射頻監(jiān)測法在礦用防爆電機放電故障定位與識別應(yīng)用的初探

張煥新 ，王寶成

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

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

（1）定子鐵心故障。該種故障類型主要是由于電機本身的震動較為劇烈或者軸承損壞進而造成定、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、絕緣老化以及電機引線套管由于機械應(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。對于礦用防爆電機而言，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和局部放電。

（4）異步電機轉(zhuǎn)子繞組故障。在部分礦用電機中，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。其早期征兆為電機的轉(zhuǎn)速、雜散漏磁和電流出現(xiàn)脈振現(xiàn)象。

1 電機放電的類型

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

電機的放電一般情況下可分為三種類型。

（1）電機絕緣內(nèi)部放電

在電機內(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

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

（3）槽部放電

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

2 放電源的定位和放電模式的識別

2.1 放電源的定位原理

目前國內(nèi)相關(guān)行業(yè)對電機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（Radio Frcquency Monitoring）法（又稱無線電接收法）。由于射頻監(jiān)測法能夠用于在線定位，并且可以與便攜式監(jiān)測儀相互配合使用，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)電機定子繞組中性線上拾取高頻放電信號，從而發(fā)現(xiàn)定子線圈內(nèi)部放電現(xiàn)象。

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

2.2 放電模式的識別與故障判據(jù)

根據(jù)時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，其放電脈沖分布在0~π/2和π~3π/2相位上，且位置對稱幅值接近。當(dāng)發(fā)生絕緣繞組與導(dǎo)體間氣隙局部放電時，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，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，正負(fù)半周脈沖分布更加不對稱，正半周幅值要大得多[3]。

電機的放電類型和相位關(guān)系及判據(jù)如表1所示。

表1 電機的放電類型和相位關(guān)系

該方法的優(yōu)點是傳感器安裝在低壓點上，對系統(tǒng)的影響小，同時由于所有的局放信號都會經(jīng)過中線，所以可以監(jiān)測到電機整個范圍內(nèi)的局部放電。缺點是該裝置獲得信號的靈敏度比較低，在線識別時可能會受到現(xiàn)場電磁場干擾，對監(jiān)測會帶來一定的誤差。

3 結(jié)束語

射頻監(jiān)測法自上世紀(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)用與國民經(jīng)濟的多個領(lǐng)域。因此，將其技術(shù)進行改進應(yīng)用于煤礦領(lǐng)域，對推動現(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，史家燕譯.電機的狀態(tài)監(jiān)測[M].北京：水利電力出版社，1992.

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

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

[4]胡虔生，胡敏強.電機學(xué)[M].北京：中國電力出版社，2009.