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井下防爆電機(jī)的故障原因分析及改進(jìn)

文檔作者：王博文檔來源：陽煤集團(tuán)供應(yīng)處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年10月03日
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上一篇：井下皮帶機(jī)皮帶打滑原因分析及應(yīng)對措施探討

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DOI :10.16525/j .cnki .cn14- 1134/th.2019.07.128
總第195 期
2019 年第7 期
機(jī)械管理開發(fā)
MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 195
No.7，2019
引言
近年來，我國大型煤炭企業(yè)均在采用機(jī)械化生
產(chǎn)，其綜采工作面的掘進(jìn)機(jī)、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以
及皮帶運(yùn)輸機(jī)等均是由電驅(qū)動的，煤炭的高效生產(chǎn)
與電動機(jī)是不可分離的。因此，可以說井下防爆電
機(jī)能夠高效運(yùn)行是保證煤炭高效且安全生產(chǎn)的基
礎(chǔ)[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國煤炭綜采工作面中事故有
65%屬于機(jī)電事故，即由于電機(jī)故障所導(dǎo)致的[2]。應(yīng)
加強(qiáng)對煤炭綜采工作面所有防爆電機(jī)故障的原因分
析，并對各原因進(jìn)行分析，從根本上提出改進(jìn)方案以
降低防爆電機(jī)發(fā)生故障的概率，繼而提升井下防爆
電機(jī)的可靠性，最終提升綜采工作面生產(chǎn)的效率和
安全系數(shù)。
1 電機(jī)供電性能測試分析
本文所選用的研究對象為某礦通風(fēng)機(jī)的電機(jī)，
該通風(fēng)機(jī)的供電及調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。該
礦井每個(gè)通風(fēng)機(jī)配備有兩臺電機(jī)，且每臺電機(jī)均配
備有一臺變頻調(diào)速裝置（變頻器1、變頻器2）。
1.1 檢測方案的確定
根據(jù)該礦井通風(fēng)機(jī)近段時(shí)間投產(chǎn)以來所發(fā)生故
障類型的分析，并在結(jié)合該風(fēng)井供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，
先確定如下兩個(gè)測試點(diǎn)：當(dāng)電機(jī)在工頻狀態(tài)下工作
時(shí)，閉合KM2 和KM5，斷開KM1、KM3、KM4、KM6，
并在電動機(jī)進(jìn)線處的位置進(jìn)行測試；當(dāng)電機(jī)在變頻
狀態(tài)下工作時(shí)，斷開KM2 和KM5，閉合KM1、KM3、
KM4、KM6，并在變頻器的進(jìn)行位置和輸出位置進(jìn)行
測試。
1.2 測試結(jié)果分析
本文所采用的測試設(shè)備為便攜式電能質(zhì)量分
析儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并采用計(jì)算機(jī)仿真軟件對數(shù)
據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而得出如圖2、圖3、下頁圖4 所示
的測試結(jié)果。
2 電機(jī)所發(fā)生故障原因分析
基于對上述測試數(shù)據(jù)的分析，總結(jié)造成該風(fēng)井
電機(jī)出現(xiàn)故障的原因。
2.1 變頻器產(chǎn)生的諧波作用至電網(wǎng)
當(dāng)防爆電機(jī)正常工作時(shí)，變頻器為其供電，此時(shí)
收稿日期：2019- 03- 07
作者簡介：王博（1982—），男，本科，畢業(yè)于山西大學(xué)行政管理
專業(yè)，機(jī)電助理工程師，從事煤礦機(jī)電技術(shù)相關(guān)工作。
井下防爆電機(jī)的故障原因分析及改進(jìn)
王博
（陽煤集團(tuán)供應(yīng)處， 山西陽泉045000）
摘要：以某礦風(fēng)井的通風(fēng)機(jī)電機(jī)所發(fā)生故障類型為研究對象，基于對該通風(fēng)機(jī)電機(jī)電能質(zhì)量等性能參數(shù)的測
試，分析導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生故障的原因，并針對性地提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，為進(jìn)一步提升煤炭綜采工作面電機(jī)設(shè)備
的可靠性奠定基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：電機(jī)綜采工作面電能質(zhì)量故障改進(jìn)
中圖分類號：TD614 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-773X（2019）07-0285-02
圖1 通風(fēng)機(jī)電機(jī)供電及調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2 工頻下電壓波形圖
圖3 頻率為45 Hz 變頻下電壓波形圖
KM1
KM2
KM3
KM4
KM6
變頻器1 KM5 變頻器2
M1 0.69 kV M2 0.69 kV
ABC
經(jīng)驗(yàn)交流
防爆電機(jī)的電動機(jī)將在諧波電壓和諧波電流的環(huán)境
中工作。具體原理為：當(dāng)變頻器正常工作時(shí)其將以
PWM的形式發(fā)出脈沖電壓序列，在其中除了正常的
