無刷勵磁同步電動機的防爆技術特點

(佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯 154002)

0 引言

隨著我國防爆電機工業(yè)的發(fā)展，石油、化工、化肥、煤炭等行業(yè)對大型防爆無刷勵磁同步電動機的需求量越來越大，尤其是近年石化行業(yè)產量不斷提升，大型防爆無刷勵磁同步電動機功率也越來越大，用戶對產品的安全和環(huán)保也越來越重視。

現(xiàn)在國際電工委員會IEC關于防爆電機產品的技術標準的進一步完善，對于大型增安型防爆同步機的制造和使用要求也越來越嚴格，因此開發(fā)更安全的防爆產品逐步取代TAW系列增安型無刷勵磁同步電動機作為大型防爆同步機的主導產品已成為必然。國外正壓外殼型電機技術發(fā)展已趨于成熟，國內驅動大型往復式壓縮機組的正壓外殼型電機基本依靠國外引進。在此情況下，我公司在幾十年生產防爆電機經驗的基礎上，結合目前市場的需求，采用世界先進的設計分析手段，研發(fā)出了新一代正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機，填補了國內空白，并獲得國內首臺套大型裝備國產化認證。

本文主要針對TZYW/TAW正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機的技術特點和產品優(yōu)勢做介紹。

1 技術特點與優(yōu)勢

在介紹正壓外殼型/增安型電機產品技術特點與優(yōu)勢之前，先對爆炸性氣體環(huán)境區(qū)域的劃分、常用的防爆形勢如增安型電機、隔爆型電機、正壓外殼型電機的防爆原理和優(yōu)缺點進行介紹。如圖1所示。

圖1 爆炸性氣體環(huán)境區(qū)域的劃分

增安型防爆原理——采用不產生火花、電弧和危險溫度的電氣結構進行防爆。

隔爆型防爆原理——采用隔爆外殼和控制表面溫度達到防爆目的。

正壓外殼型防爆原理——采用密封殼體內保護氣體壓力保持高于外部環(huán)境壓力，以阻止殼體內形成爆炸性氣體環(huán)境進行防爆。

1.1 增安型電機

(1)只能在“2”區(qū)場所使用，并且溫度組別只能達到T3組;

(2)大容量的增安型電機，受電網容量的限制，電機的無火花等試驗無法進行，國內增安型異步電動機最大功率為8 500kW。大型電機的TE時間很難滿足標準要求，也為電機的熱保護帶來困難。

(3)按照IEC和新的國家標準的規(guī)定, 額定電壓超過1kV的高壓增安型電機需要起動前預吹掃，并且新標準明確規(guī)定，用戶在使用增安型電機時負有安全責任，即起動前預吹掃由用戶負責。電機每次起車時均需要大量的保護氣體對電機內腔重新進行吹掃換氣。每次起車時都要等待30min左右，不能適應石化等企業(yè)裝置隨時切換的要求。

1.2 隔爆型電機

隔爆型電機可以在 “1”區(qū)和“2”區(qū)防爆場所使用，但存在如下不足點。

(1)電機容量較大時，由于電機體積越大，隔爆外殼需要不斷增強，目前國內外一般隔爆型電機可以做到H800，超過一定尺寸時爆炸壓力試驗無法完成,目前國內隔爆型異步電動機最大功率為4 500kW。

(2)高轉速、四級防爆(dIICT4)隔爆型電機由于軸貫通部分間隙很小易出現(xiàn)抱軸事故。在工業(yè)運行中，容易因抱軸而導致電機無法運轉，影響生產，從而給用戶帶來損失。因此該類電機容量一般不宜超過500kW。

1.3 正壓外殼型電機

正壓外殼型電機有如下優(yōu)點。

(1)可使用在“1”區(qū)或“2”區(qū)的危險場所。

(2)不受無火花試驗及TE時間的限制。

(3)不受電機容量和轉速的限制，可做成大功率的防爆產品(目前可達到25 000KW)。

(4)無論從防爆原理還是電機自身運行的可靠性均得到極大提高。

(5)溫度組別可達到T4組。

(6)克服了增安型電機每次起車時吹掃等待的缺點，進入保壓狀態(tài)后可以隨時起停車。

(7)采用完全智能化的正壓保護系統(tǒng)，維護方便、安全可靠，直接進入綜保系統(tǒng)即可使用。

(8)符合環(huán)保要求、高功率、低噪聲等特點。

(9)正壓外殼型電機安裝完成后，只需要一次吹掃后，以后在電機起動前，就不需要再次吹掃。電機運行時，只需要內部保持一個微正壓，保證電機內部壓力高于外界壓力50Pa，此時需要一個維持內腔壓力的泄漏補償氣體就可以，補償氣體量很少。正壓型電機可以適用于“1”區(qū)，更可靠的防爆型式。

唯一的缺點是正壓外殼型電機一旦出現(xiàn)失壓或外部管路故障，電機就必須停機進行檢查。

1.4 正壓外殼型+增安型電機

正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機是設有兩套銘牌即增安型防爆電機銘牌和正壓外殼型防爆電機銘牌，電機同時獲得增安型防爆合格證及正壓外殼型防爆合格證，兩種防爆型式同時起作用，當一種防爆型式失效時另一種防爆型式仍可保證設備安全運轉。即同一設備設計制成不同的防爆型式，符合GB 3836.1—29.6 多種防爆型式的相關規(guī)定。

