礦用防爆開關(guān)缺陷分析與改進(jìn)措施

辛衛(wèi)東

（大同煤礦集團(tuán)同家梁礦業(yè)公司，山西大同 037025）

0 引言

防爆高壓開關(guān)是煤礦實(shí)現(xiàn)正常供電必不可少的一套儀器設(shè)備，主要用于保護(hù)供電線路和相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，對煤礦井下的作業(yè)安全和供電起著重要作用。煤礦專用的防爆高壓開關(guān)如果在儀器結(jié)構(gòu)和電氣規(guī)劃方面存在故障，很有可能會(huì)發(fā)生設(shè)計(jì)上的存在缺陷，產(chǎn)生電氣火花，從而引發(fā)火災(zāi)爆炸事件。煤礦生產(chǎn)的安全至關(guān)重要，因此，本文為優(yōu)化礦用防爆高壓開關(guān)的結(jié)構(gòu)和功能提供了理論基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)場概況

現(xiàn)在煤礦井下常用的防爆電氣開關(guān)分為礦用隔爆型開關(guān)和礦用隔爆兼本安型開關(guān)兩種[1]。這兩種開關(guān)的共同作用是調(diào)控電機(jī)和所有水泵的開啟、暫停以及對電機(jī)和水泵進(jìn)行保護(hù)，控制信號(hào)輸出設(shè)備和通訊設(shè)備。維修工作人員對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)時(shí)發(fā)現(xiàn)一些設(shè)備的開關(guān)在結(jié)構(gòu)和電氣規(guī)劃上存在不足。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年上半年就發(fā)生了4起電氣事件，因現(xiàn)場處理比較及時(shí)，沒有出現(xiàn)人員傷亡，但卻耽擱了大量的工作時(shí)間，違背了煤礦生產(chǎn)要求的高效率和安全性。

2 內(nèi)部設(shè)計(jì)缺陷分析及改進(jìn)

2.1 開關(guān)閉鎖結(jié)構(gòu)

煤礦將現(xiàn)場所有的電氣開關(guān)都做了調(diào)整，在閉鎖桿上面增加了直徑8 mm的孔徑，在閉鎖桿接觸隔離開關(guān)開始進(jìn)行閉鎖操作時(shí)，就能夠利用孔徑增加相應(yīng)的鎖具。應(yīng)用這種方法不僅能夠確保閉鎖桿進(jìn)行扭動(dòng)，還能確保隔離開關(guān)沒有開時(shí)不會(huì)出現(xiàn)漏電[2]。例如，電鉗工人開始維修或者維護(hù)設(shè)備時(shí)要進(jìn)行停電并上鎖，然后帶走鑰匙。當(dāng)維修結(jié)束后，將鎖打開，再開始送電。這種規(guī)劃方案能夠規(guī)避其他工作人員的無意識(shí)送電，然而弊端是無法滿足通電開啟接線腔開關(guān)的使用。

根據(jù)閉鎖桿增加孔徑加鎖規(guī)劃方案出現(xiàn)的弊端，可以使用分級別閉鎖開關(guān)來進(jìn)行處理。把接線腔進(jìn)行分離，獨(dú)立出電源進(jìn)線腔以及負(fù)載出線腔。在通電情形下時(shí)，任何一個(gè)接線腔如果被開啟，閉鎖結(jié)構(gòu)均會(huì)立即進(jìn)行閉鎖，然后斷開電源。負(fù)載出線腔的作用是針對同級別的開關(guān)執(zhí)行閉鎖操作，但電源進(jìn)線腔的作用是對上一級別的開關(guān)執(zhí)行閉鎖操作。如果要對設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，需要完善每一個(gè)級別的閉鎖開關(guān)[3]。

2.2 電源變壓器改壓裝置

煤礦常應(yīng)用電源變壓器這種改壓設(shè)備，在制定使用方案時(shí)忽略了煤礦井下復(fù)雜的環(huán)境條件，電源變壓器常常被擋在開關(guān)本體后面，只有先將螺釘松開，把本體挪出來之后，才能進(jìn)行變壓器的改壓操作，這種操作過程過于繁瑣而且耗費(fèi)時(shí)間。另外，螺釘頻繁進(jìn)行松緊，就會(huì)使得螺口出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致無法固定。了解到煤礦井下光線較差，需要將紐子開關(guān)增加到開關(guān)本體上，在進(jìn)行變壓操作時(shí)，僅需要開啟紐子開關(guān)即可。這種操作方法相對簡單快捷，也更加符合煤礦井下的復(fù)雜條件[4]。

2.3 阻容吸收設(shè)備

阻容吸收設(shè)備的主要作用是利用對電壓的吸收進(jìn)而保護(hù)開關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，如果阻容吸收設(shè)備安置不合適，可能會(huì)引起電氣短路，導(dǎo)致保護(hù)功能失效，從而發(fā)生安全事故。對開關(guān)負(fù)載電荷進(jìn)行調(diào)整時(shí)，容易發(fā)生阻容吸收設(shè)備的電氣差值太低，導(dǎo)致線路短路，或者裝置不合適引起對地線路短路。兩者發(fā)生的均是短路事故，因此都能夠應(yīng)用絕緣性能較好的環(huán)氧樹脂來將電容和電阻進(jìn)行包圍，同時(shí)加強(qiáng)對檢修人員專業(yè)技能的培訓(xùn)，防止阻容設(shè)備安裝錯(cuò)誤[5]。

