啟動器開蓋報警閉鎖電路的設計及應用

申水旺 馮書兵

（山西潞安環保能源股份有限公司王莊煤礦，山西 長治 046031）

王莊煤礦540m水平屬于高瓦斯礦井，因而電氣設備的防爆工作特別重要。為了避免帶電開蓋所造成的危險，糾正檢修人員錯誤的作業習慣，王莊煤礦機電中心研制出啟動器開蓋報警閉鎖電路。

1 啟動器開蓋報警閉鎖電路的研制

王莊煤礦540m水平包括71、81、91三個采區，均屬于高瓦斯區域，作業環境比較惡劣，因而礦上一向對煤塵和瓦斯事故進行嚴防死守，其中一項重要的工作就是加強電氣防爆管理。王莊礦只在開關上懸掛警示牌或粘貼標識以提醒檢修人員斷電后再開蓋，需要工人高度的自覺性和責任感，管理起來比較被動，擅自開蓋難以發現，不好制止和糾正。

隨著540m水平的延伸，出現了巷道長度超過2km的9102工作面。9102工作面風、運兩巷長度均超過3km，且由于地質條件的原因，坡路較長，坡度較大，有的位置甚至超過了10°，增加了工人行走、作業的疲勞感。在長度較大的工作面布置設備時，經常會出現開關距離配電硐室的上級電源饋電開關較遠的情況。工人在檢修開關時，不去關閉上級電源，帶電開蓋作業。帶電開蓋會使啟動器上腔內的帶電體暴露在外部環境中，可能造成人身觸電事故，對高瓦斯區域540m水平來說，增加了煤塵、瓦斯爆炸的風險。

為了在工人違章開蓋時及時切斷上級電源，實現報警閉鎖，消除可能產生電氣火花的危險源，便于查出違章開蓋的工人，王莊煤礦機電中心研制了一種啟動器開蓋斷電報警閉鎖電路，將其應用在饋電開關中。

2 啟動器開蓋報警閉鎖電路的原理

該電路采用的是類似煤電鉆綜保裝置中載頻短路保護的技術，通過檢測載頻信號來使饋電開關斷電。啟動器開蓋報警閉鎖電路的核心部分是載頻電路，載頻電路產生的信號會使饋電開關一直保持送電狀態，一旦消失，饋電開關就會立刻跳閘。

該保護電路采用載頻保護方式，電路上始終通有固定頻率的載頻信號，一旦系統電路中出現開蓋，通過開關首先將載頻信號短路，檢測部分判別載頻信號的消失，并且給出切斷饋電開關的執行指令。具體過程如下：

三極管BC1、電感L1、電容C9、C10、電阻R2等元件組成電感三點式自激振蕩器，產生20kHz載頻信號，經兩路輸出：一路經電感L2、R14、R15、C12、C13等元件與660V/1140V三相電網耦合；一路經V1、V2、V3等元件放大后輸出，作為檢測系統回路的取樣信號。正常情況下系統回路由于沒有開蓋現象其網絡絕緣水平高，振蕩器所帶負載很小，C2兩端輸出電壓較高，經V1、V2、V3放大后，使繼電器J1獲得足夠的電壓而吸合，J1繼電器工作，J1-2閉合，J1-1、J1-3斷開，允許饋電合閘。當下級開關開蓋時，也就是K1或K2至Kn閉合通過電容接通主回路使得振蕩器停止工作，J1-1恢復閉合狀態開關報警，J1-3恢復閉合狀態饋電斷電，J1-2斷開使得饋電開關閉鎖不能送電。由于該電路保護具有閉鎖作用，所以當饋電開關跳閘后，在排除故障準備再次送電時，必須將開關的蓋板蓋好，使饋電的閉鎖電路復位才能重新送電。如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 煤礦井下啟動器開蓋報警閉鎖電路原理圖

3 煤礦井下啟動器開蓋報警閉鎖電路的應用實踐

啟動器開蓋報警閉鎖電路在供電系統中的具體布置，如圖4所示，不需要另外敷設電纜，只在饋電開關里安裝煤礦井下電氣設備開蓋報警閉鎖電路，在各分開關里如信號綜合保護裝置、絞車、皮帶、水泵等開關上腔裝設行程開關和高頻電容，保證上腔未打開時電容和電網斷開，上腔打開時電容和電網耦合。各分開關中如果有一個上腔被打開，其電容就會通過行程開關和電網耦合，迫使煤礦井下啟動器開蓋報警閉鎖電路里的電感三點式自激振蕩器停振，繼電器斷開，J1-3閉合使得饋電跳閘并報警閉鎖，防止啟動器帶電狀態下開蓋。

圖2 煤礦井下電氣設備開蓋報警閉鎖電路動作原理圖

圖3 電路實物

圖4 開蓋報警閉鎖裝置在供電系統中的具體布置

工人在打開上圖4中任何一個分開關上腔蓋時，就會使饋電開關跳閘斷電，防止了工人帶電狀態下開蓋，根除發生觸電、瓦斯、煤塵事故的風險，還能在饋電開關報警后，順著線路查出違章開蓋的工人，使其認識到違章開蓋作業的嚴重性，并使其他電工受到警示。通過啟動器開蓋閉鎖報警閉鎖電路的應用，逐步改變了違章開蓋行為多發的狀況。

啟動器開蓋報警閉鎖電路在王莊煤礦井下幾個工作面和輔助運輸巷等作業地點進行了試驗和應用，其效果良好，運行穩定，動作靈敏可靠。自應用該電路后，發現了多起違章開蓋的行為，有效地遏制了帶電開蓋作業的惡習。通過該電路的應用，能消除帶電體暴露于環境中這個重大的危險源，安全效益不可估量。

4 啟動器開蓋報警閉鎖電路的優點

（1）啟動器開蓋報警閉鎖電路能防止工人帶電開蓋，杜絕了由于開蓋導致帶電體裸露，從而引起人身觸電、煤塵和瓦斯爆炸的事故，具有巨大的安全效益。

（2）啟動器開蓋報警閉鎖電路能很快察覺工人擅自開蓋的違規作業行為，并據此對其進行警告和處罰，糾正其不良的作業習慣，提高了檢修人員的安全意識，也提高了該礦電氣設備防爆管理工作的水平。

（3）啟動器開蓋報警閉鎖電路具有不需增加控制線路、只需在饋電開關中安裝該電路、裝設后不影響開關功能和保護以及具有閉鎖報警功能的特點。

（4）該電路應用效果良好，動作靈敏可靠，制作和改造費用低廉，日后的維護也比較簡單，適合大范圍推廣應用。

（5）該電路可以進行靈活變動，經稍微改動后可以應用在掘進機的隨機電纜拖移工作中。當掘進機停機后，饋電開關也同時跳閘，使隨機電纜斷電，可以使工人安全地進行拖移。

5 結 語

啟動器開蓋報警閉鎖電路利用載頻電路、高頻電流的原理來遠程控制饋電開關斷電，彌補了井下電氣閉鎖領域的空白。王莊煤礦自從采用該電路后，檢修人員帶電開蓋的違規行為也有所減少，明顯降低了瓦斯、煤塵事故的風險，電氣防爆工作有了明顯改觀，提升了安全生產和管理水平。該電路有著廣闊的應用前景，應充分利用該技術，為礦井的經濟效益和安全生產做出更大的貢獻。