KBZ400/1140(660)增設上行鍵控制回路的設計

陳 劭，鞏 煒

(榆林匯森煤礦建設運營有限責任公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關在煤礦生產中廣泛使用，由于其具有數量大、使用年限長的特點，給設備升級帶來了潛在困難，因此當實際使用中發現一些使用缺點后，在不影響其安全性能、防爆性能的基礎上對設備進行合理改進，有利于煤礦節支增效、推進礦井高產高效建設。

文中針對老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關無下行按鍵影響操作效率的缺點共提出三種改造設計方案，分別為采用組合鍵方式、替換漏電試驗按鈕方式和利用一種新型改造按鈕的方式，通過對三種方案的對比，最終發現采用新型按鈕的控制方式可以最小程度地改變饋電開關本身的結構，還可以達到增設上行鍵的目的，所以最終確定采用新型按鈕控制方式為最優方案。

1 改進前饋電開關調節按鈕的控制電路

目前煤礦生產井下的好多KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關都是用過好多年的老款設備，雖然隨著設備更換陸續引進的開關按鍵較為齊全，但是井下所用的饋電開關大部分還是以前沒有設置上行鍵的舊設備，沒有上行控制鍵使得電氣工程師在操作開關、調節整定、查看參數時降低了工作效率，此外根據KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關使用要求及礦井管理制度，KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關需要上架進行管理，井下條件有限，一般操作饋電開關時大部分需蹲下彎腰才能看到屏幕數字，快速完成整定可以降低工作人員勞動強度。尤其當面臨新采面投入時，需調整饋電開關數量較多，沒有上行鍵的控制開關的缺點更加突出，所以對KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關控制回路改造有一定的必要性，能夠降低電氣工程師工作強度，還能夠提高電氣整定工作效率。老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關(以內配ZKY-11保護器饋電開關為例)按鈕設置如下。

圖1 老款KBZ400/1140(660)饋電按鈕設置

如圖1所示，老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關共設置有分閘、合閘、確認、下行和試驗5個按鈕，由于KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關采用的是電氣合閘、機械保持原理，即按下合閘按鈕合閘回路繼電器閉合合閘線圈，使得真空接觸器閉合，后卡入保持機械結構，而不同于QBZ系列磁力啟動器，靠電磁力合閘后，合閘開關被短路，形成持續電磁力進行保持。因此分閘按鈕和合閘按鈕分別連接于分閘、合閘控制回路中，主要負責控制分閘和合閘繼電器的通斷以實現主回路的通斷控制，無法進行相應改造，文中重點在于增設上行鍵控制回路，此處不再深入探討，下面對其他剩余3個按鍵的功能及原理加以說明。

1.1 確認鍵的控制回路

確認鍵主要作用在于調節參數時對所選項進行確認并進入下一級子菜單，它的控制回路連接于保護器上，接于保護器(ZKY-11保護器為例)的6、8號接線口，確認功能由保護器內部程序實現。

1.2 下行鍵的控制回路

下行鍵主要作用在于調節參數時使光標下移、參數單循環減小等，它的控制回路如圖1所示，連接于保護器(ZKY-11保護器為例)的5、8號接線口，下行的實現是由保護器內部的程序實現的。

1.3 試驗鍵的控制回路

試驗按鈕(圖2中的SB5)主要是手動將主回路的某一相通過高阻接地，通過試驗按鈕可以達到模擬接地故障的目的，從而檢驗饋電開關保護裝置的靈敏性和可靠性。控制回路如圖2所示。

圖2 漏電實驗電路圖

1.4 復位鍵的控制回路

復位鍵采用的是組合鍵的控制方式，利用確認鍵和下行鍵同時按下來實現復位功能。接線方式為先將確認鍵和下行鍵串聯接起來，然后將另外兩接線柱分別接于保護器(ZKY-11保護器為例)的7、8號接線端子，復位鍵的作用在于能使KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關保護器回復初始界面。