基波電壓外，還包含了一部分諧波電壓分量。此處所
產(chǎn)生的諧波電壓將會作用至防爆電動機(jī)的繞組兩
端，產(chǎn)生一定量的諧波電流。在諧波電流的作用下產(chǎn)
生與諧波電壓頻率相對應(yīng)的磁場，進(jìn)而增大了防爆
電機(jī)的損耗值。損耗功率的計(jì)算如式（1）所示：
Pn=3In
2Rn=K（Un/Rn）2姨n R1 . （1）
式中：Pn 代表防爆電機(jī)諧波功率的損耗值；In 代表防
爆電機(jī)的諧波電流值；Rn 代表防爆電機(jī)的諧波電阻
值；K 代表比例常數(shù)；Un 代表防爆電機(jī)的諧波電壓
值；R1 代表防爆電機(jī)的第一次諧波電阻值，n 代表防
爆電機(jī)諧波次數(shù)。
由式（1）可知，防爆電機(jī)的諧波功率損耗值與諧
波電流值成正比。當(dāng)防爆電機(jī)的諧波電壓值為定值
時(shí)，由于其所產(chǎn)生的磁場將會導(dǎo)致諧波電阻的降低，
進(jìn)而使得諧波功率損耗增大，最終導(dǎo)致防爆電機(jī)正
常工作出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象使得電動機(jī)繞組的絕緣組件
性能降低，長期如此，導(dǎo)致絕緣組件被擊穿，從而發(fā)
生事故[3]。
2.2 變頻器電壓變化率過大對電機(jī)造成影響
1） 變頻器在正常工作時(shí)產(chǎn)生的脈沖電壓序列，
當(dāng)開關(guān)器件在被導(dǎo)通的瞬間，其電壓變化率會急劇
增大。當(dāng)所產(chǎn)生的脈沖電壓值作用至負(fù)載電容時(shí)，將
會產(chǎn)生與電壓變化率呈同等級別的脈沖電流序列，
進(jìn)而導(dǎo)致負(fù)載電容受到損傷。長此以往，導(dǎo)致防爆電
機(jī)匝間的絕緣組件受到相當(dāng)大的沖擊，進(jìn)而加劇絕
緣組件的老化，簡接縮短了防爆電機(jī)的使用壽命。
2）由于上述電機(jī)繞組之間的電壓變化率相對
較高，繼而使其電壓分布不均勻，容易導(dǎo)致繞組間
的故障率發(fā)生，久而久之使其絕緣層被擊穿，使其
絕緣組件的電氣性能得到明顯削弱。
2.3 電壓三相不平衡
分析圖2 可知，雖然在工頻狀態(tài)下工作時(shí)，電機(jī)
的電壓波形相對完整，但是其不平衡度較大。經(jīng)研究
表明，長時(shí)間的電壓不平衡會加劇電機(jī)繞組絕緣層
的破壞，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)繞組之間出現(xiàn)短路或者相對
地短路的現(xiàn)象。
3 電機(jī)變頻器改進(jìn)方案
基于對上述造成電機(jī)出現(xiàn)故障的原因分析，此
處將提出針對性的改進(jìn)措施。
3.1 在變頻器輸入端加設(shè)交流電抗器
經(jīng)過測試分析可知，防爆電機(jī)在正常工作時(shí)將
會產(chǎn)生一定數(shù)量諧波，且諧波會生成一定量的負(fù)功
率，該負(fù)功率將反作用于電網(wǎng)中，進(jìn)而對電網(wǎng)中設(shè)備
造成干擾。為了解決上述負(fù)功率對電網(wǎng)用電設(shè)備造
成的干擾，在電路中加設(shè)一定的無源電源濾波器。
經(jīng)實(shí)踐表明，電路中加設(shè)無源電源濾波器會加
重三相電壓不平衡的現(xiàn)象，其所產(chǎn)生的諧波電流和
諧波電壓量將會持續(xù)增大，加重對供電系統(tǒng)及電動
機(jī)的正常運(yùn)行。綜合分析在變頻器輸入端的位置加
設(shè)交流電抗器。電抗器的主要功能是抑制輸入電網(wǎng)
的諧波電流，進(jìn)而減少浪涌對變頻器的沖擊；有效提
高輸入電源的功率因數(shù)[4]。因此，在變頻器輸入端加
設(shè)交流電抗器能夠確保變頻器可靠、安全地運(yùn)行。
3.2 在變頻器輸出端加設(shè)交流電抗器
由于變頻器在正常工作時(shí)產(chǎn)生的脈沖電壓序
列，當(dāng)開關(guān)器件在被導(dǎo)通的瞬間，其電壓變化率會急
劇增大，進(jìn)而加劇了變頻器的沖擊，從而加劇了對電
機(jī)繞組絕緣層的老化。為了解決上述電容所造成的
損傷，將再加設(shè)相應(yīng)的輸出電抗器減小防爆電機(jī)兩
端的電壓變化率。此外，輸出電抗器還可有效減小抑
制變頻輸出的諧波，從而有效避免了電機(jī)繞組的過
早老化，延長了電機(jī)繞組絕緣層的使用壽命[5]。此
外，在實(shí)際生產(chǎn)中還可通過采用變頻啟動、延長電機(jī)
啟動時(shí)間等措施減小對電機(jī)繞組的沖擊。
3.3 在變頻器輸出端加設(shè)濾波器
雖然上述措施解決了變頻器所產(chǎn)生的諧波作用
于電網(wǎng)這一問題，但是變頻器產(chǎn)生諧波這一問題是
無法避免的。因此，還需在變頻器輸出端加設(shè)濾波器
對變頻器諧波所產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行處理，從而減少了
由于變頻器噪聲對電氣設(shè)備的影響。
4 結(jié)語
井下防爆電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性直接決定綜采工作
面的生產(chǎn)效率和安全性。經(jīng)研究，井下防爆電機(jī)常由
于變頻器生產(chǎn)諧波作用于電網(wǎng)、電壓變化率過大以
及三相電壓不平的問題導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生故障。故，對于
常發(fā)生短路現(xiàn)象的電機(jī)需在變頻器輸入端加設(shè)交流
電抗器、輸出端加設(shè)交流電抗器和濾波器的措施減
小電機(jī)發(fā)生故障的概率，為確保煤炭綜采工作面電
機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行給予支撐。
圖4 變頻器輸出電壓脈沖序列及電壓變化率波形圖
電壓變化率
（下轉(zhuǎn)第288 頁）
機(jī)械管理開發(fā) 第34卷
·286· jxglkfbjb@126.com
回撤指標(biāo)傳統(tǒng)方案研究方案
