異步電動機(jī)爆炸的原因分析與預(yù)防措施

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(上海守安投資控股集團(tuán)有限公司，上海 200070)

0 引言

電氣火災(zāi)和爆炸事故是指由于電氣原因引起的火災(zāi)和爆炸事故，它除了能造成人身傷亡和設(shè)備損壞外，還可能造成系統(tǒng)大面積或長時間停電，給國民經(jīng)濟(jì)造成重大損失。各種電氣設(shè)備的絕緣材料大多數(shù)屬于可、易燃物質(zhì)，運(yùn)行過程中導(dǎo)體通過電流會發(fā)熱，開關(guān)切斷電流時會產(chǎn)生電弧，由于短路、接地或設(shè)備損壞等可能產(chǎn)生電弧及電火花，將周圍易、可燃物引燃，引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故。因此，電氣防火和防爆是安全管理工作的重要防范內(nèi)容。電動機(jī)即是電氣的一種，而電動機(jī)起火或者爆炸在國內(nèi)外卻發(fā)生，電動機(jī)由于內(nèi)部粉塵而爆炸在國內(nèi)外卻極少出現(xiàn)此類情況的報道，本文通過介紹三相異步電動機(jī)爆炸的實(shí)例，深入探析其原因，進(jìn)而提出相應(yīng)預(yù)防措施。

1 電機(jī)爆炸實(shí)例介紹

1.1 事故介紹

2017年11月6日凌晨1點(diǎn)，某木業(yè)加工廠一個環(huán)刨電動機(jī)運(yùn)行時突發(fā)爆炸，該企業(yè)生產(chǎn)刨花板，木粉塵嚴(yán)重，電動機(jī)在露天下運(yùn)行，據(jù)設(shè)備負(fù)責(zé)人介紹，該起事故無人員傷亡，爆炸現(xiàn)場事故電動機(jī)被炸碎，碎片拋出直徑范圍在5米左右，碎片飛至旁致使主電機(jī)的接線盒嚴(yán)重?fù)p壞。經(jīng)現(xiàn)場查看，事故電機(jī)是一臺帶動BX4614環(huán)式刨片機(jī)刀環(huán)的電動機(jī)，為了使大家清晰了解現(xiàn)場設(shè)備，簡要介紹一下BX4614環(huán)式刨片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理，其主要分為進(jìn)料系統(tǒng)和刨片系統(tǒng)兩部分，前者由振動給料器、磁選滾筒、重物分離器組成，與本文關(guān)系不大，不再詳述，后者由刀環(huán)、葉輪、機(jī)座、主軸、驅(qū)動、液壓、制動等組成。

正常工作時，由進(jìn)料系統(tǒng)分選后的木片進(jìn)入切削室(由機(jī)座、刀環(huán)、葉輪組成)，然后通過葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使木片緊貼刀環(huán)的耐磨墊板的表面形成穩(wěn)定的切削狀態(tài)，通過葉片和飛刀的共同作用，獲得一定厚度的刨花，然后通過機(jī)座下輸出。葉輪是由主電機(jī)帶動以1469轉(zhuǎn)/min順時針旋轉(zhuǎn)(正對主電機(jī)排風(fēng)罩方向看)，而刀環(huán)由事故電機(jī)帶動(中間經(jīng)過減速機(jī))以93轉(zhuǎn)/min逆時針旋轉(zhuǎn)(同主電機(jī)觀察位置)。

1.2 電機(jī)主要參數(shù)

事故電機(jī)電動機(jī)型號為Y180-4的三相異步電動機(jī)，額定功率為18.5kW，電流為35A，IP44，B級絕緣，接線法為△。主電機(jī)型號：YE3-355-4的三相異步電機(jī)，額定功率280kW，電流4924A、IP55、接線法為△、轉(zhuǎn)速1490轉(zhuǎn)/min。

2 電機(jī)爆炸事故原因探析

經(jīng)勘查事故現(xiàn)場，事故電機(jī)被炸多瓣碎片，轉(zhuǎn)子繞組炸開口呈喇叭口狀，如圖1所示。

圖1 電動機(jī)爆炸前與爆炸后對比圖

(1)線圈無明顯的燃燒痕跡，電機(jī)按照出廠時配置，不存在小馬拉大車現(xiàn)象。

(2)電動機(jī)已運(yùn)行多日，排除繞組接線錯誤。

(3)設(shè)備已正常運(yùn)行2年，排除設(shè)備自身制造缺陷。

(4)作業(yè)場所為正常操作連續(xù)性、經(jīng)常性出現(xiàn)的可燃性粉塵，應(yīng)劃分為20區(qū)，事故電動機(jī)為IP44等級，顯然小于1mm可燃粉塵顆粒極易通過電機(jī)排風(fēng)罩或軸承間隙進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部，引起其轉(zhuǎn)子和定子繞組內(nèi)部間隙堆積粉塵，電動機(jī)長期在此環(huán)境下運(yùn)行定會引起電機(jī)自身發(fā)熱、軸溫升高、散熱不良等。