下面對正壓正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機的技術關鍵點及創(chuàng)新點進行相關介紹。

1.4.1 實現(xiàn)了正壓保護控制系統(tǒng)與電機的結合

采用完全智能的正壓保護控制系統(tǒng)，保證電機在起動、運行、故障狀態(tài)時電機內腔壓力不低于50Pa,一旦管路故障或電機泄漏過大不能維持內腔壓力時，能夠有效發(fā)出指令，保證防爆安全。對正壓保護系統(tǒng)智能化程度升級，保證防爆型式切換過程順暢。

1.4.2 應用了行業(yè)領先的電機殼體密封技術

對于正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機而言，如何控制電機的泄漏量，保證電機的可靠運行，是判斷電機先進性的主要依據(jù)。對于正壓外殼型/增安型電機殼體的密封應做為一項工程來做，在產品設計和制造上結合了我公司多年來在正壓外殼型防爆電機技術上的積累，采用了密封可靠性極高的新結構、新工藝、新材料，在密封材料的選取上進行了大量的試驗驗證，選取了耐腐蝕、抗老化、耐高溫的優(yōu)質密封材料，提高了電機的密封可靠性。

1.4.3 延承了正壓外殼型防爆、增安型防爆電機的技術關鍵點

產品通過了雙重防爆試驗檢測，既通過了正壓外殼型電機防爆檢驗，又通過了增安型電機防爆檢驗，安全性、可靠性提高，正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機將兩種防爆技術完美結合，獲得兩種防爆型式的防爆認證，同時具備兩種防爆形式的優(yōu)點安全性更高。既保留增安型電機不產生火花、電弧和危險溫度等優(yōu)點，又具備正壓外殼型電機防爆安全性高，備用電機可處于保壓狀態(tài)隨時起車的優(yōu)點。

1.4.4 克服了單一防爆形式的缺點

(1)對于單一防爆形式的正壓外殼型電機一旦出現(xiàn)電機內腔壓力過低或外部管路故障，電機就必須停機進行檢查，該產品具備當正壓外殼型防爆型式失效時增安型防爆型式仍可保證產品安全運轉，無需停機。

(2)正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機正壓保護系統(tǒng)設計進行智能化升級，主備機切換過程中無需等待，克服了增安型電機每次起動前需重新進行吹掃換氣的問題(即由一種防爆型式向另一種防爆型式切換過程順暢，不會出現(xiàn)電機互鎖停機問題)。

2 產品應用優(yōu)勢

2.1 應用范圍更廣

按照國家標準的規(guī)定，當兩種防爆保護形式同時起作用時電機可以提高一個設備保護級別。例如當一臺電機兩種防爆形式增安型取得Gc設備保護級別證書、正壓型也取得Gc設備保護級別證書時，則該產品的設備保護級別可以自然提高到Gb,正常適用于“2”區(qū)場所。

2.2 安全、可靠性更高

該防爆型式既能滿足電機隨時可以起停車，又可以在電機運行時保護氣體中斷的情況下繼續(xù)工作，確保石化企業(yè)連續(xù)生產、緊急切換的需求。同時，兩種防爆形式也提高了電機防爆的安全性，降低了爆炸危險。

我公司研制成功的國內首臺TZYW/TAW7800-18/3250WTHF1正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機，標志著我國在大型防爆電機技術水平上的又一次提升。隨著該產品的交付使用，在后續(xù)許多項目上此種防爆型式得到應用，創(chuàng)造了較大的經濟效益。此種形勢得到了國內石化行業(yè)的普遍認可。

2.3 市場前景可觀，為防爆電機行業(yè)國際化發(fā)展奠定基礎。

由于該產品防爆安全性高，產品的附加值也相應提高，與國外產品價格具有絕對優(yōu)勢，國內、外市場前景廣闊，目前國內市場需求達到5億元以上。同時該系列產品代表著未來幾十年的市場需求，通過我們對設計院、用戶和主機廠進行產品宣傳推廣，在2～5年內會全面占領石油、化工等防爆市場。

3 結語

我公司通過在防爆設計上、新材料的應用上等不斷創(chuàng)新，使得該系列電機效率高、噪聲低，節(jié)能環(huán)保，更加安全可靠。正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機是我國防爆電機的標志性產品，對我國防爆電機的知名度有很大提高，選擇正壓外殼型/增安型無刷勵磁同步電動機已成為防爆電機選型的趨勢，值得推薦給石油、化工、化肥、煤炭等行業(yè)用戶使用和做產品升級改造。實現(xiàn)重大設備的國產化，為我國民族工業(yè)的自主發(fā)展奠定基礎。

[1] IEC 60079—2：2001，Eletrical apparatus for explosive gas atmospheres-Part 2:Pressurized enclosures “p”.

[2] IEC 60079—7：2006，Explosive atmospheres-Part 7:Equipment protection by increased safety “e”.

[3] GB 3836.3—2010《爆炸性環(huán)境 第3部分：由增安型“e”保護的設備》.

[4] GB 3836.5—2004《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第5部分：正壓外殼型“p”》.