矿用防爆电机的寿命预测

王宝成 永城职业学院 河南永城 476600

【文章摘要】

近年来，电机寿命预测技术作为一种新兴的研究方向，为其在国民经济各部门的作用提供了理论依据与技术支撑。由于电机特别是防爆电机在现代化煤矿中的作用和地位日益突出，通过研究矿用电机的寿命预测，对指导现代化矿井的安全生产与应用具有重要的意义。

【关键词】

矿用；电机；寿命预测

考虑到电机，特别是大型防爆电机在煤矿生产中的重要作用以及较为昂贵的价格，对其寿命的预测具有重要的意义。目前国内外相关研究成果表明，当电机绝缘接近寿命终点时，其反映绝缘老化程度的绝缘介质中平均迁移离子的浓度随时间增长非常快。

1 防爆电机绝缘老化的过程

在本文中，用N1 表示反映绝缘老化程度的绝缘介质中平均迁移离子的浓度[1]，N1 取决于绝缘电性能老化发展过程中连续作用的三个不同阶段。

（1）初始阶段

因主绝缘气隙放电产生的离子撞击造成分子链的断裂，使绝缘材料的电性能下降。此种降解机理在高压绝缘电老化的开始阶段起主导作用，在此阶段，N1 增加量很少，电性能下降较慢。

（2）基本阶段

此阶段是热老化的发展阶段。电机在连续运行中的高压绝缘，在温度的作用下，绝缘材料发生氧化从而产生离子，在其撞击下使分子链断裂。这个老化过程是由于热激发引起的。

（3）最后阶段

放电过程产生的电子电荷注入到由迁移离子急剧堆积而建立的局部高电场区间，形成丝状电流，同时产生树枝状放电，老化显著加速。

2 过程分析

N1 可以用定子绕组绝缘的参变函数UBF 来表示。UBF 是在离线情况下，将定子绕组作为试品CX 接入到传统西林电桥的高压臂上，而后在桥路对角线上依次并接带通滤波器，高灵敏度的峰值电压表作为监测仪，当绕组或线棒发生老化时，在原电桥参数下，电桥失去平衡而使监测仪出现读数UBF，UBF 的单位常用mV 表示[2]。随着运行时间t 的增加，N1 随老化发展而增加，UBF 也会增加，测定UBF （t）的值即能反映绝缘老化的程度。

在高压绝缘寿命终结时，即t=T 时， UBF 达到最大值UBF,max。可通过加速老化试验测定UBF,max 值，得到特性曲线UBF,max。从曲线形状，曲线是否出现最大值，最大值何时出现以及最大值的数值大小等，也可判断绝缘状况。

上述三个阶段在整个寿命期间的时间间隔分别为：0 ～ 0.26T，0.26T ～ 0.78T， 0.78T ～ 1.0T。三个阶段的平均迁移离子的浓度随时间增加的规律分别为t1/2，t2， t，exp(t/τd)。其中，τd 是局部老化时间常数，与运行时间相比很小。在图-1 中所示的为UBF （t）和t/T 的关系，通过对绝缘的加速老化试验，即可从图中查得t/T 值， 从而评估电机预期寿命和剩余寿命。

3 电机寿命预测论证

对于中小型防爆电机寿命的评估，一般是以其运行温度为基础，即主要考虑热的老化寿命L（h）和运行温度T（K）满足以下关系[3] ：

（ 3.1）

式中，K=0.8617×10-4(eV/K) 是波尔兹曼常数，φ 为激活能（eV），B 为由经验决定的常数。

为了得到L 和T 的确切关系，可在不同运行温度下对电机模型进行试验，并得到温度特性曲线，即L 和T 的回归直线及其置信区间。

同样，L 也可以用保证寿命（20000h 或2.3 年）的百分数来表示，在低于绝缘材料等级所规定的温度下工作，其寿命将更长。在低于额定负载下运行时，其寿命评估公式如下：

（ 3.2）

式中，Lx 为在x% 负载时的百分比寿命，L100 为在额定负载下的百分比寿命；Te 为该绝缘等级的允许温度；Tx 为该绝缘的热点温度（℃）；HIC 由寿命和温度的特性曲线上查得，称之为等分区间，是回归直线上寿命百分数减少50% 所对应的温度增量（℃）。Tx 由下式进行计算：

（ 3.3）

式中，假设环境温度为40℃ ；ΔT 为该绝缘等级在上述环境温度下的允许温升；F 为不同负载下的寿命损耗因数。

表-1 所示为根据理论与分析过程计算所测的结果对比。

表-1 电机寿命预测结果

4 结论

本文依据目前国内外的相关研究成果与理论，将该方法应用于煤矿防爆电机的寿命预测，得到了较好的效果。为完善电机实际寿命定量化的预测，为现代化矿井的安全生产与应用提供了一定的依据。

【参考文献】

[1] Krecke M. Goffaux R. 交流高压旋转电机绝缘剩余寿命预测的尝试．国外大电机，1989（2）：25-32

[2] 王昌长，李福祺，高胜友．电力设备的在线监测与故障诊断．北京： 清华大学出版社，2006.

[3] 张焕新, 王宝成．射频监测法在矿用防爆电机放电故障定位与识别应用的初探．装备制造技术， 2013(4) ：57-58

【作者简介】

王宝成（1985.11——），河南永城人， 助教，主要从事电力及电机相关专业教学与研究。100

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