2.4 其他改進(jìn)

接觸器內(nèi)有一些橡膠材料的軟墊，隨著使用次數(shù)和時(shí)間的增加會(huì)出現(xiàn)氧化。使用抗氧化較好的硅橡膠，同時(shí)添加滑石粉可以更好地起到防氧化效果。開關(guān)箱中存在大量的電氣零件，在運(yùn)輸時(shí)偶爾會(huì)發(fā)生松動(dòng)掉落現(xiàn)象，因此加強(qiáng)所有電氣零件的固定十分重要，待所有零件裝置合格后開通通電帶載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足要求后再開始應(yīng)用[6]。

3 外殼設(shè)計(jì)缺陷分析及改進(jìn)

煤礦應(yīng)用的防爆開關(guān)的開門模式是齒條型快開門形式，這種開門形式操作較為簡單，不過因?yàn)榉辣臻g比較大，而且也在利用腔內(nèi)空間，所以使得腔內(nèi)空間的可利用范圍變小。防爆開關(guān)使用時(shí)間久后，有可能會(huì)由于腐蝕生銹導(dǎo)致開合難的問題，影響了維修人員的工作效率，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致防爆失效。所以，改善防爆開關(guān)的外型以及開合形式極其重要。

3.1 防爆開關(guān)外殼

按照相關(guān)要求，防爆式電氣設(shè)備的外殼必須要堅(jiān)固，內(nèi)部可燃性氣體如果發(fā)生爆炸不能使外殼受損，同時(shí)內(nèi)部的氣體火焰不能滲出來。因此，防爆開關(guān)的外殼需要具備堅(jiān)固性。

外殼材料選取1 cm厚度的鋼板，確保外殼的質(zhì)量能夠滿足要求，能夠承受氣體爆炸時(shí)的溫度沖擊。另外，外殼在設(shè)計(jì)完成后要接受靜壓測試。具體測試步驟是在外殼上增加0.8 MPa的水壓，如果外殼能堅(jiān)持10 s不變形，說明外殼具備耐爆性。不傳爆性的條件是外殼完成之后，外殼表面的寬度和潔面符合要求。因此，配置結(jié)束后，可以加大結(jié)合面的寬度，同時(shí)確保防爆結(jié)合面空間縫隙不超過0.4 mm，并且經(jīng)常打磨防爆結(jié)合面來增強(qiáng)光潔度[7]。

3.2 防爆開關(guān)開門方式

改進(jìn)前的防爆開關(guān)應(yīng)用的是左右式的開門形式，具體如圖1所示。這種開門結(jié)構(gòu)較占空間，而且開門很不方便，存在一定的安全隱患，對此應(yīng)對防爆開關(guān)的開門結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

圖1 改進(jìn)前的防爆開關(guān)開門結(jié)構(gòu)圖

優(yōu)化后的防爆外殼應(yīng)用的開門形式是上下式，并且利用12個(gè)卡鉤來阻礙防爆間隙的擴(kuò)大，確保腔內(nèi)空間的使用量不影響外殼的正常開合。另外，卡鉤可以針對防爆間隙進(jìn)行更換，進(jìn)而方便在檢修時(shí)調(diào)整間隙。優(yōu)化后的開門結(jié)構(gòu)如圖2所示。手柄被銷子卡在外殼上面，以偏離心軸的圓心為活動(dòng)中心；把上壓板和上支板以及下支板卡在外殼上面，通過升降桿的作用，把門體和外殼接觸在一起，使用螺釘把升降桿卡在門軸上面；上支板和下支板上都設(shè)計(jì)了導(dǎo)向孔，升降桿能夠自由在孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)。開門原理圖如圖3所示。扭動(dòng)手柄，然后上支板就能夠獲得向上的沖力，同時(shí)門板把卡鉤擠出后開始往外運(yùn)轉(zhuǎn)。這種操作利用了杠桿原理，在開門時(shí)非常省力；進(jìn)行關(guān)門操作時(shí)，把手柄先舉起來，確保門板和外殼不錯(cuò)位，手柄開始傳遞沖力，門體往下轉(zhuǎn)移，這時(shí)卡鉤恢復(fù)原來位置，關(guān)門操作完成。在具體應(yīng)用中，手柄反向旋轉(zhuǎn)90°后，門板向上會(huì)移動(dòng)26 mm，這時(shí)卡鉤和門板卡入的差距是24 mm，若開合時(shí)，門板運(yùn)動(dòng)無阻礙，說明門板設(shè)計(jì)滿足要求[8]。

圖2 改進(jìn)后的防爆開關(guān)開門結(jié)構(gòu)圖

圖3 防爆開關(guān)開門原理圖

4 結(jié)束語

對防爆開關(guān)閉鎖結(jié)構(gòu)、電源變壓器改壓設(shè)備、阻容吸收設(shè)備和外部的外殼質(zhì)量和開門形式進(jìn)行優(yōu)化之后，在煤礦半年的工業(yè)測試中，沒有出現(xiàn)由于防爆開關(guān)故障引發(fā)的電氣事故。優(yōu)化后的防爆開關(guān)實(shí)現(xiàn)了大范圍推廣，這種優(yōu)化措施不僅增強(qiáng)了防爆開關(guān)的穩(wěn)定性，而且切實(shí)保障了煤礦的安全和高產(chǎn)。