礦用隔爆開關(guān)開蓋斷電裝置應(yīng)用分析

申光玉

（潞安化工集團(tuán)司馬煤業(yè)有限公司， 山西 長治 046000）

1 隔爆開關(guān)概述

礦用隔爆型開關(guān)是煤礦重要供電設(shè)備之一，隔爆開關(guān)主要對供電設(shè)備起供電控制作用，具有隔爆性能好、便于操作維護(hù)、結(jié)構(gòu)簡單、保護(hù)動作靈敏等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。司馬礦井下主要采用KBZ80/120/200/400等型號隔爆開關(guān)，該類型開關(guān)主要由隔爆金屬外殼、電壓監(jiān)測表、電流監(jiān)測表、控制按鈕、隔離開關(guān)手柄、真空斷路器、接線腔、變壓器、電抗器、熔斷器等部分組成。目前司馬礦井下共計(jì)安裝KBZ 型隔爆開關(guān)47 臺，主要控制井下采掘工作面機(jī)電設(shè)備及排水設(shè)備等；傳統(tǒng)的隔爆開關(guān)接線腔上方采用防爆隔板與殼體固定，檢修人員打開隔板安裝線路，通過打開隔爆開關(guān)前蓋對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行檢修維護(hù)，但是傳統(tǒng)隔爆開關(guān)不具有開蓋斷電功能，導(dǎo)致檢修人員在違章帶電檢修隔爆開關(guān)時，經(jīng)常出現(xiàn)觸電事故，威脅著檢修施工安全。司馬礦機(jī)電科經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2020—2021年井下共計(jì)發(fā)生7 起帶電檢修事故，燒傷1 人，燒毀開關(guān)4 臺，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)47.2 萬元。

2 開關(guān)開蓋斷電報(bào)警裝置設(shè)計(jì)

為了解決傳統(tǒng)隔爆開關(guān)存在的不足，實(shí)現(xiàn)隔爆開關(guān)開蓋斷電的目的，減少開關(guān)檢修事故率，司馬礦通過技術(shù)研究，設(shè)計(jì)了一套開蓋斷電報(bào)警裝置。

2.1 裝置組成部分

1）隔爆開關(guān)開蓋斷電報(bào)警控制裝置主要由開蓋傳感器、PLC 控制箱、監(jiān)測分臺、網(wǎng)絡(luò)交換站、工業(yè)以太網(wǎng)、監(jiān)測主機(jī)、防爆聲光報(bào)警器和隔爆開關(guān)二防鎖等部分構(gòu)成，如圖1 所示。

圖1 礦用隔爆開關(guān)開蓋斷電裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）開蓋傳感器主要安裝在開關(guān)蓋板里側(cè)，傳感器通過信號線與聯(lián)鎖控制器及PLC 控制箱連接，PLC 控制箱與隔爆開關(guān)及監(jiān)控分臺連接，監(jiān)控分臺采用信號電纜與井底車場的網(wǎng)絡(luò)交換站連接，地面、井下網(wǎng)絡(luò)交換站通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)無線傳輸。

2.2 裝置工作原理

1）工作人員在違章帶電開蓋時，感應(yīng)器首先檢測開關(guān)斷電狀況，若開關(guān)已經(jīng)斷電時感應(yīng)器并不進(jìn)行動作保護(hù)，或者如果尚未斷電時感應(yīng)器及時完成了保護(hù)動作并報(bào)警，將隔爆開關(guān)的二防鎖自行鎖死，并把開蓋的信息傳送回PLC 控制箱，再經(jīng)過信號處理后把切斷的電源指令發(fā)送至高壓隔爆開關(guān)，從而迅速地把開蓋電源斷開。

2）PLC 控制箱收集到隔爆開關(guān)帶電開蓋信號后，及時上傳至監(jiān)控分臺，監(jiān)控分臺通過數(shù)據(jù)處理、儲存后再將信號傳送至井底車場的網(wǎng)絡(luò)交換站內(nèi)并由光纖傳送給地面系統(tǒng)，在井口處再由環(huán)網(wǎng)交換器傳送信息給地面系統(tǒng)。

3）地面監(jiān)測主機(jī)系統(tǒng)安裝了井下隔爆開關(guān)帶電開蓋預(yù)警系統(tǒng)及三維動畫組態(tài)軟件，預(yù)警系統(tǒng)與組態(tài)軟件配套使用，并通過顯示器進(jìn)行直觀顯示，工作人員通過顯示界面直觀看到井下隔爆開關(guān)布置位置、開關(guān)開停狀態(tài)、開關(guān)故障情況及開蓋檢修情況等。

