KBZ400/1140(660)增設(shè)上行鍵控制回路的設(shè)計(jì)

陳 劭，鞏 煒

(榆林匯森煤礦建設(shè)運(yùn)營(yíng)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)在煤礦生產(chǎn)中廣泛使用，由于其具有數(shù)量大、使用年限長(zhǎng)的特點(diǎn)，給設(shè)備升級(jí)帶來(lái)了潛在困難，因此當(dāng)實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)一些使用缺點(diǎn)后，在不影響其安全性能、防爆性能的基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理改進(jìn)，有利于煤礦節(jié)支增效、推進(jìn)礦井高產(chǎn)高效建設(shè)。

文中針對(duì)老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)無(wú)下行按鍵影響操作效率的缺點(diǎn)共提出三種改造設(shè)計(jì)方案，分別為采用組合鍵方式、替換漏電試驗(yàn)按鈕方式和利用一種新型改造按鈕的方式，通過(guò)對(duì)三種方案的對(duì)比，最終發(fā)現(xiàn)采用新型按鈕的控制方式可以最小程度地改變饋電開(kāi)關(guān)本身的結(jié)構(gòu)，還可以達(dá)到增設(shè)上行鍵的目的，所以最終確定采用新型按鈕控制方式為最優(yōu)方案。

1 改進(jìn)前饋電開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)按鈕的控制電路

目前煤礦生產(chǎn)井下的好多KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)都是用過(guò)好多年的老款設(shè)備，雖然隨著設(shè)備更換陸續(xù)引進(jìn)的開(kāi)關(guān)按鍵較為齊全，但是井下所用的饋電開(kāi)關(guān)大部分還是以前沒(méi)有設(shè)置上行鍵的舊設(shè)備，沒(méi)有上行控制鍵使得電氣工程師在操作開(kāi)關(guān)、調(diào)節(jié)整定、查看參數(shù)時(shí)降低了工作效率，此外根據(jù)KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)使用要求及礦井管理制度，KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)需要上架進(jìn)行管理，井下條件有限，一般操作饋電開(kāi)關(guān)時(shí)大部分需蹲下彎腰才能看到屏幕數(shù)字，快速完成整定可以降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。尤其當(dāng)面臨新采面投入時(shí)，需調(diào)整饋電開(kāi)關(guān)數(shù)量較多，沒(méi)有上行鍵的控制開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)更加突出，所以對(duì)KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)控制回路改造有一定的必要性，能夠降低電氣工程師工作強(qiáng)度，還能夠提高電氣整定工作效率。老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)(以內(nèi)配ZKY-11保護(hù)器饋電開(kāi)關(guān)為例)按鈕設(shè)置如下。

圖1 老款KBZ400/1140(660)饋電按鈕設(shè)置

如圖1所示，老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)共設(shè)置有分閘、合閘、確認(rèn)、下行和試驗(yàn)5個(gè)按鈕，由于KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)采用的是電氣合閘、機(jī)械保持原理，即按下合閘按鈕合閘回路繼電器閉合合閘線圈，使得真空接觸器閉合，后卡入保持機(jī)械結(jié)構(gòu)，而不同于QBZ系列磁力啟動(dòng)器，靠電磁力合閘后，合閘開(kāi)關(guān)被短路，形成持續(xù)電磁力進(jìn)行保持。因此分閘按鈕和合閘按鈕分別連接于分閘、合閘控制回路中，主要負(fù)責(zé)控制分閘和合閘繼電器的通斷以實(shí)現(xiàn)主回路的通斷控制，無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)改造，文中重點(diǎn)在于增設(shè)上行鍵控制回路，此處不再深入探討，下面對(duì)其他剩余3個(gè)按鍵的功能及原理加以說(shuō)明。

1.1 確認(rèn)鍵的控制回路

確認(rèn)鍵主要作用在于調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)對(duì)所選項(xiàng)進(jìn)行確認(rèn)并進(jìn)入下一級(jí)子菜單，它的控制回路連接于保護(hù)器上，接于保護(hù)器(ZKY-11保護(hù)器為例)的6、8號(hào)接線口，確認(rèn)功能由保護(hù)器內(nèi)部程序?qū)崿F(xiàn)。