2 饋電開關上行鍵控制電路設計方案對比

2.1 采用組合鍵方式

由KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關保護器系統中復位鍵的設計思路可以聯想將增加的上行鍵設計為組合鍵控制方式，由前論述可知，確認鍵與下行鍵組合已經被復位鍵使用過，剩下的只能使用分閘鍵+下行鍵、合閘鍵+下行鍵、分閘鍵+合閘、分閘鍵+試驗鍵、合閘鍵+試驗鍵、分閘鍵+確認鍵、合閘鍵+確認以及試驗鍵+確認鍵等幾種組合模式。通過分析發現分閘鍵+下行鍵、合閘鍵+下行鍵這兩種方式由于存在上下行指令同時發送的情形，理論上不可行，分閘鍵+合閘鍵進行組合的方式，雖然可以反饋給控制器上行指令，但是每操作一次，開關狀態會發生一次轉化，連續操作會出現反復分合閘，對開關壽命影響較大且存在安全隱患；分閘鍵+試驗鍵、合閘鍵+試驗鍵及分閘鍵+確認鍵的組合鍵通過分析，若操作時開關處于合閘狀態，組合鍵操作將會導致分閘，在分閘狀態可達到組合鍵完成上行指令的目的；合閘鍵+確認組合控制的方式在開關和合閘狀態可以完美達到上行指令發送目的，但是當開關本身處于分閘狀態時，此種組合方式會造成誤送電，不利于礦井安全管理；剩余最后一種試驗鍵+確認鍵的組合鍵設計思路，通過對將試驗鍵控制回路與確認件控制回路串聯后，連接于保護器(ZKY-11保護器為例)的4、8號接線端子,當同時按下確認鍵和試驗鍵后即可達到控制器面板上行控制的目的，且試驗鍵和確認鍵操作頻度不是很高，采用此種方式能很好實現目的，唯一不足在于這種方式只能在開關處于分閘時使用。通過分析對比采用試驗鍵加確認件完成上行指令的改造思路對開關本身幾乎沒有影響，由于是在開關本身自帶接口進行擴展，因此不會影響其防爆性能，唯一不足之處在于只能在開關處于分閘狀態操作，但是此種方案的小改進也解決了缺少上行鍵所帶來的麻煩，針對保有老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關數量較多的老礦井具有一定實際推廣應用價值。

此外，由于現在礦井電氣設備大部分采用智能模塊控制，大部分留有功能拓展接口，結合這種思路可以對其它電氣設備進行類似改造，以達到實際需要功能的目的，這種方式幾乎無投入，且不影響設備本身防爆、安全性能，具有一定推廣價值。

2.2 采用替換漏電實驗按鈕的方式

漏電實驗按鈕的控制電路如圖3所示，通過分析發現漏電試驗按鈕事實上起到的作用與K3-1是一致的，只是K3-1是通過保護器內部程序控制繼電器K3的通斷，來控制輔助觸點K3-1的開閉，進而實現漏電實驗，這便決定了替換漏電實驗按鈕的可行性。將漏電試驗按鈕的接線拆除，接線如圖4所示。

圖3 漏電試驗控制電路

圖4 替換試驗按鈕方式接線

通過上述分析可以看出，采用替換漏電試驗按鈕的方式可以實現上行鍵的功能，此方案與增設組合鍵的方式相比更加簡單，且無限制條件。優點在于：在不破壞外部硬件的基礎上實現了上行鍵的控制，具有較強的可行性和可操作性，成本較低，只需改變漏電實驗按鈕的兩個接線口便可以達到預期目的，且不影響系統的漏電實驗；缺點在于：此方案將漏電試驗按鈕替換后，在做漏電實驗時只能通過調節系統菜單，用程序控制K3繼電器，進而利用輔助觸點進行漏電實驗。