4）當(dāng)高壓隔爆控制開關(guān)斷電后，由PLC 控制箱實(shí)時把信息反饋給開蓋的感應(yīng)器，當(dāng)感應(yīng)器收到信息后立即停機(jī)并報(bào)警，此時采用手動方式打開控制器二防鎖，隔爆開關(guān)方可打開。

3 開蓋斷電裝置優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

1）與傳統(tǒng)隔爆開關(guān)相比，隔爆開關(guān)安裝開關(guān)斷電裝置后，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)帶電開蓋、帶電檢修等超前預(yù)警及強(qiáng)制斷電閉鎖的目的，有效降低了人為帶電開蓋檢修事故率，以此提高了隔爆開關(guān)安全性能[4]。

2）該裝置可有效地避免非專業(yè)工作人員擅自開蓋作業(yè)，并確保專業(yè)工作人員不得帶電開蓋作業(yè)；裝置動作靈敏、可靠，提高了礦用隔爆開關(guān)防止觸電事故自動化水平。

3）該裝置投入使用后實(shí)現(xiàn)了地面操作人員遠(yuǎn)程對井下每臺隔爆開關(guān)實(shí)時監(jiān)控，可對每臺開關(guān)檢修時是否存在違章帶電檢修進(jìn)行監(jiān)控，并對每臺開關(guān)檢修及運(yùn)行工況進(jìn)行記錄。

4）在隔爆開關(guān)上設(shè)置的開關(guān)二防鎖，可有效避免非專業(yè)人員私開蓋、自送電運(yùn)行，和防范偷盜電力元器件等；鎖芯鎖鑰和萬能鑰匙的配套應(yīng)用，進(jìn)一步提高了隔爆開關(guān)安全管理設(shè)備水平。

5）該裝置可用于不同型號的礦用隔爆開關(guān)，而且可用于井下移動變電站等。裝置使用性強(qiáng)、應(yīng)用區(qū)域廣，而且故障率低，整套裝置成本費(fèi)用不足0.87 萬元，成本費(fèi)用低。

3.2 缺點(diǎn)

1）礦用隔爆開關(guān)安裝開蓋斷電裝置后雖能夠?qū)崿F(xiàn)“三開一防”保護(hù)目的[5]，但是由于該裝置結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，后期維護(hù)費(fèi)用相對較高。

2）由于該裝置安裝在井下，井下在采掘施工過程中工作環(huán)境相對復(fù)雜，如產(chǎn)生高濃度粉塵、高次諧波等都會對裝置產(chǎn)生影響，導(dǎo)致裝置信號傳輸失真、動作保護(hù)失效等，所以需定期對裝置進(jìn)行清理維護(hù)。

3）該裝置采用PLC 控制箱接收信號及對信號進(jìn)行處理，采用無線網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號傳輸。由于井下大型機(jī)電設(shè)備及高壓電纜數(shù)量多，導(dǎo)致裝置在運(yùn)行過程中受高次諧波影響嚴(yán)重，信號傳輸時出現(xiàn)失真現(xiàn)象。

4）該裝置采用報(bào)警語音來警示工作人員擅自打開上蓋，而且裝置保護(hù)動作敏感度較高，若不慎觸及設(shè)備易引起誤動作。

4 應(yīng)用效果

2020 年3 月司馬礦對井下一采區(qū)1207 工作面9 臺KBZ 型隔爆開關(guān)各安裝了一套開蓋斷電裝置，截至2021 年3 月通過1 年的實(shí)際應(yīng)用效果來看，該裝置投入使用后未出現(xiàn)誤動作現(xiàn)象，有效阻止了人為開蓋檢修事件11 起，未發(fā)生一起因人為帶電開蓋檢修開關(guān)時出現(xiàn)設(shè)備燒毀、人員觸電事故，全年設(shè)備檢修事故率由原來的17%降低為2%，開關(guān)損壞率由原來的45%降低至4%，開關(guān)維修費(fèi)用減少了約40 萬元，該裝置得到了潞安集團(tuán)及煤業(yè)公司領(lǐng)導(dǎo)一致認(rèn)可，并在其他煤礦進(jìn)行推廣應(yīng)用。