无刷励磁同步电动机的防爆技术特点

(佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯 154002)

0 引言

随着我国防爆电机工业的发展，石油、化工、化肥、煤炭等行业对大型防爆无刷励磁同步电动机的需求量越来越大，尤其是近年石化行业产量不断提升，大型防爆无刷励磁同步电动机功率也越来越大，用户对产品的安全和环保也越来越重视。

现在国际电工委员会IEC关于防爆电机产品的技术标准的进一步完善，对于大型增安型防爆同步机的制造和使用要求也越来越严格，因此开发更安全的防爆产品逐步取代TAW系列增安型无刷励磁同步电动机作为大型防爆同步机的主导产品已成为必然。国外正压外壳型电机技术发展已趋于成熟，国内驱动大型往复式压缩机组的正压外壳型电机基本依靠国外引进。在此情况下，我公司在几十年生产防爆电机经验的基础上，结合目前市场的需求，采用世界先进的设计分析手段，研发出了新一代正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机，填补了国内空白，并获得国内首台套大型装备国产化认证。

本文主要针对TZYW/TAW正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机的技术特点和产品优势做介绍。

1 技术特点与优势

在介绍正压外壳型/增安型电机产品技术特点与优势之前，先对爆炸性气体环境区域的划分、常用的防爆形势如增安型电机、隔爆型电机、正压外壳型电机的防爆原理和优缺点进行介绍。如图1所示。

图1 爆炸性气体环境区域的划分

增安型防爆原理——采用不产生火花、电弧和危险温度的电气结构进行防爆。

隔爆型防爆原理——采用隔爆外壳和控制表面温度达到防爆目的。

正压外壳型防爆原理——采用密封壳体内保护气体压力保持高于外部环境压力，以阻止壳体内形成爆炸性气体环境进行防爆。

1.1 增安型电机

(1)只能在“2”区场所使用，并且温度组别只能达到T3组;

(2)大容量的增安型电机，受电网容量的限制，电机的无火花等试验无法进行，国内增安型异步电动机最大功率为8 500kW。大型电机的TE时间很难满足标准要求，也为电机的热保护带来困难。

(3)按照IEC和新的国家标准的规定, 额定电压超过1kV的高压增安型电机需要起动前预吹扫，并且新标准明确规定，用户在使用增安型电机时负有安全责任，即起动前预吹扫由用户负责。电机每次起车时均需要大量的保护气体对电机内腔重新进行吹扫换气。每次起车时都要等待30min左右，不能适应石化等企业装置随时切换的要求。

1.2 隔爆型电机

隔爆型电机可以在 “1”区和“2”区防爆场所使用，但存在如下不足点。

(1)电机容量较大时，由于电机体积越大，隔爆外壳需要不断增强，目前国内外一般隔爆型电机可以做到H800，超过一定尺寸时爆炸压力试验无法完成,目前国内隔爆型异步电动机最大功率为4 500kW。

(2)高转速、四级防爆(dIICT4)隔爆型电机由于轴贯通部分间隙很小易出现抱轴事故。在工业运行中，容易因抱轴而导致电机无法运转，影响生产，从而给用户带来损失。因此该类电机容量一般不宜超过500kW。

1.3 正压外壳型电机

正压外壳型电机有如下优点。

(1)可使用在“1”区或“2”区的危险场所。

(2)不受无火花试验及TE时间的限制。

(3)不受电机容量和转速的限制，可做成大功率的防爆产品(目前可达到25 000KW)。

(4)无论从防爆原理还是电机自身运行的可靠性均得到极大提高。

(5)温度组别可达到T4组。

(6)克服了增安型电机每次起车时吹扫等待的缺点，进入保压状态后可以随时起停车。

(7)采用完全智能化的正压保护系统，维护方便、安全可靠，直接进入综保系统即可使用。

(8)符合环保要求、高功率、低噪声等特点。

(9)正压外壳型电机安装完成后，只需要一次吹扫后，以后在电机起动前，就不需要再次吹扫。电机运行时，只需要内部保持一个微正压，保证电机内部压力高于外界压力50Pa，此时需要一个维持内腔压力的泄漏补偿气体就可以，补偿气体量很少。正压型电机可以适用于“1”区，更可靠的防爆型式。

