防爆電動機作為在易燃易爆環境中提供動力的關鍵設備，其運行可靠性直接關系到生產安全與系統穩定。其中，兩相運行（俗稱“斷相”）是電動機常見且危害性極大的電氣故障之一。深入理解其故障機理，并配置合理有效的保護措施，對于保障防爆電動機安全、延長設備壽命、防止重大事故具有至關重要的意義。

一、兩相運行故障的物理機理與危害性分析

1. 起動階段的兩相故障
根據電機學基本原理，三相異步電動機的旋轉磁場依賴于三相定子繞組中通以相位互差120°的對稱電流。當電動機在起動前或起動瞬間即缺失一相電源（如因電源開關一相接觸不良、熔斷器單相熔斷或線路單相斷開），定子繞組便無法形成旋轉磁場，僅產生脈振磁場。此時，電動機的起動轉矩為零，轉子無法旋轉，電動機表現為強烈的電磁振動并伴有沉悶的“嗡嗡”聲。

從電氣特性看，此時電動機實質上處于不對稱短路狀態。理論分析與實驗表明，兩相起動時的線路電流（短路電流）為三相正常起動電流的約0.866倍。鑒于普通異步電動機的起動電流通常高達額定電流的4～7倍，因此，兩相起動電流將達到額定電流的3.46～6.06倍。這一電流值雖略低于正常三相起動電流，但遠超電動機的額定工作電流，且由于轉子堵轉，該大電流將持續存在。

危害性：巨大的堵轉電流會在短時間內（數十秒內）使完好的兩相定子繞組急劇過熱，絕緣迅速老化甚至燒毀。同時，強烈的脈振磁場和機械振動會對軸承、機座等機械部件造成損傷。所幸，由于電動機在此狀態下根本不能轉動，運行人員較易通過聲音和狀態發現異常。同時，若系統按規范配置了熔斷器保護，該電流通常足以使其熔斷，從而切斷故障。

2. 運行階段的兩相故障
電動機在運行過程中突然失去一相電源，其情況更為復雜和隱蔽。此時，電動機在機械慣性的作用下，轉速不會立即降為零，而是轉變為一種非正常的“單相感應電動機”運行模式，即“兩相運行”。

其運行狀態與過載程度密切相關，主要取決于電動機的最大轉矩倍數K（即最大轉矩與額定轉矩之比）和當時的實際負載率：

• 若電動機負載較輕（低于一定臨界值），它可能維持接近原速的運行，但電流會異常增大，效率顯著下降。

• 若電動機帶額定負載運行，理論分析與實踐表明，當電動機的最大轉矩倍數K≥2時，它仍可能維持兩相運行，但轉速會大幅下降，滑差率增大。

• 關鍵參數：在K=2、且帶額定負載發生兩相運行時，電動機的線電流將達到額定電流的約3.5倍。這一過電流倍數遠大于一般過載，但又可能不足以使普通過載保護裝置（如按1.2倍額定電流整定的熱繼電器）或熔斷器迅速動作。

危害性：兩相運行時，繞組中的電流嚴重不對稱，完好兩相的電流大幅增加（可達額定值的1.7倍以上），而第三相（開路相）繞組可能因感應產生電流。這導致繞組整體溫升極不均勻且異常迅速。研究表明，在此狀態下，電動機通常會在數分鐘至數十分鐘內因過熱而燒毀，尤其是對于B級或F級絕緣的電動機，其絕緣的過熱耐受時間遠小于保護裝置的傳統動作時間，極易釀成繞組燒損事故。對于防爆電機而言，繞組過熱還可能破壞隔爆結構完整性或成為內部點燃源，構成嚴重安全隱患。

二、傳統保護方式的局限性與優化配置

1. 熔斷器的保護作用分析
熔斷器常用作電動機的短路保護。其選型通常遵循以下原則：對于起動不頻繁、起動時間短的電動機，熔體額定電流（IH）取電動機額定起動電流（IZ）的1/2.5；對于頻繁起動或重載起動的電動機，取IZ的1/(1.6~2)。

• 對于兩相起動：如前所述，故障電流較大，按此原則選用的熔斷器通常能夠及時熔斷，起到保護作用。

• 對于運行中斷相：故障電流可能約為3.5倍額定電流。若熔斷器僅按短路保護配置，其熔斷特性曲線在該電流值下的動作時間可能較長，無法在電動機繞組過熱損壞前可靠切斷電源，存在保護“死區”。因此，僅依靠熔斷器無法為運行中的兩相故障提供充分保護。

2. 熱繼電器的保護作用與不足
傳統雙金屬片式熱繼電器（通常整合在磁力起動器中）主要針對對稱過載和三相均衡的發熱提供良好保護。然而，對于兩相運行這種不對稱故障：

• 當電動機繞組為星形（Y）接法時，流過熱元件（串接在線路中）的電流即為繞組電流，熱繼電器對斷相故障能起到一定的保護作用，但反應可能不夠迅速。

• 當電動機繞組為三角形（Δ）接法時（多數功率較大的電動機采用此接法），斷相故障導致繞組內部出現環流，線電流與相電流關系復雜。此時，線電流的增加可能未達到熱繼電器整定動作值（通常為1.05~1.2倍額定電流），而繞組中已有一相電流遠超額定值，導致該相繞組局部嚴重過熱而燒毀，即出現“保護盲區”。

三、針對防爆電機的兩相運行綜合保護策略建議

鑒于兩相運行故障的巨大危害性和傳統保護的局限性，對防爆電動機必須采取更為可靠、靈敏的綜合保護方案。

1. 采用專用電動機保護器：推薦使用電子式或智能型電動機綜合保護裝置。此類裝置具備獨立且靈敏的斷相保護功能，通過實時監測三相電流的不平衡度或負序分量，能在數十毫秒至數秒內準確識別出斷相故障，并立即跳閘。其保護性能不受電機接線方式（Y/Δ）影響，是解決兩相運行保護問題的最有效手段。

2. 完善熱繼電器保護配置：若繼續使用熱繼電器，必須選用帶斷相保護功能的熱繼電器（其內部采用差動放大機構或三相結構）。并確保其整定值與電動機額定電流精確匹配，定期校驗。

3. 強化監測與預警：在重要的防爆電機回路中，可增設三相電流監測儀表或集成到DCS/PLC系統中，設置電流不平衡報警（通常>10%即預警），實現故障的早期發現。

4. 規范維護與檢查：定期檢查供電線路、接線端子、接觸器觸頭、熔斷器連接點的緊固情況，防止因松動、氧化導致的單相接觸電阻增大乃至斷開。這是預防兩相運行故障的基礎性工作。