煤礦電氣設(shè)備開蓋斷電開關(guān)常見故障及改進(jìn)

何倩宇

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司，山西大同 037003）

0 引言

煤礦電氣設(shè)備開蓋斷電開關(guān)是煤礦重要電氣設(shè)備，為了提高開關(guān)使用壽命及安全性能必須定期開蓋檢修，但是實(shí)際煤礦生產(chǎn)過程中受開關(guān)安裝環(huán)境、施工工藝、開關(guān)內(nèi)部結(jié)構(gòu)等影響[1]，開蓋斷電開關(guān)經(jīng)常出現(xiàn)故障，不僅降低了礦井供電安全及可靠性，而且威脅著斷電開關(guān)檢修施工安全，所以必須合理分析隔爆出現(xiàn)故障主要原因，并采取合理有效技術(shù)改進(jìn)措施。

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司三盤區(qū)井下使用的KBZ型電氣設(shè)備開蓋斷電開關(guān)主要采用分級閉鎖技術(shù)，該技術(shù)主要是將開關(guān)負(fù)載接線腔與電源進(jìn)線腔兩級的閉鎖分開到不同位置。當(dāng)工作人員將其中一級誤打開后，另一級開關(guān)會自動閉鎖。即使施工人員觸動一級開關(guān)（XWK1）后，電路會立即接入人工電阻，線路內(nèi)的電流會發(fā)生變化，線路上級的漏電綜合保護(hù)器會立即監(jiān)測到電路內(nèi)電流變化；當(dāng)工作人員觸動另一級開關(guān)（XWK2）后，本線路內(nèi)的綜合保護(hù)器會立即閉合，從而實(shí)現(xiàn)一級電路沒有電流時，另一級電路仍不斷電[2]，確保工作人員的安全。

通過查詢白洞礦電氣設(shè)備檢修臺賬與記錄發(fā)現(xiàn)，KBZ型電氣設(shè)備開蓋斷電開關(guān)再使用過程中主要存在無法正常開蓋和井下供電電網(wǎng)大面積斷電兩種故障。

斷電開關(guān)分級閉鎖內(nèi)的彈簧失效是造成井下斷電開關(guān)不能正常開蓋的主要原因。而井下機(jī)電設(shè)備開關(guān)沒有欠壓綜合保護(hù)器或整定值未投入是造成井下大面積停電的主要原因。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的電流發(fā)生較大變化時，欠壓綜合保護(hù)器如果不能正確監(jiān)測判斷出電網(wǎng)為漏電還是電流波動，會造成開關(guān)誤動作跳閘，有時大負(fù)荷設(shè)備停運(yùn)或機(jī)電事故的正常電網(wǎng)波動也會造成開關(guān)誤動作[3]，這些大面積停電都會影響煤礦的正常生產(chǎn)，甚至?xí)斐删嘛L(fēng)機(jī)開關(guān)誤動作停風(fēng)，威脅著礦井安全生產(chǎn)。

1 電氣設(shè)備斷電開關(guān)優(yōu)化改進(jìn)措施

為了提高電氣設(shè)備斷電開關(guān)使用壽命，保證煤礦設(shè)備供電安全，對礦用KBZ型電氣設(shè)備開蓋斷電開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

1.1 改進(jìn)方案

針對斷電開關(guān)誤動作引起的電網(wǎng)波動，采取兩種方案對井下機(jī)電設(shè)備開蓋閉鎖進(jìn)行改造。

（1）方案一：通過將開關(guān)的保護(hù)整定值進(jìn)行投入，將原來的0 s跳閘根據(jù)負(fù)荷大小增加0.5 s或1.0 s，這樣可以保證電源在短時間內(nèi)欠壓或漏電時，開關(guān)不會由于誤動作造成負(fù)荷斷電[4]。

（2）方案二：將原來機(jī)電設(shè)備內(nèi)部的彈簧機(jī)構(gòu)更換為繼電器，繼電器不僅能夠準(zhǔn)確判斷電纜漏電類型，還能提高操作人員開蓋的安全性。

由于繼電器具有安全性好、動作靈敏、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，所以決定對斷電開關(guān)安裝一套JT型繼電器替換原開關(guān)彈簧機(jī)構(gòu)。

