礦用隔爆開關開蓋斷電裝置應用分析

申光玉

（潞安化工集團司馬煤業有限公司， 山西 長治 046000）

1 隔爆開關概述

礦用隔爆型開關是煤礦重要供電設備之一，隔爆開關主要對供電設備起供電控制作用，具有隔爆性能好、便于操作維護、結構簡單、保護動作靈敏等優點[1-3]。司馬礦井下主要采用KBZ80/120/200/400等型號隔爆開關，該類型開關主要由隔爆金屬外殼、電壓監測表、電流監測表、控制按鈕、隔離開關手柄、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安裝KBZ 型隔爆開關47 臺，主要控制井下采掘工作面機電設備及排水設備等；傳統的隔爆開關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，通過打開隔爆開關前蓋對設備內部進行檢修維護，但是傳統隔爆開關不具有開蓋斷電功能，導致檢修人員在違章帶電檢修隔爆開關時，經常出現觸電事故，威脅著檢修施工安全。司馬礦機電科經統計發現，2020—2021年井下共計發生7 起帶電檢修事故，燒傷1 人，燒毀開關4 臺，經濟損失達47.2 萬元。

2 開關開蓋斷電報警裝置設計

為了解決傳統隔爆開關存在的不足，實現隔爆開關開蓋斷電的目的，減少開關檢修事故率，司馬礦通過技術研究，設計了一套開蓋斷電報警裝置。

2.1 裝置組成部分

1）隔爆開關開蓋斷電報警控制裝置主要由開蓋傳感器、PLC 控制箱、監測分臺、網絡交換站、工業以太網、監測主機、防爆聲光報警器和隔爆開關二防鎖等部分構成，如圖1 所示。

圖1 礦用隔爆開關開蓋斷電裝置結構示意圖

2）開蓋傳感器主要安裝在開關蓋板里側，傳感器通過信號線與聯鎖控制器及PLC 控制箱連接，PLC 控制箱與隔爆開關及監控分臺連接，監控分臺采用信號電纜與井底車場的網絡交換站連接，地面、井下網絡交換站通過工業以太網進行數據無線傳輸。

2.2 裝置工作原理

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

2）PLC 控制箱收集到隔爆開關帶電開蓋信號后，及時上傳至監控分臺，監控分臺通過數據處理、儲存后再將信號傳送至井底車場的網絡交換站內并由光纖傳送給地面系統，在井口處再由環網交換器傳送信息給地面系統。

3）地面監測主機系統安裝了井下隔爆開關帶電開蓋預警系統及三維動畫組態軟件，預警系統與組態軟件配套使用，并通過顯示器進行直觀顯示，工作人員通過顯示界面直觀看到井下隔爆開關布置位置、開關開停狀態、開關故障情況及開蓋檢修情況等。

4）當高壓隔爆控制開關斷電后，由PLC 控制箱實時把信息反饋給開蓋的感應器，當感應器收到信息后立即停機并報警，此時采用手動方式打開控制器二防鎖，隔爆開關方可打開。

3 開蓋斷電裝置優缺點

3.1 優點

1）與傳統隔爆開關相比，隔爆開關安裝開關斷電裝置后，實現了開關帶電開蓋、帶電檢修等超前預警及強制斷電閉鎖的目的，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安全性能[4]。

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

3）該裝置投入使用后實現了地面操作人員遠程對井下每臺隔爆開關實時監控，可對每臺開關檢修時是否存在違章帶電檢修進行監控，并對每臺開關檢修及運行工況進行記錄。

4）在隔爆開關上設置的開關二防鎖，可有效避免非專業人員私開蓋、自送電運行，和防范偷盜電力元器件等；鎖芯鎖鑰和萬能鑰匙的配套應用，進一步提高了隔爆開關安全管理設備水平。

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

3.2 缺點

1）礦用隔爆開關安裝開蓋斷電裝置后雖能夠實現“三開一防”保護目的[5]，但是由于該裝置結構相對復雜，后期維護費用相對較高。

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

3）該裝置采用PLC 控制箱接收信號及對信號進行處理，采用無線網進行數據信號傳輸。由于井下大型機電設備及高壓電纜數量多，導致裝置在運行過程中受高次諧波影響嚴重，信號傳輸時出現失真現象。

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

4 應用效果

2020 年3 月司馬礦對井下一采區1207 工作面9 臺KBZ 型隔爆開關各安裝了一套開蓋斷電裝置，截至2021 年3 月通過1 年的實際應用效果來看，該裝置投入使用后未出現誤動作現象，有效阻止了人為開蓋檢修事件11 起，未發生一起因人為帶電開蓋檢修開關時出現設備燒毀、人員觸電事故，全年設備檢修事故率由原來的17%降低為2%，開關損壞率由原來的45%降低至4%，開關維修費用減少了約40 萬元，該裝置得到了潞安集團及煤業公司領導一致認可，并在其他煤礦進行推廣應用。