1.2 下行鍵的控制回路

下行鍵主要作用在于調(diào)節(jié)參數(shù)時(shí)使光標(biāo)下移、參數(shù)單循環(huán)減小等，它的控制回路如圖1所示，連接于保護(hù)器(ZKY-11保護(hù)器為例)的5、8號(hào)接線口，下行的實(shí)現(xiàn)是由保護(hù)器內(nèi)部的程序?qū)崿F(xiàn)的。

1.3 試驗(yàn)鍵的控制回路

試驗(yàn)按鈕(圖2中的SB5)主要是手動(dòng)將主回路的某一相通過(guò)高阻接地，通過(guò)試驗(yàn)按鈕可以達(dá)到模擬接地故障的目的，從而檢驗(yàn)饋電開(kāi)關(guān)保護(hù)裝置的靈敏性和可靠性?？刂苹芈啡鐖D2所示。

圖2 漏電實(shí)驗(yàn)電路圖

1.4 復(fù)位鍵的控制回路

復(fù)位鍵采用的是組合鍵的控制方式，利用確認(rèn)鍵和下行鍵同時(shí)按下來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。接線方式為先將確認(rèn)鍵和下行鍵串聯(lián)接起來(lái)，然后將另外兩接線柱分別接于保護(hù)器(ZKY-11保護(hù)器為例)的7、8號(hào)接線端子，復(fù)位鍵的作用在于能使KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)保護(hù)器回復(fù)初始界面。

2 饋電開(kāi)關(guān)上行鍵控制電路設(shè)計(jì)方案對(duì)比

2.1 采用組合鍵方式

由KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)保護(hù)器系統(tǒng)中復(fù)位鍵的設(shè)計(jì)思路可以聯(lián)想將增加的上行鍵設(shè)計(jì)為組合鍵控制方式，由前論述可知，確認(rèn)鍵與下行鍵組合已經(jīng)被復(fù)位鍵使用過(guò)，剩下的只能使用分閘鍵+下行鍵、合閘鍵+下行鍵、分閘鍵+合閘、分閘鍵+試驗(yàn)鍵、合閘鍵+試驗(yàn)鍵、分閘鍵+確認(rèn)鍵、合閘鍵+確認(rèn)以及試驗(yàn)鍵+確認(rèn)鍵等幾種組合模式。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)分閘鍵+下行鍵、合閘鍵+下行鍵這兩種方式由于存在上下行指令同時(shí)發(fā)送的情形，理論上不可行，分閘鍵+合閘鍵進(jìn)行組合的方式，雖然可以反饋給控制器上行指令，但是每操作一次，開(kāi)關(guān)狀態(tài)會(huì)發(fā)生一次轉(zhuǎn)化，連續(xù)操作會(huì)出現(xiàn)反復(fù)分合閘，對(duì)開(kāi)關(guān)壽命影響較大且存在安全隱患；分閘鍵+試驗(yàn)鍵、合閘鍵+試驗(yàn)鍵及分閘鍵+確認(rèn)鍵的組合鍵通過(guò)分析，若操作時(shí)開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)，組合鍵操作將會(huì)導(dǎo)致分閘，在分閘狀態(tài)可達(dá)到組合鍵完成上行指令的目的；合閘鍵+確認(rèn)組合控制的方式在開(kāi)關(guān)和合閘狀態(tài)可以完美達(dá)到上行指令發(fā)送目的，但是當(dāng)開(kāi)關(guān)本身處于分閘狀態(tài)時(shí)，此種組合方式會(huì)造成誤送電，不利于礦井安全管理；剩余最后一種試驗(yàn)鍵+確認(rèn)鍵的組合鍵設(shè)計(jì)思路，通過(guò)對(duì)將試驗(yàn)鍵控制回路與確認(rèn)件控制回路串聯(lián)后，連接于保護(hù)器(ZKY-11保護(hù)器為例)的4、8號(hào)接線端子,當(dāng)同時(shí)按下確認(rèn)鍵和試驗(yàn)鍵后即可達(dá)到控制器面板上行控制的目的，且試驗(yàn)鍵和確認(rèn)鍵操作頻度不是很高，采用此種方式能很好實(shí)現(xiàn)目的，唯一不足在于這種方式只能在開(kāi)關(guān)處于分閘時(shí)使用。通過(guò)分析對(duì)比采用試驗(yàn)鍵加確認(rèn)件完成上行指令的改造思路對(duì)開(kāi)關(guān)本身幾乎沒(méi)有影響，由于是在開(kāi)關(guān)本身自帶接口進(jìn)行擴(kuò)展，因此不會(huì)影響其防爆性能，唯一不足之處在于只能在開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)操作，但是此種方案的小改進(jìn)也解決了缺少上行鍵所帶來(lái)的麻煩，針對(duì)保有老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)數(shù)量較多的老礦井具有一定實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。