1.2 繼電器延遲保護(hù)設(shè)定

（1）為了能夠提高繼電器的準(zhǔn)確率，在設(shè)備內(nèi)部加裝一

1.3 延時保護(hù)原理

（1）將原來井下高壓開關(guān)開蓋斷電機(jī)構(gòu)內(nèi)的彈簧裝置改換為直流電磁繼電器。直流電磁繼電器的左右側(cè)分別為系統(tǒng)電路與控制電路，內(nèi)部有感應(yīng)電路觸點(diǎn)開關(guān)、斷路器的跳閘線圈與感應(yīng)部分[7]。

（2）當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的電壓比較平穩(wěn)時，繼電器正常工作時感應(yīng)電路觸點(diǎn)開關(guān)彈開，此時由于電路控制部分處于斷開狀態(tài)，高壓開關(guān)的手動分合閘不會受到影響。一旦供電系統(tǒng)發(fā)生真正漏電時，按照之前保護(hù)的設(shè)定，保護(hù)器會根據(jù)電網(wǎng)波動的大小和時間判斷，按照煤礦安全規(guī)程對電壓的要求，當(dāng)系統(tǒng)的電壓下降到額定電壓的35%時且時間達(dá)到1.8 s，超過保護(hù)的延時時間后，繼電器失電感應(yīng)電路觸點(diǎn)開關(guān)閉合，跳閘線圈通電將感應(yīng)部位吸動，高壓開關(guān)斷電跳閘。

1.4 延時原理

直流電磁延時繼電器主要由底座、阻尼套筒、反力彈簧、銜鐵、觸頭、感應(yīng)線圈等組成，如圖1所示。為了能夠提高直流電磁延時繼電器的靈敏度，減小繼電器內(nèi)鐵心與磁軛內(nèi)氣隙，繼電器內(nèi)鐵心與磁軛采用特制的電氣專用鋼，基座由鋁直接澆鑄而成[8]。繼電器內(nèi)部線路在通電后，內(nèi)部線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)磁場產(chǎn)生的作用力增大到將銜鐵與鐵心吸合后，此時高開斷電。繼電器內(nèi)部線路在斷電后，線圈內(nèi)的電流不斷下降，因?yàn)榫€圈電流減少會造成線圈內(nèi)的磁通量減小，此時線圈會產(chǎn)生一股感應(yīng)電流阻礙線圈電磁場衰減，從而延長繼電器斷電時間。

圖1 JT型直流電磁延時繼電器結(jié)構(gòu)示意圖

2 實(shí)際應(yīng)用效果分析

2018年7月三盤區(qū)井下所有電氣設(shè)備開蓋斷電開關(guān)全部進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，截止2019年1月，通過6個月實(shí)際應(yīng)用效果觀察發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化改進(jìn)后開蓋斷電開關(guān)出現(xiàn)故障共計(jì)出現(xiàn)6起，其中開蓋故障2起，故障斷電4起，與改進(jìn)前相比開關(guān)開蓋故障減少17起，影響采掘工作面生產(chǎn)時間縮短至11 h；三盤區(qū)采套時間繼電器，時間繼電器能夠?qū)㈤_關(guān)的跳閘時間進(jìn)行延時，給保護(hù)裝置提供一段時間來判斷是否為漏電，確保開關(guān)不會誤動作跳閘[5]。

（2）井下設(shè)備延時保護(hù)設(shè)定為0.3 s，然而地面在10 kV高壓母線設(shè)備的開關(guān)延時時間應(yīng)在原來的基礎(chǔ)上增加1.5 s。因此，高壓開關(guān)的延時保護(hù)時間可以設(shè)定為1.8 s左右。井下通常采用的設(shè)備電壓等級為10 kV以下，因此井下開關(guān)的延時時間應(yīng)在原來的基礎(chǔ)上增加0.5 s[6]，這樣井下開關(guān)的動作時間變?yōu)?.8 s。根據(jù)以上措施，地面高壓開關(guān)的延時時間最大調(diào)整為1.8 s，能夠滿足生產(chǎn)需要。掘工作面單位時間采煤量為210 t/h，所以改進(jìn)后可提高原煤采出量達(dá)7.2萬t，提高經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2 152萬元。

3 結(jié)束語

通過技術(shù)研究，分析礦井電氣設(shè)備開蓋斷電開關(guān)常見故障，并根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況提出了相應(yīng)優(yōu)化改進(jìn)措施，通過實(shí)際應(yīng)用效果來看，優(yōu)化改進(jìn)后不僅降低了開關(guān)故障率，提高開關(guān)使用壽命，而且提高了煤礦供電安全，保證了煤礦安全高效生產(chǎn)，取得了顯著應(yīng)用成效。