射频监测法在矿用防爆电机放电故障定位与识别应用的初探

2013-02-18张焕新王宝成

装备制造技术 2013年4期

张焕新，王宝成

（河南煤化集团，a.永煤公司顺和煤矿；b.永城职业学院，河南永城 4 76600）

矿用防爆电机与普通电机相比，结构更为复杂，部件的类型也更为繁多，任何一个部件的故障都可能导致电机的故障甚至失爆。由于防爆电机的特殊构造以及特殊的使用环境，运行时主要会受到电、机械应力、温度以及湿度等因素的影响，进而会出现各种类型的电机故障。其典型的故障类型主要有如下几个方面[1]：

（1）定子铁心故障。该种故障类型主要是由于电机本身的震动较为剧烈或者轴承损坏进而造成定、转子间发生摩擦损坏铁心。其早期征兆主要表现为大环路电流以及高温造成的绝缘材料的热解。

（2）绕组绝缘故障。该类型故障的原因主要是绝缘缺陷、绝缘老化以及电机引线套管由于机械应力作用引起破裂。其征兆为定子绕组放电量增加。

（3）定子端部线圈故障。对于矿用防爆电机而言，由于连续的作用力或者暂态过程产生巨大的作用力致使定子端部绕组发生位移。其故障的前兆是振动和局部放电。

（4）异步电机转子绕组故障。在部分矿用电机中，由于作用于鼠笼环上的离心力比较大，可能导致端环和笼条变形，最终将导致端环和笼条发生断裂。其早期征兆为电机的转速、杂散漏磁和电流出现脉振现象。

1 电机放电的类型

综上所述，在电机常见的故障类型中，多伴有放电现象。因此，放电检测对于矿用防爆电机的早期故障诊断有着重要的意义，能够有效预防因电机故障放电引起的瓦斯、煤尘爆炸事故。

电机的放电一般情况下可分为三种类型。

（1）电机绝缘内部放电

在电机内部的绝缘层之间、绝缘与防晕层之间的气泡或气隙之中、绝缘与线棒导体之间有可能发生放电现象。其内部放电具体又可分为三种形式，分别是：辉光放电、亚辉光放电和火花放电。

（2）端部放电

电机在长期运行情况下端部振动会引起固定部件的松动，从而损伤电机线棒槽口处的防晕层，进而引起端部电晕。此种放电相较于内部放电更为剧烈，破坏性更大，长期运行将会发展为更加危险的滑闪放电。特别是在矿井深处，由于湿度较大将会加剧电晕放电最终导致相间短路事故。

（3）槽部放电

电机在长期运行过程中，定子铁心的振动能导致线棒的固定部件的松动和防晕层的损毁，同时产生的热效应也会破坏线棒防晕层。在放电过程中产生的臭氧以及氮的氧化物与电机气隙内的水分起化学反应，这样会引起防晕层、主绝缘、垫条以及槽楔的烧损和电腐蚀，加速损坏电机绝缘。

2 放电源的定位和放电模式的识别

2.1 放电源的定位原理

目前国内相关行业对电机放电部位的确定常采用的方法有电磁探头法、槽放电探针法以及射频监测（Radio Frcquency Monitoring）法（又称无线电接收法）。由于射频监测法能够用于在线定位，并且可以与便携式监测仪相互配合使用，因此得到了广泛应用。其原理如图1所示。

图1 射频法原理图

该方法利用高频电流传感器、罗柯夫斯基（Rokowski）线圈或RC阻容高通滤波器从发电机定子绕组中性线上拾取高频放电信号，从而发现定子线圈内部放电现象。

射频监测仪的工作原理和射频干扰场强仪相同，可以选择测量的中心频率和频带宽度。其输出端连接记录仪和报警装置。当局部放电发生时，其放电电流信号通过中性点接地线流向接地点，通过高频电流互感器耦合到监测回路，射频监测仪就可以监测到局部放电信号的强弱。记录仪用于记录监测过程中射频电流变化，一旦局部放电加剧，超过监测器预警设定值时，报警装置立即发出报警信号。

2.2 放电模式的识别与故障判据

根据时域上的放电相位和波形可以判断放电的类型或模式，并根据放电模式确定放电的部位[2]。当绝缘绕组内部发生气隙局部放电时，其放电脉冲分布在0~π/2和π~3π/2相位上，且位置对称幅值接近。当发生绝缘绕组与导体间气隙局部放电时，放电脉冲分布范围也在0~π/2和π~3π/2间，但幅值不等，0~π/2间的幅值较大。当发生槽放电时，π~3π/2间的放电幅值比0~π/2要大。若绕组端部表面发生局部放电时，正负半周脉冲分布更加不对称，正半周幅值要大得多[3]。

电机的放电类型和相位关系及判据如表1所示。