煤矿井下防爆电机故障分析

刘向东

（扎赉诺尔煤业有限公司灵泉矿，内蒙古满洲里021410）

摘要：煤矿井下爆炸性气体混合物的爆炸必须具备两个条件，一定的气体浓度和足够的火花能量，煤矿井下使用的隔爆型三相异步电动机，在正常运行时是不会发生爆炸事故的，但如果在故障状态下运行，就会产生足够的火花、电弧，热表面，灼热颗粒等，引起渗入电机内部的爆炸性气体混合物爆炸，此时电机隔爆失效，就会引起矿井瓦斯爆炸事故。

关键词：防爆；电机；故障

煤矿用电动机，特别是煤矿采区工作面电动机，因其工作面用电动机，因其工况条件非常恶劣，突发事件较多。电动机过载运行，频繁启动，使电动机事故率较高，寿命也就很短。

本文对电机安全运行可靠度进行了初步探计，通过统计分析具体故障的成因，对电机安全运行的软环境提出了要求。

1电机安全运行可靠度

电机的任何一个部件的失效都将使电机出现故障，因此，其可靠性本模型为串联模型，各部件的失效可以看成是独立的，其可靠度计算公式为：R（t）=R1（t）·R2（t）…Rn（t）=Ri（t）（1）

式中第R1λi部件的可靠度，是时间函数。

电机在整修寿命期内，通常可分为三个阶段，第一阶段为磨合阶段，即早期失效阶段，失效率随时间迅速下降，这一阶段通常在出厂前的检验中就被剔除，第二阶段为偶然失效期，失效期基本不变，是最重要的阶段，电机这一阶段能否正常运行，是煤矿井下安全生产的保障，第三阶段是耗损阶段，电机使用到一定程度后，由于轴承磨损、绝缘和电子元件老化，其故障率随时间上升。

对于第二阶段，通常将故障率看作常数，这时电机寿命服从指数分布，各单元的可靠度为R1（t）=e-λit

（2）

式中λi-第i单元的失效率，λ=λi电机的平均寿命a=1/λ

Ai与温度，湿度、压力、负载等因素有关，各部件的工作失效率通常用λi=λ0i.ki．Di（3）

式中λ0i—基本失效率；ki—环境因子；Di—降额因子。

在一些可靠性预计手册中，都给出来了λoi、ki、Di的参考值，可以根据电机使用情况选取。

从以上分析可知，引起电机故障的因素很多，随机性也较强。但大多数电机即使出现故障，也不会引起电机内、外爆炸的发生，而且有些故障一经排除，电机就会继续正常工作。

2具体故障统计分析

事例1定子内部发生故障：

1998年3月17日七煤矿务局新兴矿井下综采三队在3#层8710工作面采煤，所用的SCJ-764/400运输机在投用第五天正常运行中突然发生电机内部爆炸，将后端盖炸飞甩出8米多，电机后端盖8-M12螺栓全部从螺栓头根部切断，轴承外小盖上4-M12螺栓从螺扣处断开，端盖有裂纹及变形，止口边掉一块，内部定子线包出线端部有一短路烧毁痕迹，另一端发现烧熏痕迹，向外传爆，但内外部条件所限，未引起重大恶性事故。

隔爆电机在井下实际运行中，发生故障最多的部件就是定子绕组，例如：任意一相定子绕组线圈（匝间）短路，相绕组接反以及相间短路等，电机内部绕组短路，断路线匝内通过很大的环流，使绕组迅速发热直到烧毁，此时，若电机内爆炸性气体混合物有足够的浓度，就会被点燃发生爆炸，如果电机壳体或联接件强度不够，或隔爆结构隙超过标准要求，就向外传爆，就有可能诱发矿井瓦斯爆炸。

电机过载，过电压，单相运行和绝缘材料老化，损坏都会造成绕组短路。

从矿上反馈回来的信息看，电机温升过高是绝缘材料失效的主要原因，通过大量研究，得出了对于ABH级绝缘材料，温度每升高8度、10度、180度，绝缘寿命将降低一半，另外，电机密封性能不好，机组漏出的油、水等流进电机，也使电机绝缘材料提前失效。

事例2轴承损坏和圆筒隔爆面失效：

1999年11月1日富强煤矿第二采区所用采煤机电机井下运行2小时出现故障，电机停止转动，经检查发现，电机轴承损坏，前端盖和轴研磨，抱轴，圆隔爆面失效（电机所用轴承为瑞典SKF公司进口轴承、质量可靠、寿命高）。

轴承作为支承电机转子的部件，要求有足够的旋转寿命和一定的旋转精度，轴承损坏的先兆是轴承温度急剧升高，轴承内部的3锂基润滑脂稀释、流失、轴承干磨，造成轴承损坏，因此电机轴承常安装温度报警，只是用户常忽略不接。

对于隔爆电机，轴承装置包括了电动机主要的外壳防护结构、转子支撑结构和隔爆结构，由于其含有转动隔爆接合面，因此结构设计要求非常严格。

事例3接线腔内电气元件损坏：

七煤龙湖煤矿1台双速电机在井下使用两天半，因接线腔漏水烧毁了低绕组的接线端子和接线柱，电机停转。

按线腔作为电机和外部电源的联接装置，相对电机内部是一个独立的隔爆腔，其内的接线柱将电机定子引出线和外部电源联接在一起，一般有六个接线柱，接线柱之间必须绝缘，如果接线柱之间发生短路现象，就会产生巨大的热量，烧毁接线柱。若渗入到接线腔内的爆炸性气体混合物有足够的浓度，接线腔内就会发生爆炸。

组成防爆电机的每一个部件都可能发生故障，下面表1是对1996年下半年到1997年上半年之间矿上反馈回来的电机主要故障所做的统计分析。

其中故障频数10为故障率最高，依此类推：

从上面的表格可以看出，序号3接线盒部件1个故障发生，接线盒就有爆炸向外传爆的可能，序号1或2与4同时发生，电机才有爆炸和向外传爆的可能。

对于煤矿井下使用的隔爆型三相异步电动机，隔爆结合面锈蚀，有划痕或间隙超过标准这类故障，在加工及装配中，通过检查就能够查出，未检测出的概率非常低，因此，只要管理完善，监察员责任心强，隔爆结合面故障是完全可以避免的，隔爆电机在井下使用也是非常安全的，即使电机内部因故障发生爆炸，也不会引起矿井爆炸。

3电机安全运行的软件环境

一般情况下，隔爆电机在井下使用是否安全，取决于以下三个因素：

3．1使用环境。煤矿井下潮湿，突发事件较多，电动机过载运行，频繁起动，这些客观条件，在设计电机时已经充分考虑，井下所用电机的隔爆外壳及其它部件都有足够的强度，在使用中需要注意干涉，如运输机工作时与采煤机电机发生干涉，事例2中电机轴承损坏就是这个原因。