随着负载转矩的变化，转速和电流变化较大，阀门专用电机特性曲线较平缓，随着负载转矩的变化，转速和电流变化较小。
最大转矩（堵转转矩）与额定转矩比值不同：S1电机最大转矩与额定转矩比值通常不大于2，阀门专用电机最大转矩与额定转矩比值通常3~6，比值的大小与电机设计方法与材料选用有关。
因此，对于阀门专用电机而言，最重要的最大转矩值，以保证能将阀打得开、关得严。同时，电机实际运行电流是由实际负载决定的，不同的负载必有不同的电流，不同的电流必是不同负载造成的，实际运行电流不一定就等于或小于额定电流。这正是阀门厂家提资的额定数据无法用于电机热保护整定设计输入的原因。
2.3电机容量选择分析
电动执行机构选型主要考虑阀门载荷特性、阀门电动装置传动系统的动力特性和电机的机械特性，下面介绍阀门执行机构电机选型方法：
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图2 阀门执行机构电机选型方法
（1）To=Ti×i×η
（2）No=ni÷i
（3）Ti堵>1.1Ti
（4）Ti额定=Ti堵/k
（5）W=Ti额定×ni
Ti：电机输出转矩
ni：电机输出转速
To: 电动执行机构输出转矩（阀门所需最大转矩）
No: 电动执行机构输出转速（阀门所需最大转速）
通过式（1）和式（2）由电动执行机构输出转矩和转速计算出电机所需转矩和转速，通过式（3）计算电机所需堵转力矩，根据电机设计方法和材料选用确定系数k，由式（4）计算电机额定转矩，由式（5）计算电机额定功率。
按照阀门电机的设计值选择容量时，电机容量主要依据阀门所需最大转矩和转速得来，同时为了利用电机容量的余量，避免能源、材料的浪费，将电机堵转力矩设置在大于电机额定输出转矩的1.1倍上。
综上，阀门电动执行机构热保护定值不能简单的按照电机铭牌上的额定电流乘以1.15倍，即作为保护设计选型的输入。应该按照电机负载曲线中电机输出转矩值来确定相应电流值，对该电流值的1.15倍作为设定初值，进行额定2倍转矩、堵转情况下的校验，最终优化热保护原件选型及定值设定。
3 整定方法及管理优化
3.1整定方法
根据负载特性曲线修正热保护所需输入电流值In’，计算热继电器初值=1.15*In’。选择过载继电器（热继电器）时，应允许电动机在工作循环时间内以额定转矩工作，或在一个行程时间内以2倍额定转矩工作。为此，应保证两个特性：通过堵转电流时，过载继电器动作时间应小于能承受的堵转电流时间；当通过2倍额定转矩电流时，过载继电器动作时间应小于电动机能承受的2倍额定转矩电流时间。
3.2校验方法
1）阀门特性参数信息确认
阀门执行机构和阀门执行机构电动机数据，设计输入参数如下主要有额定电流、2倍额定转矩下的电流、堵转电流、加速时间、阀门行程时间等。
2）选择过载继电器
根据整定修正值对比相应供应商的过载继电器热元件的时间-电流特性曲线，选定继电器型号。
3）校验堵转跳闸时间
查询热继电器电流-时间特性曲线，找出堵转电流对应的跳闸时间，比对允许堵转耐受时间。
4）校验2倍额定转矩下的跳闸时间
查询热继电器电流-时间特性曲线，找出2倍额定转矩下的电流对应的跳闸时间，比对安全运行时间。
5）校验额定转矩电流下最小跳闸时间
查询热继电器电流-时间特性曲线，找出修正值对应的跳闸时间，比对电动机耐受时间。
上述步骤3~5有一个不满足时，要考虑重新选择热继电器元件，并重复步骤3~5。最终确定热继电器选型及定值。
3.3热保护元件换型及定值调整优点
阀门执行机构电机热保护定值优化能够避免堵转导致的电动机过热、过载导致的电动机过热、加速时误跳闸、预期过载引起的误跳闸、阀门工作循环内运行时误跳闸等。
阀门执行机构电机热保护定值核算与管理一直以来都被忽视，然而对于核电厂来说较多电动阀门是与和核安全有关。如果这些电动阀门失效，将严重影响系统安全功能，引发事故或使事故进一步扩大。因此，需要对这些电动执行机构热继电器保护定值按照如上章节方法进行整定，以发挥其最大的保护作用。
4 结束语
当前，M310核电机组普遍采用额定值的倍数来作为热继电器保护设定的原则，而对与阀门执行机构短时工作制的电机来说，其选型及工作特性的特殊性，使得我们不得不调整热保护整定方法来与之相适应，只有将电机过载保护整定方法改进好，才能最大程度保障系统和设备安全稳定运行，降低运行成本，提高企业效益。
参考文献
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[2] RCC-E 压水堆核电站核岛电气设备设计和建造规则，1993.
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