淺析爆炸環(huán)境中真空可逆電磁起動(dòng)器在換向操作中的短路故障的預(yù)防

伊念東

（雙龍公司，安徽 淮北 235047）

1 引言

近幾年，國家為了保護(hù)煤礦職工生命安全，降低煤礦生產(chǎn)事故率，不斷加大對煤礦安全設(shè)施的投入。為了確保安全，我公司添置了大量先進(jìn)的電子化、真空化的電器設(shè)備。但是我公司使用的QBZ－80N、QBZ－120N等型號的礦用隔爆型真空可逆電磁起動(dòng)器在井下使用過程中經(jīng)常發(fā)生短路事故，嚴(yán)重威脅煤礦井下安全生產(chǎn)。

2 發(fā)生短路故障的原因分析

經(jīng)過對發(fā)生事故的設(shè)備進(jìn)行分析研究，得出結(jié)論:現(xiàn)在使用的礦用隔爆型真空可逆電磁起動(dòng)器在設(shè)備閉鎖設(shè)計(jì)上沿用了原來的QC系列可逆磁力起動(dòng)器使用的電器閉鎖和機(jī)械閉鎖的工作原理。而這種電器閉鎖和機(jī)械閉鎖的工作原理和工作方式在礦用隔爆型真空可逆電磁起動(dòng)器中不能起到在兩個(gè)可逆真空接觸器之間的可靠閉鎖，從而在換向操作過程中發(fā)生短路事故。

在可逆磁力起動(dòng)器中設(shè)計(jì)電氣閉鎖和機(jī)械閉鎖的目的就是為了保護(hù)可逆電氣設(shè)備，在工作中當(dāng)正向（或反向）接觸器工作吸合時(shí)，反向（或正向）接觸器不能吸合。包括故障狀態(tài)，當(dāng)接觸器在工作由于各種原因造成一相或多相觸頭粘連時(shí)，按下停止按紐，控制回路斷開中間繼電器線圈，失電中間繼電器打開。設(shè)備斷電。這時(shí)由于觸頭粘連，正向（或反向）接觸器沒有打開，通過電氣閉鎖和機(jī)械閉鎖使反向（或正向）接觸器不能吸合。從而避免短路事故的發(fā)生。

在QBZ－80N、QBZ－120N礦用隔爆型真空可逆電磁起動(dòng)器中，真空管觸頭開距只有1.2mm或是1.5mm，而且真空管動(dòng)觸頭是通過彈簧管連接的。兩個(gè)真空接觸器之間的機(jī)械閉鎖是通過一個(gè)金屬杠桿來實(shí)現(xiàn)的。由于真空管觸頭開距很小，金屬杠桿的動(dòng)作行程很小。加上金屬杠桿的動(dòng)作要求靈活，它的裝配配合就存在裝配間隙，使金屬杠桿的動(dòng)作產(chǎn)生一部分空行程。這就使真空接觸器的機(jī)械閉鎖變的很不可靠。當(dāng)真空管觸頭粘連時(shí)它的真空接觸器機(jī)械閉鎖不能可靠閉鎖，在進(jìn)行換向操作時(shí)發(fā)生短路事故。

3 短路故障的解決方案

通過對QBZ－80N、QBZ－120N礦用隔爆型真空可逆電磁起動(dòng)器在煤礦井下使用過程中，發(fā)生短路事故的原因進(jìn)行分析、討論、試驗(yàn)，我們有針對性的設(shè)計(jì)了解決方案。

（1）礦用隔爆型真空可逆電磁起動(dòng)器在煤礦井下使用過程中，發(fā)生短路事故的主要原因是因?yàn)榈V用隔爆型真空可逆電磁起動(dòng)器的真空接觸器的真空管的觸頭產(chǎn)生粘連。當(dāng)一個(gè)真空接觸器的真空管的觸頭產(chǎn)生粘連后（進(jìn)行換向連接的真空管），在進(jìn)行換向操作時(shí)，另一真空接觸器吸合，真空管的觸頭導(dǎo)通。這時(shí)短路事故發(fā)生。這種原因?qū)е碌亩搪肥鹿剩O(shè)備自身不能有效預(yù)防和保護(hù)。一是因?yàn)樵O(shè)備自身的JDB保護(hù)系統(tǒng)只對設(shè)備的負(fù)荷電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。而不能對設(shè)備自身進(jìn)行保護(hù)；二是因?yàn)橛捎谡婵战佑|器自身的結(jié)構(gòu)和吸合動(dòng)作的行程很小。觸頭開距很小，機(jī)械閉鎖的結(jié)構(gòu)等原因造成真空接觸器的機(jī)械閉鎖閉鎖很不可靠。

在開關(guān)內(nèi)增加一套對真空接觸器在開關(guān)啟動(dòng)前真空管的觸頭是否粘連進(jìn)行監(jiān)控的電路。當(dāng)開關(guān)啟動(dòng)前對真空接觸器的真空管的觸頭是否粘連進(jìn)行監(jiān)控。起動(dòng)后則斷開監(jiān)控回路，當(dāng)開關(guān)啟動(dòng)前真空接觸器的真空管的觸頭不發(fā)生粘連，監(jiān)控的控制回路不動(dòng)作，開關(guān)正常啟動(dòng)。啟動(dòng)后，通過開關(guān)原來的控制回路中的中間繼電器的常閉接點(diǎn)。斷開監(jiān)控回路。使開關(guān)正常工作。當(dāng)開關(guān)啟動(dòng)前真空接觸器的真空管的觸頭發(fā)生粘連，監(jiān)控的控制回路工作，使開關(guān)不能啟動(dòng)，避免設(shè)備發(fā)生短路事故。