此外，由于現(xiàn)在礦井電氣設(shè)備大部分采用智能模塊控制，大部分留有功能拓展接口，結(jié)合這種思路可以對(duì)其它電氣設(shè)備進(jìn)行類似改造，以達(dá)到實(shí)際需要功能的目的，這種方式幾乎無(wú)投入，且不影響設(shè)備本身防爆、安全性能，具有一定推廣價(jià)值。

2.2 采用替換漏電實(shí)驗(yàn)按鈕的方式

漏電實(shí)驗(yàn)按鈕的控制電路如圖3所示，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)漏電試驗(yàn)按鈕事實(shí)上起到的作用與K3-1是一致的，只是K3-1是通過(guò)保護(hù)器內(nèi)部程序控制繼電器K3的通斷，來(lái)控制輔助觸點(diǎn)K3-1的開(kāi)閉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)漏電實(shí)驗(yàn)，這便決定了替換漏電實(shí)驗(yàn)按鈕的可行性。將漏電試驗(yàn)按鈕的接線拆除，接線如圖4所示。

圖3 漏電試驗(yàn)控制電路

圖4 替換試驗(yàn)按鈕方式接線

通過(guò)上述分析可以看出，采用替換漏電試驗(yàn)按鈕的方式可以實(shí)現(xiàn)上行鍵的功能，此方案與增設(shè)組合鍵的方式相比更加簡(jiǎn)單，且無(wú)限制條件。優(yōu)點(diǎn)在于：在不破壞外部硬件的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了上行鍵的控制，具有較強(qiáng)的可行性和可操作性，成本較低，只需改變漏電實(shí)驗(yàn)按鈕的兩個(gè)接線口便可以達(dá)到預(yù)期目的，且不影響系統(tǒng)的漏電實(shí)驗(yàn)；缺點(diǎn)在于：此方案將漏電試驗(yàn)按鈕替換后，在做漏電實(shí)驗(yàn)時(shí)只能通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)菜單，用程序控制K3繼電器，進(jìn)而利用輔助觸點(diǎn)進(jìn)行漏電實(shí)驗(yàn)。

2.3 采用新型改造按鈕的控制方式

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制按鈕電路的綜合分析，可以得出增設(shè)上行鍵事實(shí)上就是尋找一個(gè)冗余出來(lái)的按鈕控制回路，因此可嘗試設(shè)計(jì)出一種新型開(kāi)關(guān)按鈕，其特殊之處在于可以通過(guò)一個(gè)相同的按鈕相對(duì)獨(dú)立地控制2個(gè)回路，文中設(shè)計(jì)的新型按鈕如圖5所示。

圖5 新型控制按鈕原理圖

圖5為新型開(kāi)關(guān)按鈕的剖面圖，在圖5中，黑色區(qū)域是絕緣的架構(gòu)，其中3為開(kāi)關(guān)限位裝置，可以有效防止開(kāi)關(guān)外拔時(shí)直接被拔出的情況，4為彈簧機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)按鈕自動(dòng)回位，1、2、3、4分別為4個(gè)接線端子，可以分別控制兩個(gè)回路的通斷，1、2號(hào)端子為一個(gè)回路，3、4號(hào)端子為一個(gè)回路。將按鈕按下時(shí)，可以使3、4號(hào)端子控制的回路導(dǎo)通或者通過(guò)連續(xù)操作產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)；將按鈕往外拔時(shí)，可以使1、2號(hào)端子導(dǎo)通或者產(chǎn)生脈沖控制信號(hào)。因此可以將確認(rèn)鍵和下行鍵均替換為新型按鈕，確認(rèn)鍵實(shí)現(xiàn)確認(rèn)和復(fù)位功能，向內(nèi)按下按鈕實(shí)現(xiàn)確認(rèn)功能，向外拔按鈕實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能；下行鍵新型按鈕實(shí)現(xiàn)上行鍵和下行鍵功能，按下按鈕實(shí)現(xiàn)下行功能，拔出按鈕實(shí)現(xiàn)上行功能，接線圖如圖6所示。