2.3 采用新型改造按鈕的控制方式

通過對系統控制按鈕電路的綜合分析，可以得出增設上行鍵事實上就是尋找一個冗余出來的按鈕控制回路，因此可嘗試設計出一種新型開關按鈕，其特殊之處在于可以通過一個相同的按鈕相對獨立地控制2個回路，文中設計的新型按鈕如圖5所示。

圖5 新型控制按鈕原理圖

圖5為新型開關按鈕的剖面圖，在圖5中，黑色區域是絕緣的架構，其中3為開關限位裝置，可以有效防止開關外拔時直接被拔出的情況，4為彈簧機構，實現開關按鈕自動回位，1、2、3、4分別為4個接線端子，可以分別控制兩個回路的通斷，1、2號端子為一個回路，3、4號端子為一個回路。將按鈕按下時，可以使3、4號端子控制的回路導通或者通過連續操作產生脈沖控制信號；將按鈕往外拔時，可以使1、2號端子導通或者產生脈沖控制信號。因此可以將確認鍵和下行鍵均替換為新型按鈕，確認鍵實現確認和復位功能，向內按下按鈕實現確認功能，向外拔按鈕實現復位功能；下行鍵新型按鈕實現上行鍵和下行鍵功能，按下按鈕實現下行功能，拔出按鈕實現上行功能，接線圖如圖6所示。

圖6 新型控制按鈕接線圖

通過上述分析，可以看出利用新型按鈕控制方式可行性較高，方案與其它兩種方案相比也具有一些特征。優點為：可行性高，不僅實現了上行鍵功能，而且還可以將原本的復位組合鍵優化為單鍵控制，操作更為方便；缺點為：新型按鈕需要獨立加工，增加了造價，而且開關制造對工藝要求也較為嚴格，不然會影響饋電開關的防爆性能。

3 改造方案實用性分析

煤礦作為高危行業，對于設備的可靠性能要求尤為嚴格，尤其電氣設備防爆性能，必須取得相關資質認可。文中提出的3種改造方案，旨在解決老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關無上行控制按鈕、操作麻煩的現場使用問題，對于組合鍵方案和替換漏電試驗控制鍵方案具有改造簡單、無投入的特點，只需利用舊設備控制小線為材料即可在不影響設備原始性能的前提下完成改造，具有一定試用價值，可以進行推廣應用，但前期是改造后需加強業務人員培訓，完成改造原理交底工作，使實際操作人員熟知改造功能實現前提條件，這樣便能在無投入的前提下提高KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關操作效率；第三種新型開關設計，最具有實用性，也是直接從根源解決問題的最好方案，能夠在不增加按鈕數量的前提下完成優化改造，更好發揮設備效能，但是不足之處在于此方案需對原有開關按鈕進行更換，安裝新型按鈕，并且不能影響設備的防爆性能，因此本方案在企業實際管理中不具有推廣價值，但是此種新型開關的提出能夠為開關廠家提供新的設計思路，因為畢竟按鈕數量會影響防爆設計，因此此方案對于生產廠家具有一定推廣價值。

4 結語

文中圍繞老款KBZ400/1140(660)礦用真空隔爆饋電開關實際使用中存在的問題展開討論，針對無上行鍵操作的不便性對改進方案展開了充分討論研究，最終提出3種方案進行優化設計，通過對以上3種設計方案的分別闡述，我們可以發現，采用組合鍵方式能夠在分閘或者合閘的特定條件下實現功能，具有一定的局限性，但是實際使用中一般都是投用前就需完成整定，因此此種方案是可行的；替換漏電實驗按鈕的方式可行性較高，也能完美地實現上行鍵調節功能，但是它直接去掉了漏電試驗控制按鈕，使得漏電試驗只能通過軟件程序實現；采用新型按鈕的方案可以最大程度地完善系統控制調節按鈕的設置，使得系統操作更加簡單、靈活、高效，但改造需委托廠家進行防爆性能驗證，且需重新加工開關按鈕，此方案對于設備生產廠家具有較高實用性，且可應用于其他類似電氣設備控制回路設計，具有較高推廣價值。