礦用防爆電氣設備母線電源指示裝置的設計

＊魏 星

（晉能控股裝備制造集團寺河礦二號井 山西 048000）

前言

隨著我國煤礦設備技術標準不斷提升，煤礦設備的耗電量也越來越大，所以煤礦電力系統的安全標準也在逐步提高。礦井電力設備不僅僅是供電設備，還包括啟動器、變電站、饋電開關等電力系統保護設備。這些設備承擔著井下電力系統的運行安全，是整個供電系統中不可或缺的部分。在我國煤礦安全法規中明確規定井下電力設備不可隨便搬遷更換，更不能帶電對井下電力設備進行維修。所以針對此規定，井下電力開關都配備了閉鎖裝置，設置該裝置目的在于禁止井下一切違規用電操作，即井下設備開關在斷電后要立即閉鎖。同時電閘開關周圍還放置警示標語，提醒工作人員提高安全用電意識。

通風、供電、排水與采煤共同組成了煤礦開采系統，其中供電系統是整個煤礦系統中最為關鍵的一項。供電的可靠性直接影響了整個煤礦開采的進度。所以保障煤礦電力系統的穩定運行，就是保障煤礦開采的效率與安全。

1.礦井下防爆電氣設備存在的安全隱患

在煤礦開采過程中，礦井防爆設備是井下工作人員與電力設備最大的安全保障，其穩定性與可靠性直接影響著電力系統的正常運行。但受自身質量的影響，煤礦設備在運行的過程中偶爾會出現設備故障等質量問題，若這些質量問題得不到有效的解決，則很大程度上會影響煤礦開采的安全。以下是煤礦設備主要安全問題產生原因。

(1)設備質量不達標

設備質量不僅影響著井下作業的效率，還影響了井下工作人員的人身安全。我國許多中小型煤礦在電力系統的安全防范方面做的還不夠到位。受自身經濟實力的影響，這些中小型煤礦還在使用老舊的電力系統設備，甚至一些煤礦的安全防范都未達到國家規定標準，所以對部分中小型煤礦要加大監察力度，促使其提高煤礦設備的質量安全。

(2)配套零件雜亂

井下電氣設備配套零件的品質好壞，直接決定了電氣設備的使用壽命。在一些電氣設備使用的過程中會出現零部件老化或磨損的情況。工作人員對報廢的配件進行更換時要保證新更換零部件的質量品質，不能把品控較差的配套零件更換到電力設備中去。一些煤礦企業為了減少成本開支，將合格率不達標的設備配件安裝在正在使用的電力設備中，這就造成了電力設備在使用過程中出現故障損壞，長期以往礦井安全得不到保證，發生爆炸的幾率則會逐步提高。

(3)對設備缺乏規范化管理

能否規范化管理井下電力設備，是影響井下生產安全的另一個重要因素。現在許多煤礦只注重生產效率，忽略了電力設備的規范管理，所以煤礦設備的使用環境存在一定的安全風險。煤炭開采環境會間接影響電力設備的運行，從而導致危險系數增加，事故發生的概率也會增加。

在以往的電力設備檢修過程中，工作人員僅通過防爆電氣設備的控制界面來觀察設備內部是否帶電，在維修的過程中由于顯示界面不通電，維修人員不能檢測內部電壓元件是否帶電，所以極有可能造成維修人員被電擊的事故發生。其次是電力設備內部回路出現故障時，維修工作人員只能通過自己的判斷來進行檢修，完全沒有參考依據，此過程耗時較長，嚴重降低了礦井施工效率。綜上所述，在電力設備維護時需設置一種母線電源指示器，該指示器對防爆電器的安全性有一定增強作用，是提高礦井安全施工的重要措施。

2.母線電源指示裝置技術方案

我國電氣設備是本體腔、出線腔以及進線腔組成的多腔體電氣設備，其中電路回路中的開關原件大部分裝配在本體腔內，設備中的線路連接多設置在進線與出線腔內。當閉鎖裝置處于關閉狀態時，本體腔通電，閉鎖裝置在開啟狀態時，本體腔斷電。閉鎖結構在解除的狀態下出線側應保持無電流通過，而在開蓋的狀態下出線側可通過電流。但此時維護的工作人員仍有觸電的可能。最后電氣設備以電氣連鎖與機械連鎖的方式進行工作，閉鎖功能只能作用于電路的斷路器中。

在電氣設備的進線側安裝母線電源指示器，隨后在防爆開關的線路處設置指示燈，出線側電流的通過狀態可以在指示燈中顯示出來。最后關閉供電設備的安全鎖，避免違規使用礦井電路。本技術方案有如下技術解析：