圖6 新型控制按鈕接線圖

通過(guò)上述分析，可以看出利用新型按鈕控制方式可行性較高，方案與其它兩種方案相比也具有一些特征。優(yōu)點(diǎn)為：可行性高，不僅實(shí)現(xiàn)了上行鍵功能，而且還可以將原本的復(fù)位組合鍵優(yōu)化為單鍵控制，操作更為方便；缺點(diǎn)為：新型按鈕需要獨(dú)立加工，增加了造價(jià)，而且開(kāi)關(guān)制造對(duì)工藝要求也較為嚴(yán)格，不然會(huì)影響?zhàn)侂婇_(kāi)關(guān)的防爆性能。

3 改造方案實(shí)用性分析

煤礦作為高危行業(yè)，對(duì)于設(shè)備的可靠性能要求尤為嚴(yán)格，尤其電氣設(shè)備防爆性能，必須取得相關(guān)資質(zhì)認(rèn)可。文中提出的3種改造方案，旨在解決老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)無(wú)上行控制按鈕、操作麻煩的現(xiàn)場(chǎng)使用問(wèn)題，對(duì)于組合鍵方案和替換漏電試驗(yàn)控制鍵方案具有改造簡(jiǎn)單、無(wú)投入的特點(diǎn)，只需利用舊設(shè)備控制小線為材料即可在不影響設(shè)備原始性能的前提下完成改造，具有一定試用價(jià)值，可以進(jìn)行推廣應(yīng)用，但前期是改造后需加強(qiáng)業(yè)務(wù)人員培訓(xùn)，完成改造原理交底工作，使實(shí)際操作人員熟知改造功能實(shí)現(xiàn)前提條件，這樣便能在無(wú)投入的前提下提高KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)操作效率；第三種新型開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)，最具有實(shí)用性，也是直接從根源解決問(wèn)題的最好方案，能夠在不增加按鈕數(shù)量的前提下完成優(yōu)化改造，更好發(fā)揮設(shè)備效能，但是不足之處在于此方案需對(duì)原有開(kāi)關(guān)按鈕進(jìn)行更換，安裝新型按鈕，并且不能影響設(shè)備的防爆性能，因此本方案在企業(yè)實(shí)際管理中不具有推廣價(jià)值，但是此種新型開(kāi)關(guān)的提出能夠?yàn)殚_(kāi)關(guān)廠家提供新的設(shè)計(jì)思路，因?yàn)楫吘拱粹o數(shù)量會(huì)影響防爆設(shè)計(jì)，因此此方案對(duì)于生產(chǎn)廠家具有一定推廣價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

文中圍繞老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開(kāi)關(guān)實(shí)際使用中存在的問(wèn)題展開(kāi)討論，針對(duì)無(wú)上行鍵操作的不便性對(duì)改進(jìn)方案展開(kāi)了充分討論研究，最終提出3種方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)以上3種設(shè)計(jì)方案的分別闡述，我們可以發(fā)現(xiàn)，采用組合鍵方式能夠在分閘或者合閘的特定條件下實(shí)現(xiàn)功能，具有一定的局限性，但是實(shí)際使用中一般都是投用前就需完成整定，因此此種方案是可行的；替換漏電實(shí)驗(yàn)按鈕的方式可行性較高，也能完美地實(shí)現(xiàn)上行鍵調(diào)節(jié)功能，但是它直接去掉了漏電試驗(yàn)控制按鈕，使得漏電試驗(yàn)只能通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)；采用新型按鈕的方案可以最大程度地完善系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)按鈕的設(shè)置，使得系統(tǒng)操作更加簡(jiǎn)單、靈活、高效，但改造需委托廠家進(jìn)行防爆性能驗(yàn)證，且需重新加工開(kāi)關(guān)按鈕，此方案對(duì)于設(shè)備生產(chǎn)廠家具有較高實(shí)用性，且可應(yīng)用于其他類似電氣設(shè)備控制回路設(shè)計(jì)，具有較高推廣價(jià)值。