田儒彰
【摘 要】经过充分调研,结合理论分析,从选型、设计制造、试验、运行维护4个方面全面分析煤矿通风机电机温度高的故障原因,从选型、设计、立法与标准制定、执法等方面提出了具体的解决措施,最后结合具体实例,应用提出的措施很好地解决了煤矿通风机电机温度高的故障.%After fully research and theoretical analysis of the failure causes of the high temperature mine fan motor from four aspects,the selection,design,manufacture,test and maintenance,some concrete solving measures are put forward from the selection,design,legislation and standards,law enforcement and other aspects,and combined with specific cases,the high temperature faults can be well solved based on the raised corresponding measures. 【期刊名称】《工业安全与环保》
【年(卷),期】2018(044)005
【总页数】4页(P68-71)石笼护坡
【关键词】煤矿风机;电机;温度高;烧毁;解决应用
【作 者】田儒彰
【作者单位】瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,国家安全生产重庆矿用设备检测检验中心,中煤科工集团重庆研究院有限公司 重庆400050
【正文语种】中 文
0 引言
煤矿通风机(以下称煤矿风机)电机是防止井下瓦斯超限，保障井下空气需求的关键安全装备，其运行可靠性直接关系着井下人员的生命安全。由于旋转电机绝大多数故障问题最终都体现为热状态的异常，因此，对电机热状态进行不间断监测是对煤矿风机电机稳定性监测的有效手段。煤矿风机电机温度超限是指在基准环境温度下，定子温度接近或超过135 ℃(F级)，(滚动)轴承温度接近或超过90 ℃的现象，其产生的后果包括显性和隐性两方面：
光纤熔接示意图(1)显性故障。电机温度超限报警，电机停机，风机不能正常向下通风，瓦斯浓度超标，直接影响煤矿安全生产。显性故障最直接，容易引起重视。
(2)隐性故障。电机长期接近报警温度运行，导致电机绕组绝缘系统加速老化，电机寿命下降，较长时间运行后电机将烧毁[1-3]。隐性故障比较隐蔽，煤矿企业容易忽略，但是引起的后果严重，需要引起重视。
为此，如何预防电机温度高的故障发生、故障发生后如何快速解决成为保证风机正常运行，保障煤矿安全生产的重要研究课题。
1 煤矿风机电机温度高故障研究
通过对矿山、风机(电机)企业大量调查走访、解决事故，结合理论研究认为，当前风机电机经常出现温升高的问题主要由选型、设计、制造试验、维护等原因导致。
二氧化碳减压器1.1 选型原因
(1)电机功率不匹配风量需求。从调查走访的煤矿来看，有部分煤矿在风机选型时缺乏预见
性。随着工作面的深入，风量要求逐渐增加，原有风机风量不足，为了增加风量，有的煤矿就通过调整风机叶轮角度或改变电机频率来实现，风量增加的同时电机负荷也增加，超出其额定功率，导致电机温升超出限值。例如山西临汾某煤矿，建矿之初风机风量是足够的，随着风量需求的加大，矿方不得不调整风机叶轮角度来加大风量，电机温度经常超限报警，最后还是没有达到风量要求，最终矿方不得不摒弃原有风机，更换更大的风机。
(2)工频电机当变频电机用。煤矿风机为了节能，采用变频器供电，但存在工频电机当变频电机用的情况，殊不知变频电源有大量的谐波，当变频电源给工频电机供电之后，谐波交变磁场发热，导致电机温度高[4]。更严重的是，当绝缘系统长期承受变频电源的脉冲冲击后会逐渐老化，绝缘系统一旦失效，会使电机突然烧毁。玻璃砖墙
(3)没考虑风机特殊的运行环境温度。调查走访中发现，一些矿山和设计方在煤矿风机电机选型时，没有考虑到煤矿风机电机运行环境温度的特殊性，仍然依照《旋转电机 定额和性能》(GB 755—2008)中40 ℃的环境温度限值来提电机考核温升要求，这是错误的。因为风机电机是在隔流腔内放置，周围封闭，冷却条件有限，温度要比常态环境高出10 ℃左右，若按一般环境温度来进行电机选型，电机达到额定功率时，温度就容易超限报警。