(1)電源指示裝置的基本原理

母線電源顯示裝置結構如圖1所示。該結構裝置以實際維檢功能為主，通過電源電路模塊來實現指示功能。

圖1 母線電源指示裝置原理框圖

由圖1可知，該指示裝置內部有顯示模塊、電插鎖以及傳感器模塊三部分構成，其中傳感器中設置了控制集成電路，而集成電路模塊中又包含了轉換與變換電路、敏感與隔離原件。該指示裝置把三相中的電信號通過傳感器傳遞到指示原件中，指示原件中的指示燈再反饋給維修人員。維修人員通過指示燈中心號來判斷電路狀態是否滿足不帶電的開蓋要求，隨后再通過電插鎖來進行相應的操作。

(2)具體實施方式

圖2為煤礦防爆電器的母線顯示裝置結構示意圖，該指示裝置內部有顯示模塊、線路分布以及傳感器模塊三部分構成，其選型包括符合國家相關規定的高壓線路傳感器，在現實模塊處設置一電插鎖裝置，在工作的過程中若指示燈處于長亮狀態，則設備安全。電路中的電信號通過傳感器后經過信號放大、感應與轉換后再傳輸到指示器中，最后電源指示燈的亮度狀態來反應線路通電的狀況。

圖2 裝置結構示意

在圖2所示的傳感器模塊與三相的電路相連接，其連接線路為硅膠線，當高壓電通過硅膠線時，只有一部分電流傳輸到了傳感器中，在傳感器集成電路中有控制模塊，當三相電流傳輸到集成電路的控制模塊中時，隔離模塊可將電流斷開，防止高壓電流破壞傳感器。當敏感原件收到電磁信號的指示后，電磁信號通過電磁感應轉變為電信號，最后電信號通過調制器再進入第一端子的顯示器中，此時指示燈通過顯示器來進行相應的亮度反饋，工作人員可根據不同的指示燈信息來判斷當前電壓的狀況。最后在防爆設備的一側設置顯示窗，維修人員通過顯示窗可直觀的觀察設備故障的位置，并及時處理解決。

電源指示燈外殼采用常規塑料，當設備電路通有電壓時指示信號燈泡處于高亮狀態。如果設備出現漏電或接地電路斷路時，三相電路中表示接地的燈泡會自動熄滅。在工作人員對接線故障檢查或開蓋檢查的過程中，通過回路中指示燈泡的長亮或熄滅狀態可判斷相應的電路電壓狀態，電壓狀態又可以直觀的反應設備安全狀態。在設備內部電路出現故障時，指示燈又可以直觀地提示故障位置，減少了維護人員的時間成本，提高了井下作業的效率，同時也增強了電力設備的安全性能。

防爆指示燈下方的電插鎖一般處于斷開狀態，而顯示模塊線路末端為開放狀態，若電源線路中通電，端子接點的第二條線路變為閉合狀態，電插鎖隨即也閉合，此時設備內部門蓋無法開啟，有效禁止了外部違規用電等危險動作。

指示燈應用范圍隨功能需求而改變，當電源顯示裝置用在隔離設備的進線側，此時上級開關與本機開關為電氣互鎖，要想打開鎖蓋，就必須保證上級開關處于斷開狀態：若指示燈設置在隔離設備的出現側，則可滿足本級開關電氣自鎖功能，同時也滿足了顯示界面與電源指示裝置相互配合要求。

(3)特點

①與傳統的電壓互感器相比較，母線電源指示設備的顯示功能更加直觀。以往的顯示功能只適用于簡單的工作環境，而復雜環境中顯示屏容易出現故障。而該電源指示裝置可在較為復雜的井下作業中正常運行，不需要顯示屏就可以清晰表達出線路電壓的狀態。

②母線電源指示器應用范圍更為廣泛，以往的電壓互感器顯示只能用于單一等級電壓，而該電源指示器可適用于多級電壓。

③該指示器內部設置了隔離功能，當高壓電接入會被傳輸到高壓導線中，不會影響低壓線路。

④在門上插鎖的保護下，未斷電的設備門蓋為關閉狀態，外部違規用電無法進行。

⑤根據實際需求，母線電源指示器可在閉鎖狀態與設備運行狀態下靈活運用，不僅能使開關與設備互鎖，也可以使設備內部自鎖。

3.結語

本文針對井下電氣系統供電設備安全用電分析后，研發一款可以運用在井下防爆電氣設備的電源指示器，該指示器可以在設備供電的情況下自鎖電氣系統，杜絕了外部危險的帶電操作，也制止了礦井中的違規用電，從根本上降低了設備維修人員的觸電風險，也提高了井下電氣設備的安全性能，更是間接的提高了礦井施工的效率，具有很大的實用價值。