唯一的缺点是正压外壳型电机一旦出现失压或外部管路故障，电机就必须停机进行检查。

1.4 正压外壳型+增安型电机

正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机是设有两套铭牌即增安型防爆电机铭牌和正压外壳型防爆电机铭牌，电机同时获得增安型防爆合格证及正压外壳型防爆合格证，两种防爆型式同时起作用，当一种防爆型式失效时另一种防爆型式仍可保证设备安全运转。即同一设备设计制成不同的防爆型式，符合GB 3836.1—29.6 多种防爆型式的相关规定。

下面对正压正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机的技术关键点及创新点进行相关介绍。

1.4.1 实现了正压保护控制系统与电机的结合

采用完全智能的正压保护控制系统，保证电机在起动、运行、故障状态时电机内腔压力不低于50Pa,一旦管路故障或电机泄漏过大不能维持内腔压力时，能够有效发出指令，保证防爆安全。对正压保护系统智能化程度升级，保证防爆型式切换过程顺畅。

1.4.2 应用了行业领先的电机壳体密封技术

对于正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机而言，如何控制电机的泄漏量，保证电机的可靠运行，是判断电机先进性的主要依据。对于正压外壳型/增安型电机壳体的密封应做为一项工程来做，在产品设计和制造上结合了我公司多年来在正压外壳型防爆电机技术上的积累，采用了密封可靠性极高的新结构、新工艺、新材料，在密封材料的选取上进行了大量的试验验证，选取了耐腐蚀、抗老化、耐高温的优质密封材料，提高了电机的密封可靠性。

1.4.3 延承了正压外壳型防爆、增安型防爆电机的技术关键点

产品通过了双重防爆试验检测，既通过了正压外壳型电机防爆检验，又通过了增安型电机防爆检验，安全性、可靠性提高，正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机将两种防爆技术完美结合，获得两种防爆型式的防爆认证，同时具备两种防爆形式的优点安全性更高。既保留增安型电机不产生火花、电弧和危险温度等优点，又具备正压外壳型电机防爆安全性高，备用电机可处于保压状态随时起车的优点。

1.4.4 克服了单一防爆形式的缺点

(1)对于单一防爆形式的正压外壳型电机一旦出现电机内腔压力过低或外部管路故障，电机就必须停机进行检查，该产品具备当正压外壳型防爆型式失效时增安型防爆型式仍可保证产品安全运转，无需停机。

(2)正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机正压保护系统设计进行智能化升级，主备机切换过程中无需等待，克服了增安型电机每次起动前需重新进行吹扫换气的问题(即由一种防爆型式向另一种防爆型式切换过程顺畅，不会出现电机互锁停机问题)。

2 产品应用优势

2.1 应用范围更广

按照国家标准的规定，当两种防爆保护形式同时起作用时电机可以提高一个设备保护级别。例如当一台电机两种防爆形式增安型取得Gc设备保护级别证书、正压型也取得Gc设备保护级别证书时，则该产品的设备保护级别可以自然提高到Gb,正常适用于“2”区场所。

2.2 安全、可靠性更高

该防爆型式既能满足电机随时可以起停车，又可以在电机运行时保护气体中断的情况下继续工作，确保石化企业连续生产、紧急切换的需求。同时，两种防爆形式也提高了电机防爆的安全性，降低了爆炸危险。

我公司研制成功的国内首台TZYW/TAW7800-18/3250WTHF1正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机，标志着我国在大型防爆电机技术水平上的又一次提升。随着该产品的交付使用，在后续许多项目上此种防爆型式得到应用，创造了较大的经济效益。此种形势得到了国内石化行业的普遍认可。

2.3 市场前景可观，为防爆电机行业国际化发展奠定基础。

由于该产品防爆安全性高，产品的附加值也相应提高，与国外产品价格具有绝对优势，国内、外市场前景广阔，目前国内市场需求达到5亿元以上。同时该系列产品代表着未来几十年的市场需求，通过我们对设计院、用户和主机厂进行产品宣传推广，在2～5年内会全面占领石油、化工等防爆市场。

3 结语

我公司通过在防爆设计上、新材料的应用上等不断创新，使得该系列电机效率高、噪声低，节能环保，更加安全可靠。正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机是我国防爆电机的标志性产品，对我国防爆电机的知名度有很大提高，选择正压外壳型/增安型无刷励磁同步电动机已成为防爆电机选型的趋势，值得推荐给石油、化工、化肥、煤炭等行业用户使用和做产品升级改造。实现重大设备的国产化，为我国民族工业的自主发展奠定基础。

[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《爆炸性环境 第3部分：由增安型“e”保护的设备》.

[4] GB 3836.5—2004《爆炸性气体环境用电气设备 第5部分：正压外壳型“p”》.