前期準(zhǔn)備工作量
前期準(zhǔn)備工作較多：處理、平整底板，準(zhǔn)備單體液壓支
柱、木料、大鏈、固定絞車安
裝電控、信號等。
前期準(zhǔn)備工作較少：只
需要固定回撤、安裝平
臺，插上液壓膠管即可。
回撤速度每班平均回撤、安裝2 架。
每班平均回撤、安裝6 架。
用人數(shù)量每班12 人每班4 人
操作難易程度需要有經(jīng)驗(yàn)的多人配合。1 人操作、1 人監(jiān)護(hù)。
安全系數(shù)安全系數(shù)低：易出現(xiàn)崩柱、斷繩等安全事故。
安全系數(shù)高：只需要操
作液壓操縱閥。
有必要采用新的液壓支架回撤安裝方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)方 表1 兩種工作面液壓支架回撤、安裝方案對比表
式，具體對比見表1。
2 使用效果
將新的液壓支架安裝回撤方式用于無軌化與非
硬化綜采工作面，并在某礦井下綜采工作面回撤與
安裝中得到了應(yīng)用。與傳統(tǒng)的絞車拖拽方式相比，每
班節(jié)省人員3 人，工作面接續(xù)時(shí)間可提前10 d，具有
省人、省時(shí)、省力等優(yōu)勢，為煤礦安全生產(chǎn)提供了保
障，是一款真正意義上的“安全、高效”型技術(shù)工藝
裝備該方式既從工作中體現(xiàn)了安全、環(huán)保，又從人
力、物力、財(cái)力方面體現(xiàn)了效益。綜采工作面液壓支
架的回撤與安裝工作效率較之前提高了2~3 倍，突
顯出可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
3 結(jié)語
隨著煤礦機(jī)械化程度的提高，安全高效回撤安
裝綜采液壓支架是減少綜采搬家停產(chǎn)時(shí)間的重要途
徑。通過回撤和安裝技術(shù)在井下的實(shí)際應(yīng)用，取得了
明顯的效果，此項(xiàng)技術(shù)工藝裝備實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，且操
作簡便，減少了工作環(huán)節(jié)與操作人員，降低了勞動強(qiáng)
度，提高了安全指數(shù)，解決了實(shí)際工作難題，大大提
高了工作效率，降低了成本，為今后綜采工作面的回
撤和安裝提供了一條可靠的途徑。（編輯：趙婧）
Study on Rapid Withdrawal and Installation of Hydraulic Support in
Fully Mechanized Mining Face
Qi Jixian, Wang Haibin
（Shanxi Huo’er Xinhe Coal Industry Co., Ltd., Zhangzi Shanxi 046600）
Abstract: In order to reduce the moving time of working face, based on the analysis of the withdrawal and installation
of hydraulic support in fully mechanized mining face, combined with the actual situation, through the analysis of
support withdrawal and installation flow, the rapid withdrawal and installation methods of large hydraulic support are
put forward. This method effectively ensures the efficiency and safety of support withdrawal and installation, shortens
the moving period of working face, reduces the cost and improves the production benefit.
Key words: hydraulic support; fast pullback installation; benefit
參考文獻(xiàn)
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2007（2）：1- 4.
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2006（2）：39- 40.
（編輯：趙琳琳）
Analysis and Improvement of the Fault of the Underground
Explosion-proof Motor
Wang Bo
（Supply Department of Yangquan Group, Yangquan Shanxi 045000）
Abstract: Taking the fault type of ventilator motor in a mine air shaft as the research object, based on the test of the
performance parameters such as the energy quality of the ventilator, the causes of motor failure are analyzed, and the
corresponding improvement measures are put forward. It lays a foundation for further improving the reliability of motor
equipment in fully mechanized coal mining face.
Key words: motor; fully mechanized mining face; power quality; fault; improvement
（上接第286 頁）
機(jī)械管理開發(fā) 第34卷
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