射頻監(jiān)測(cè)法在礦用防爆電機(jī)放電故障定位與識(shí)別應(yīng)用的初探

張煥新 ，王寶成

（河南煤化集團(tuán)，a.永煤公司順和煤礦；b.永城職業(yè)學(xué)院，河南 永 城 4 76600）

礦用防爆電機(jī)與普通電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，部件的類型也更為繁多，任何一個(gè)部件的故障都可能導(dǎo)致電機(jī)的故障甚至失爆。由于防爆電機(jī)的特殊構(gòu)造以及特殊的使用環(huán)境，運(yùn)行時(shí)主要會(huì)受到電、機(jī)械應(yīng)力、溫度以及濕度等因素的影響，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)各種類型的電機(jī)故障。其典型的故障類型主要有如下幾個(gè)方面[1]：

（1）定子鐵心故障。該種故障類型主要是由于電機(jī)本身的震動(dòng)較為劇烈或者軸承損壞進(jìn)而造成定、轉(zhuǎn)子間發(fā)生摩擦損壞鐵心。其早期征兆主要表現(xiàn)為大環(huán)路電流以及高溫造成的絕緣材料的熱解。

（2）繞組絕緣故障。該類型故障的原因主要是絕緣缺陷、絕緣老化以及電機(jī)引線套管由于機(jī)械應(yīng)力作用引起破裂。其征兆為定子繞組放電量增加。

（3）定子端部線圈故障。對(duì)于礦用防爆電機(jī)而言，由于連續(xù)的作用力或者暫態(tài)過程產(chǎn)生巨大的作用力致使定子端部繞組發(fā)生位移。其故障的前兆是振動(dòng)和局部放電。

（4）異步電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組故障。在部分礦用電機(jī)中，由于作用于鼠籠環(huán)上的離心力比較大，可能導(dǎo)致端環(huán)和籠條變形，最終將導(dǎo)致端環(huán)和籠條發(fā)生斷裂。其早期征兆為電機(jī)的轉(zhuǎn)速、雜散漏磁和電流出現(xiàn)脈振現(xiàn)象。

1 電機(jī)放電的類型

綜上所述，在電機(jī)常見的故障類型中，多伴有放電現(xiàn)象。因此，放電檢測(cè)對(duì)于礦用防爆電機(jī)的早期故障診斷有著重要的意義，能夠有效預(yù)防因電機(jī)故障放電引起的瓦斯、煤塵爆炸事故。

電機(jī)的放電一般情況下可分為三種類型。

（1）電機(jī)絕緣內(nèi)部放電

在電機(jī)內(nèi)部的絕緣層之間、絕緣與防暈層之間的氣泡或氣隙之中、絕緣與線棒導(dǎo)體之間有可能發(fā)生放電現(xiàn)象。其內(nèi)部放電具體又可分為三種形式，分別是：輝光放電、亞輝光放電和火花放電。

（2）端部放電

電機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行情況下端部振動(dòng)會(huì)引起固定部件的松動(dòng)，從而損傷電機(jī)線棒槽口處的防暈層，進(jìn)而引起端部電暈。此種放電相較于內(nèi)部放電更為劇烈，破壞性更大，長(zhǎng)期運(yùn)行將會(huì)發(fā)展為更加危險(xiǎn)的滑閃放電。特別是在礦井深處，由于濕度較大將會(huì)加劇電暈放電最終導(dǎo)致相間短路事故。

（3）槽部放電

電機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，定子鐵心的振動(dòng)能導(dǎo)致線棒的固定部件的松動(dòng)和防暈層的損毀，同時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)也會(huì)破壞線棒防暈層。在放電過程中產(chǎn)生的臭氧以及氮的氧化物與電機(jī)氣隙內(nèi)的水分起化學(xué)反應(yīng)，這樣會(huì)引起防暈層、主絕緣、墊條以及槽楔的燒損和電腐蝕，加速損壞電機(jī)絕緣。