1.2 设计原因
1.2.1 风机气动性能设计不合理，功率分配不平衡
现代煤矿风机都是采用对旋结构，等容量电机驱动，根据对旋式轴流通风机基元速度三角形，在额定工况下两级叶轮的功率分别为t型铝型材
P1=ρu(u-Q/Ftan-1β12)Q
(1)
P2=ρu(u-Q/Ftan-1β12+u-Q/FQtan-1β22)Q
(2)
式中，u为一、二级叶轮圆周速度；F为风筒的过流面积；ρ为通过风机的气体密度； Q为风量；β12，β22分别为一、二级叶轮出口气流角。
由于通风距离与流量成反比, 通风距离增大时流量减小。因此，如果前后两级叶片结构设计
的匹配性不好,气动性能不合理，那么当通风距离增大时, 二级电机负载会增加很快, 所以当达到一定通风距离时, 虽然两级风机的总功率尚未达到单级功率的两倍,但是二级电机的负载已远远超出了电机额定功率,造成二级电机的超载运行,从而导致电机温升高甚至烧毁，这是当前煤矿风机普遍存在的问题[5]。
1.2.2 风机空间设计不合理，电机不能带外风扇
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部分风机企业设计的风机没有隔流罩，为了避免风路交叉，其所配套电机不能带外风扇,电机的散热冷却只能依靠风机叶轮带动的空气流动，散热效果有限。另外，当通风距离长时,对旋轴流式局部通风机的风量会下降, 从而导致电机散热效果下降更厉害, 电机轴承烧毁, 使电机不能正常运行。
1.2.3 电机轴承选型不当，未考虑风机负载特性
由于对旋风机叶轮与电机采用直驱联接，电机轴伸端承受巨大的轴向力和径向力[6]。电机设计人员不了解风机工况特性或为节约成本，按普通载荷进行轴承选型，会使轴承选型不符合风机负载特性，导致风机运行一段时间后轴承温度高。表1是几种常见的不恰当的轴承选型。
表1 几种不恰当的轴承配合方式轴承选型轴伸端非轴伸端备注双轴承结构深沟球轴承圆柱滚子轴承/三轴承结构1深沟球轴承+圆柱滚子轴承深沟球轴承轴承盖放间隙三轴承结构2深沟球轴承+圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承/
1.3 制造与试验原因
(1)风机企业不具备试验条件。在调查走访中发现，风机企业制造、试验能力有待加强，普遍问题是制造厂电源等级低或不全，比如某企业只有380 V的电源，却生产660 V甚至1 140 V乃至更高等级电压的风机，导致无法按额定电压做型式试验，等到现场工业运行阶段才发现电机温度高。
(2)电机企业不具备变频等试验条件。据安标国家矿用产品安全标志中心统计，当前我国获得煤矿风机电机生产资质的企业有15家以上，但是具有矿用变频电机全套型式试验能力的企业不足四分之一，甚至包括第三方检验机构自身都缺乏变频电机试验能力，导致有的企业对取证产品借外部资源做试验，订货产品则不做变频型式试验，部分电机就会“带病”进入工业运行。另外，当风机电机不带风机进行试验时，其散热情况和实际运行情况差别特别大，风机电机试验温升按现行标准去考核一定程度上失去了实际意义。
(3)修理企业不具备试验条件。由于防爆电机是煤矿用量非常大的动力设备，各大矿业公司纷纷自建电机修理厂，然而绝大多数自办的修理厂技术条件有限，从业人员技术水平不高，电工绝缘水平、平衡技术等关键技术缺乏，且缺乏防爆电机修理资质。电机修理后再利用，常常会引发温度高的问题。
1.4 使用维护原因
(1)整定温度设置不合理。温度保护是电机必不可少的保护，但是在调查走访中发现，很多煤矿的绕组整定温度设置不合理。对于F级绝缘B级温升考核的电机，热分等级是155 ℃，报警温度应该是135 ℃，但很多煤矿设置的报警温度都远远低于这个温度，报警整定温度设置成135 ℃已经留有较大余量，设置报警温度过低，会产生不必要的报警，耽误煤矿生产。
(2)超负荷运行使用。在实践中，为达到风量要求，需要进行通风机通风能力升级改造[7]。个别煤矿通风系统改造前，为了达到风量要求，违反《煤矿安全规程》第三篇第四百三十七条第二款的规定，让电机超额定负荷运行，导致电机电流变大，温升激增直至超限，这是不允许的。
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