煤礦電氣設備開蓋斷電開關常見故障及改進

何倩宇

（大同煤礦集團雁崖煤業公司，山西大同 037003）

0 引言

煤礦電氣設備開蓋斷電開關是煤礦重要電氣設備，為了提高開關使用壽命及安全性能必須定期開蓋檢修，但是實際煤礦生產過程中受開關安裝環境、施工工藝、開關內部結構等影響[1]，開蓋斷電開關經常出現故障，不僅降低了礦井供電安全及可靠性，而且威脅著斷電開關檢修施工安全，所以必須合理分析隔爆出現故障主要原因，并采取合理有效技術改進措施。

大同煤礦集團雁崖煤業公司三盤區井下使用的KBZ型電氣設備開蓋斷電開關主要采用分級閉鎖技術，該技術主要是將開關負載接線腔與電源進線腔兩級的閉鎖分開到不同位置。當工作人員將其中一級誤打開后，另一級開關會自動閉鎖。即使施工人員觸動一級開關（XWK1）后，電路會立即接入人工電阻，線路內的電流會發生變化，線路上級的漏電綜合保護器會立即監測到電路內電流變化；當工作人員觸動另一級開關（XWK2）后，本線路內的綜合保護器會立即閉合，從而實現一級電路沒有電流時，另一級電路仍不斷電[2]，確保工作人員的安全。

通過查詢白洞礦電氣設備檢修臺賬與記錄發現，KBZ型電氣設備開蓋斷電開關再使用過程中主要存在無法正常開蓋和井下供電電網大面積斷電兩種故障。

斷電開關分級閉鎖內的彈簧失效是造成井下斷電開關不能正常開蓋的主要原因。而井下機電設備開關沒有欠壓綜合保護器或整定值未投入是造成井下大面積停電的主要原因。當電網系統內的電流發生較大變化時，欠壓綜合保護器如果不能正確監測判斷出電網為漏電還是電流波動，會造成開關誤動作跳閘，有時大負荷設備停運或機電事故的正常電網波動也會造成開關誤動作[3]，這些大面積停電都會影響煤礦的正常生產，甚至會造成井下風機開關誤動作停風，威脅著礦井安全生產。

1 電氣設備斷電開關優化改進措施

為了提高電氣設備斷電開關使用壽命，保證煤礦設備供電安全，對礦用KBZ型電氣設備開蓋斷電開關結構進行優化改進。

1.1 改進方案

針對斷電開關誤動作引起的電網波動，采取兩種方案對井下機電設備開蓋閉鎖進行改造。

（1）方案一：通過將開關的保護整定值進行投入，將原來的0 s跳閘根據負荷大小增加0.5 s或1.0 s，這樣可以保證電源在短時間內欠壓或漏電時，開關不會由于誤動作造成負荷斷電[4]。

（2）方案二：將原來機電設備內部的彈簧機構更換為繼電器，繼電器不僅能夠準確判斷電纜漏電類型，還能提高操作人員開蓋的安全性。

由于繼電器具有安全性好、動作靈敏、故障率低等優點，所以決定對斷電開關安裝一套JT型繼電器替換原開關彈簧機構。

1.2 繼電器延遲保護設定

（1）為了能夠提高繼電器的準確率，在設備內部加裝一

1.3 延時保護原理

（1）將原來井下高壓開關開蓋斷電機構內的彈簧裝置改換為直流電磁繼電器。直流電磁繼電器的左右側分別為系統電路與控制電路，內部有感應電路觸點開關、斷路器的跳閘線圈與感應部分[7]。

（2）當系統內的電壓比較平穩時，繼電器正常工作時感應電路觸點開關彈開，此時由于電路控制部分處于斷開狀態，高壓開關的手動分合閘不會受到影響。一旦供電系統發生真正漏電時，按照之前保護的設定，保護器會根據電網波動的大小和時間判斷，按照煤礦安全規程對電壓的要求，當系統的電壓下降到額定電壓的35%時且時間達到1.8 s，超過保護的延時時間后，繼電器失電感應電路觸點開關閉合，跳閘線圈通電將感應部位吸動，高壓開關斷電跳閘。

1.4 延時原理

直流電磁延時繼電器主要由底座、阻尼套筒、反力彈簧、銜鐵、觸頭、感應線圈等組成，如圖1所示。為了能夠提高直流電磁延時繼電器的靈敏度，減小繼電器內鐵心與磁軛內氣隙，繼電器內鐵心與磁軛采用特制的電氣專用鋼，基座由鋁直接澆鑄而成[8]。繼電器內部線路在通電后，內部線圈產生磁場，當磁場產生的作用力增大到將銜鐵與鐵心吸合后，此時高開斷電。繼電器內部線路在斷電后，線圈內的電流不斷下降，因為線圈電流減少會造成線圈內的磁通量減小，此時線圈會產生一股感應電流阻礙線圈電磁場衰減，從而延長繼電器斷電時間。

圖1 JT型直流電磁延時繼電器結構示意圖

2 實際應用效果分析

2018年7月三盤區井下所有電氣設備開蓋斷電開關全部進行優化改進，截止2019年1月，通過6個月實際應用效果觀察發現，優化改進后開蓋斷電開關出現故障共計出現6起，其中開蓋故障2起，故障斷電4起，與改進前相比開關開蓋故障減少17起，影響采掘工作面生產時間縮短至11 h；三盤區采套時間繼電器，時間繼電器能夠將開關的跳閘時間進行延時，給保護裝置提供一段時間來判斷是否為漏電，確保開關不會誤動作跳閘[5]。

（2）井下設備延時保護設定為0.3 s，然而地面在10 kV高壓母線設備的開關延時時間應在原來的基礎上增加1.5 s。因此，高壓開關的延時保護時間可以設定為1.8 s左右。井下通常采用的設備電壓等級為10 kV以下，因此井下開關的延時時間應在原來的基礎上增加0.5 s[6]，這樣井下開關的動作時間變為0.8 s。根據以上措施，地面高壓開關的延時時間最大調整為1.8 s，能夠滿足生產需要。掘工作面單位時間采煤量為210 t/h，所以改進后可提高原煤采出量達7.2萬t，提高經濟效益達2 152萬元。

3 結束語

通過技術研究，分析礦井電氣設備開蓋斷電開關常見故障，并根據實際生產情況提出了相應優化改進措施，通過實際應用效果來看，優化改進后不僅降低了開關故障率，提高開關使用壽命，而且提高了煤礦供電安全，保證了煤礦安全高效生產，取得了顯著應用成效。