2 放電源的定位和放電模式的識(shí)別

2.1 放電源的定位原理

目前國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)對(duì)電機(jī)放電部位的確定常采用的方法有電磁探頭法、槽放電探針法以及射頻監(jiān)測(cè)（Radio Frcquency Monitoring）法（又稱無線電接收法）。由于射頻監(jiān)測(cè)法能夠用于在線定位，并且可以與便攜式監(jiān)測(cè)儀相互配合使用，因此得到了廣泛應(yīng)用。其原理如圖1所示。

圖1 射頻法原理圖

該方法利用高頻電流傳感器、羅柯夫斯基（Rokowski）線圈或RC阻容高通濾波器從發(fā)電機(jī)定子繞組中性線上拾取高頻放電信號(hào)，從而發(fā)現(xiàn)定子線圈內(nèi)部放電現(xiàn)象。

射頻監(jiān)測(cè)儀的工作原理和射頻干擾場(chǎng)強(qiáng)儀相同，可以選擇測(cè)量的中心頻率和頻帶寬度。其輸出端連接記錄儀和報(bào)警裝置。當(dāng)局部放電發(fā)生時(shí)，其放電電流信號(hào)通過中性點(diǎn)接地線流向接地點(diǎn)，通過高頻電流互感器耦合到監(jiān)測(cè)回路，射頻監(jiān)測(cè)儀就可以監(jiān)測(cè)到局部放電信號(hào)的強(qiáng)弱。記錄儀用于記錄監(jiān)測(cè)過程中射頻電流變化，一旦局部放電加劇，超過監(jiān)測(cè)器預(yù)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警裝置立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.2 放電模式的識(shí)別與故障判據(jù)

根據(jù)時(shí)域上的放電相位和波形可以判斷放電的類型或模式，并根據(jù)放電模式確定放電的部位[2]。當(dāng)絕緣繞組內(nèi)部發(fā)生氣隙局部放電時(shí)，其放電脈沖分布在0~π/2和π~3π/2相位上，且位置對(duì)稱幅值接近。當(dāng)發(fā)生絕緣繞組與導(dǎo)體間氣隙局部放電時(shí)，放電脈沖分布范圍也在0~π/2和π~3π/2間，但幅值不等，0~π/2間的幅值較大。當(dāng)發(fā)生槽放電時(shí)，π~3π/2間的放電幅值比0~π/2要大。若繞組端部表面發(fā)生局部放電時(shí)，正負(fù)半周脈沖分布更加不對(duì)稱，正半周幅值要大得多[3]。

電機(jī)的放電類型和相位關(guān)系及判據(jù)如表1所示。

表1 電機(jī)的放電類型和相位關(guān)系

該方法的優(yōu)點(diǎn)是傳感器安裝在低壓點(diǎn)上，對(duì)系統(tǒng)的影響小，同時(shí)由于所有的局放信號(hào)都會(huì)經(jīng)過中線，所以可以監(jiān)測(cè)到電機(jī)整個(gè)范圍內(nèi)的局部放電。缺點(diǎn)是該裝置獲得信號(hào)的靈敏度比較低，在線識(shí)別時(shí)可能會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)電磁場(chǎng)干擾，對(duì)監(jiān)測(cè)會(huì)帶來一定的誤差。

3 結(jié)束語

射頻監(jiān)測(cè)法自上世紀(jì)80年代末出現(xiàn)以來，經(jīng)過多年的發(fā)展，其技術(shù)已日臻成熟，已廣泛地應(yīng)用與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的多個(gè)領(lǐng)域。因此，將其技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)應(yīng)用于煤礦領(lǐng)域，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代化礦井的生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展具有一定的積極意義。

[1]姜建國(guó)，史家燕譯.電機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2]王昌長(zhǎng)，李福祺，高勝友.電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[3]邱昌容，王乃慶.電工設(shè)備局部放電機(jī)器測(cè)試技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[4]胡虔生，胡敏強(qiáng).電機(jī)學(xué)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.