監(jiān)控回路的工作原理:

方案一，是在真空接觸器負(fù)荷側(cè)加三相電抗器進(jìn)行采樣，經(jīng)三相電抗器中性點(diǎn)——原開關(guān)控制回路中的兩個(gè)中間繼電器的常閉接點(diǎn)串聯(lián)——電阻——接地。當(dāng)開關(guān)啟動(dòng)前真空接觸器的真空管的觸頭不發(fā)生粘連，真空管的觸頭處于開路狀態(tài)。三相電抗器中性點(diǎn)沒有采集信號。監(jiān)控回路不構(gòu)成回路。監(jiān)控的控制回路不動(dòng)作。開關(guān)正常啟動(dòng)。當(dāng)開關(guān)啟動(dòng)前兩個(gè)真空接觸器的六個(gè)真空管的觸頭中的任何一個(gè)發(fā)生粘連。合上開關(guān)隔離開關(guān)，在開關(guān)起動(dòng)前，電源經(jīng)隔離開關(guān)——真空管的觸頭中粘連點(diǎn)——三相電抗器中性點(diǎn)——原開關(guān)控制回路中的兩個(gè)中間繼電器的常閉接點(diǎn)——接地電阻形成回路（相當(dāng)于前一級饋電開關(guān)的漏電試驗(yàn)回路）使前一級饋電開關(guān)的選擇性漏電保護(hù)動(dòng)作，切斷真空可逆電磁起動(dòng)器的電源。使開關(guān)沒電，不能啟動(dòng)。避免設(shè)備發(fā)生短路事故。

方案二，是在真空接觸器負(fù)荷側(cè)加三相零序電壓互感器采樣，經(jīng)原開關(guān)控制回路中的兩個(gè)中間繼電器的常閉接點(diǎn)進(jìn)入開關(guān)自身的JDB保護(hù)器，在保護(hù)器內(nèi)對采樣信號進(jìn)行處理。當(dāng)開關(guān)啟動(dòng)前兩個(gè)真空接觸器的六個(gè)真空管的觸頭中的任何一個(gè)發(fā)生粘連，三相零序電壓互感器有信號，經(jīng)處理后，驅(qū)動(dòng)JDB保護(hù)器動(dòng)作元件J1動(dòng)作。使JDB保護(hù)器3、4號接點(diǎn)斷開。開關(guān)不能起動(dòng)。避免設(shè)備發(fā)生短路事故。但該方案要在JDB保護(hù)器內(nèi)進(jìn)行線路改動(dòng)，需要與開關(guān)廠家進(jìn)行合作。

（2）礦用隔爆型真空可逆電磁起動(dòng)器在煤礦井下使用過程中，發(fā)生短路事故的另一原因是設(shè)備在工作中。當(dāng)設(shè)備由正向工作狀態(tài)需要切換成反向工作狀態(tài)時(shí)，在進(jìn)行換向操作過程中，由于換向操作速度過快。（按下停止按紐后，電機(jī)還沒有停止。又立即按了反向起動(dòng)按紐。電機(jī)由正向轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)立即改變成反向起動(dòng)工作狀態(tài)。）這時(shí)有可能產(chǎn)生達(dá)到工作電壓3～10倍的反向感應(yīng)電動(dòng)勢。這一超高電壓感應(yīng)電動(dòng)勢有可能在設(shè)備主回路中絕緣最薄弱處擊穿，從而造成相間短路，引發(fā)短路事故。針對這一事故產(chǎn)生原因，我們通過在制度上加以規(guī)定，以消除發(fā)生事故的原因。我們通過在設(shè)備操作規(guī)程增加一條規(guī)定。即在進(jìn)行換向操作時(shí)，當(dāng)按下停止按紐后。10s內(nèi)不得進(jìn)行反向起動(dòng)操作。通過這一規(guī)定，杜絕了產(chǎn)生超高電壓感應(yīng)電動(dòng)勢原因，保證了設(shè)備安全運(yùn)行。

（3）真空管發(fā)生粘連是引發(fā)各種煤礦井下電器設(shè)備發(fā)生事故的主要原因。真空管發(fā)生粘連的原因有:①真空管質(zhì)量差，真空度低或觸頭材料質(zhì)量差；②真空管使用時(shí)間過長，真空管真空度下降；③真空管在工作過程中觸頭因電弧高溫氣化后又冷凝，形成的金屬小顆粒堆積造成粘連。這些原因使真空管在工作中發(fā)生粘連成為一個(gè)不可避免的問題。而真空管在工作中過程中一但發(fā)生粘連就有可能發(fā)生事故。而真空管觸頭在日常工作或檢修中，觸頭是否粘連很難鑒定。我們設(shè)計(jì)的這套對真空管觸頭是否粘連進(jìn)行監(jiān)控的監(jiān)控回路，能夠有效的堅(jiān)決這一難題。

（4）根據(jù)我們對設(shè)備機(jī)械閉鎖、電氣閉鎖的結(jié)構(gòu)、動(dòng)作過程、工作原理的分析討論。對動(dòng)作不可靠的原因的分析。我們對由原來的在正向（或反向）起動(dòng)控制回路中串入一個(gè)反向（正向）中間繼電器常閉接點(diǎn)。我們在此基礎(chǔ)上在正向（或反向）起動(dòng)控制回路中又多串入一組反向（正向）真空接觸器常閉接點(diǎn)。提高了電氣閉鎖的可靠性。我們對機(jī)械閉鎖材料強(qiáng)度、零件尺寸、裝配間隙、動(dòng)作行程、進(jìn)行改進(jìn)。減少了機(jī)械閉鎖的空行程。提高了機(jī)械閉鎖在正常工作狀態(tài)下閉鎖可靠性。