煤礦井下帶有保護功能的防觸電高壓開關的分析與應用

霍偉功

（晉能控股集團蓮盛煤礦，山西 朔州 036000）

引言

高壓開關額定電壓3 kV及以上主要用于開斷和關合導電回路的電器。2012年—2020年，高壓開關制造行業工業總產值逐年增加，同比增長率均在10%以上，行業保持較快的發展速度，高壓開關行業的戰略調整方式主要分為縱向延伸與橫向拓展，其中，縱向延伸是指行業規模的體制、品質方面呈現深發展，如創新高壓負荷開關設備工藝技術。橫向拓展是指側重于高壓開關行業規模、結構的一種擴張，現有的煤礦井下用高壓開關容易發生觸電故障，增加了井下煤礦開采的安全隱患，當對高壓開關進行維修時，煤礦井下光線較暗，維修效率不高；另外高壓開關在井下復雜的環境當中穩定性較差，影響其正常使用。針對這一情況，提供一種帶有保護功能防觸電的高壓開關，對于有效防止井下高壓開關觸電事故的發生、保障煤礦供電系統的穩定性與安全性是具有實踐意義[1-2]。

1 帶有保護功能的防觸電高壓開關結構與原理

1.1 結構分析

針對煤礦井下以往高壓開關在使用中存在的不足之處，分析與應用一種新型煤礦井下帶有保護功能防觸電的高壓開關，其結構如圖1所示。該高壓開關主要包括支撐平板、限位釘、回形固定架、橫板、角度調節裝置、照射裝置、支撐腿、防觸電裝置等部件。在支撐平板的下端左部前后兩側和下端右部前后兩側均固定安裝有一個限位釘，在支撐平板的上端中部固定安裝有回形固定架，在回形固定架的內腔中部固定安裝有橫板，在橫板的上端中部設置有角度調節裝置，在角度調節裝置的上端前部設置有照射裝置，在回形固定架的上端左部和上端右部均固定安裝有一個支撐腿，在兩個支撐腿的上端共同設置有防觸電裝置。

圖1 帶有保護功能防觸電的高壓開關結構示意圖

如圖2所示，角度調節裝置包括轉軸、正反電機、活動板、滑槽、限位桿等部件。轉軸貫穿回形固定架的內腔上壁中側，并固定安裝有正反電機，轉軸的外表面中部固定安裝有活動板，活動板的上端前部開設有滑槽，滑槽的槽壁穿插連接有限位桿，限位桿對滑塊起到限位作用，防止滑塊發生位置的偏移，轉軸穿插連接在橫板的上端中部，將角度調節裝置和橫板活動連接。

圖2 角度調節裝置結構示意圖

如下頁圖3所示，照射裝置包括滑塊、支撐桿、照射燈。滑塊前后運動時調節照射燈與防觸電裝置之間有間距，從而更好地進行照射，在滑塊的上端中部固定安裝有支撐桿，在支撐桿的上端固定安裝有照射燈，照射燈提供亮光，方便對開關柜進行維修，滑塊被活動連接在角度調節裝置的上端前部，將照射裝置和角度調節裝置活動連接。

圖3 照射裝置結構示意圖

如圖4所示，防觸電裝置包括開關柜、放置槽和斷路器三部分。開關柜的前端上部開設有放置槽，放置槽的槽壁固定安裝有斷路器，斷路器能夠在發生異常電流時起到斷電保護作用，開關柜固定連接在兩組支撐腿的上端，將防觸電裝置和支撐腿固定連接；斷路器的面積大小小于放置槽的槽壁大小；照射裝置位于防觸電裝置的前方，照射裝置的上部和斷路器處在同一水平線上。

圖4 防觸電裝置結構示意圖

1.2 工作原理

當煤礦井下用的高壓開關電路出現嚴重過載或短路及欠壓等異常故障時能自動切斷電路，從而防止高壓開關發生漏電，起到防觸電的作用，減少了安全隱患；當需要對高壓開關進行維修時，設置有照射燈對高壓開關起到照明作用，同時手動推動支撐桿往后運動時帶動滑塊沿著限位桿往后移動，設置限位桿對滑塊起到限位作用，防止滑塊發生位置的偏移，支撐桿帶動照射燈往后運動時更加靠近開關柜，使得照射燈照射得更清楚，通過正反電機帶動轉軸轉動，從而帶動活動板圍繞轉軸發生轉動，進而帶動照射燈轉動時調節更佳的照射角度，然后方便對開關柜內的高壓開關進行維修作業，通過在支撐平板底部設置有限位釘，可以將限位釘穿插在煤礦井下的煤渣內，從而防止支撐平板發生傾斜，提高了開關柜的穩定性，保障高壓開關的正常使用[3-5]。

2 實踐應用及效果分析

晉能控股煤業集團蓮盛煤礦批準礦井生產規模不變，仍為90萬t/年，開采煤層仍為4號、9號、11號煤層，井田面積變為1.727 1 km2。原礦井始建于1974年，1976年投產，原井田面積1.800 6 km2，批準開采4號、9號、11號煤層，原設計生產能力90 kt/年。

百萬噸死亡率為零。采煤機械化程度達到100%，掘進機械化程度達到99.8%。

從蓮盛礦供電系統的統計情況可知，該煤礦發生過高壓開關漏電觸電安全事故。該礦在對高壓開關柜進行運行和維護過程中，會把高壓開關柜打開，對高壓開關柜內設備進行維修保護，工作人員在進行維護的時候由于高壓開關柜會因漏電導致維修人員被高壓電造成人身傷害。針對這一情況，該礦決定采用新型煤礦井下帶有保護功能防觸電的高壓開關來對煤礦供電系統的高壓開關柜進行優化改造。

高壓開關改造工程開始于2020年9月，于2020年10月改造完畢，歷時2個月，帶有保護功能防觸電的高壓開關當前已正式投入使用。經過半年的運行時間情況可知，帶有保護功能防觸電的高壓開關性能較好，運行穩定，無一起因漏電而導致的供電安全事故發生。有效提高了蓮盛礦供電系統的安全性和可靠性，同時當高壓開關發生其他故障時，具有較好的維修工作環境。本次高壓開關改造工程減少了重大機電事故的發生，避免了每年設備檢修的費用，杜絕了因誤操作造成的人身觸電事故，此次改造從源頭上提高了供電電網質量，安全經濟效益顯著。

3 結語

一種新型帶有保護功能防觸電的高壓開關，在裝置回形固定架的上端左部和上端右部均固定安裝有一個支撐腿，支撐腿的上端共同設置有防觸電裝置，通過轉軸帶動照射燈轉動時調節更佳的照射角度，然后方便對開關柜內的高壓開關進行維修作業。帶有保護功能防觸電的高壓開關在晉能控股煤業集團蓮盛煤礦供電系統中得到了改造應用，效果理想，為企業創造了較好的安全經濟效益。