(5)經(jīng)過前面設(shè)備介紹，電機(jī)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)為1490轉(zhuǎn)/min，刀環(huán)反向運(yùn)轉(zhuǎn)93轉(zhuǎn)/min左右，木片通過進(jìn)料系統(tǒng)不斷地送入切削室，當(dāng)木片送入量不均，必將引起切削室內(nèi)堆積木片，致使葉輪和刀環(huán)內(nèi)空腔被填堵，此時，帶動葉輪的主電機(jī)和電動刀環(huán)的電機(jī)均負(fù)荷過載，由于帶動葉輪的主電機(jī)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于刀環(huán)電機(jī)的功率，刀環(huán)電機(jī)將可能停轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，刀環(huán)電機(jī)電流迅速增加，引起電機(jī)軸溫和轉(zhuǎn)、定子線圈溫度劇增，當(dāng)溫度超過430℃時，加之長期積累電機(jī)內(nèi)部的木粉(木粉濃度始終≥40g/m3)粉塵爆炸三個必須條件具備，即出現(xiàn)閃爆。

(6)另一種可能分析如下：由于刀環(huán)被木片堵塞，致使電機(jī)電流急劇增加而觸發(fā)保護(hù)電路跳閘斷電，在停機(jī)的瞬間，主電機(jī)仍帶動葉輪慣性旋轉(zhuǎn)，同時帶動刀環(huán)和減速機(jī)反方向運(yùn)轉(zhuǎn)而帶動事故電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，輸出端變輸入端，減速機(jī)內(nèi)齒輪軸溫迅速升高而傳遞至電機(jī)內(nèi)部，而且電機(jī)以16倍速度高速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)振動過大，轉(zhuǎn)子和定子間隙不均，引起電機(jī)內(nèi)部粉塵旋塵，此時電動機(jī)軸溫劇增，加之電機(jī)排風(fēng)罩被木粉堵塞，電動機(jī)散熱不良，軸溫遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于木粉塵最小點(diǎn)火能量，瞬間引爆電機(jī)內(nèi)部的粉塵。

綜上所述，該起爆炸事故應(yīng)是一起綜合原因引起的粉塵爆炸，電機(jī)外部空間是一個露天空間(作業(yè)環(huán)境粉塵未達(dá)到爆炸濃度)，因此未出現(xiàn)粉塵連續(xù)爆炸。至于原因是先斷電后爆炸還是先爆炸后斷電，葉輪是否真的帶動事故電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，作者僅僅是合理大膽猜測，此觀點(diǎn)僅供各專家、學(xué)者在以后的工作中參考，有機(jī)會仍將繼續(xù)深入研究。

3 預(yù)防電機(jī)爆炸的措施與對策

通過以上實(shí)例說明異步電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵是電氣裝置和機(jī)械設(shè)備的可靠，電動機(jī)爆炸狀態(tài)受周圍環(huán)境影響較大，據(jù)此事故案例提別提出以下措施。

(1)在粉塵環(huán)境場所，采取新工藝降塵、并使電機(jī)處于良好通風(fēng)環(huán)境，確保各電氣設(shè)備接線良好、管線密封。

(2)必須根據(jù)粉塵或氣體危險爆炸場所分區(qū)，選擇相應(yīng)不低于分區(qū)類型的防塵防爆電機(jī)。而且防塵、防爆電動機(jī)必須取得相應(yīng)防塵、防爆合格證書。

(3)確保電動機(jī)三相電壓對稱、平穩(wěn)，嚴(yán)禁電動機(jī)缺相，專業(yè)電工定期檢測，當(dāng)確定有一相斷路時，應(yīng)立即停電并拆開電機(jī)繞組的接線端部，找出故障點(diǎn)并重新連接焊牢，包上絕緣再涂上絕緣漆后，方才裝好試用。電機(jī)中性點(diǎn)和零線間接低壓繼電器，并將該繼電器的常閉觸頭串入交流接觸器線圈回路中，當(dāng)電源或定子繞組有一相斷路時，即能自動切斷電動機(jī)電源。

(4)嚴(yán)禁電動機(jī)“小馬拖大車”，選擇相匹配的負(fù)載電流≤額定電流。加裝電動機(jī)過載保護(hù)，如三相式熱繼電器、交流接觸器和自動開關(guān)(斷路器)等組合裝置。

(5)在粉塵場所內(nèi)，導(dǎo)線應(yīng)采用阻燃型導(dǎo)線(或阻燃型電纜)穿管敷設(shè)，電氣設(shè)備的金屬外殼應(yīng)可靠接地(或接零)。在運(yùn)行管理中要對電氣設(shè)備維護(hù)、監(jiān)督和管理，防止發(fā)生事故。

4 結(jié)語

綜上所述，每起電動機(jī)爆炸事故都不盡相同，一般涉及多種影響因素，我們通過分析探討各事故的原因，找到其真正的不安全因素，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施與對策，避免以后的生產(chǎn)過程中出現(xiàn)類似事故，對安全生產(chǎn)工作有一定的指導(dǎo)作用。

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