礦用配電裝置槍栓式兩防鎖的設計

郭 波

（1.山西潞安煤炭技術裝備有限責任公司, 山西 長治 046000；2.山西潞安安易電氣有限公司， 山西 長治 046000）

0 引言

按照《煤礦安全規程》及GB/T3836.1—2021 以及煤礦《防爆電氣設備檢查標準》相關要求，井下所有開關的閉鎖裝置必須能可靠地防止擅自送電、防止擅自開蓋操作，開關把手在切斷電源時必須閉鎖；防爆型的聯鎖裝置，其結構應保證非專用工具不能輕易解除其作用。上述要求的目的是通過設備的兩防鎖設置，避免工人誤操作造成觸電事故，避免在井下瓦斯環境中使得隔爆型礦用設備帶負荷分閘產生電弧或電火花，引起煤層燃燒甚至瓦斯爆炸[1-3]。目前井下防爆電氣設備兩防鎖主要采用螺桿式閉鎖結構外掛專用機械鎖，無論井下工人現場操作還是標準法規都不能滿足相關要求。本文以高壓配電裝置閉鎖機構進行分析，設計一款礦用“槍栓式”兩防鎖。

1 現有結構分析

1）如圖1 所示為高壓配電裝置斷電開蓋時門鎖桿等部件位置關系，圖2 為斷路器和靜觸頭在開門狀態下的位置關系。當準備推進斷路器關門時，如果工人以較大力量推動斷路器時，會使得斷路器帶動車架向前運動，同時斷路器車架帶動進車機構旋轉，直至斷路器和靜觸頭碰撞接觸，可能造成動靜觸頭接觸性順上，其次斷路器進線側、電壓互感器一次側保險帶電為6 kV 或10 kV，電壓互感器二次側帶電100 V，6 kV 或10 kV 高壓電裸露在外，門蓋處于打開狀態，嚴重影響工人安全，出現帶電開蓋的現象，嚴重違反電工操作規程。

圖1 開蓋退車位置

圖2 開蓋退車時斷路器位置

2）如圖3 所示為關門進車位置，此時門蓋被門鎖桿閉鎖，斷路器與靜觸頭接觸，但是送電按鈕在門蓋正面沒有任何保護措施，任何人都可以操作決定高壓配電裝置是否得電，不能從根本上防止擅自送電。

圖3 關門進車位置

3）圖3 中兩防鎖在門蓋被閉鎖桿閉鎖后，需要三角專用鑰匙旋轉三角螺栓向內進入門閉鎖桿的卡槽內以限制門閉鎖桿運動達到“非專用工具不能輕易解除其作用”的效果，實現防止擅自開蓋操作的作用，但是三角專用鑰匙旋轉這個動作不是必須動作，完全依賴工人按章操作才能實現，如果工人未旋轉三角螺栓，那么任何人都可以通過按動閉鎖桿運動打開門蓋，不具有必須性。此外根據安標國家礦用產品安全標志中心發布的關于印發《2016 年礦用產品防爆技術研討會會議紀要》的通知要求，聯鎖裝置中隔爆外殼外掛機械鎖不符合GB/T 3836.1—2010 要求。

2 優化設計

圖4 為槍栓式兩防鎖的安裝示意圖，主要針對閉鎖軸套的結構進行重新設計，增加鎖芯，門鎖桿按照鎖芯的內部結構進行運動實現不同位置閉鎖的不同功能。

圖4 槍栓式兩防鎖結構

如圖5 所示，閉鎖軸套結構進行重新設計，閉鎖軸套開口由三角槽變為矩形槽。當準備推進斷路器關門時，工人即使以較大力量推動斷路器前進，斷路器帶動車架向前運動，斷路器車架有帶動進車機構旋轉趨勢，但是閉鎖軸套矩形槽被門鎖桿限位不能產生旋轉運動，閉鎖軸套限制進車機構旋轉，進車機構限制斷路器及車架向前運動，避免斷路器在開蓋狀態下通電。如果想送電，必須關門，然后將門鎖桿退出閉鎖軸套矩形槽，門蓋被門鎖桿閉鎖，工人在門蓋關門狀態下才可以通過手柄轉動閉鎖軸套實現斷路器進車，動靜觸頭接觸，斷路器進線側帶電，電壓互感器帶電，保護器帶電，工人方可通過按鈕送電。

圖5 閉鎖軸套結構對比

如圖4 和圖6 所示，與現有兩防鎖結構比較，專用三角鑰匙的操作由側面改為正面，復位彈簧對于閉鎖桿的作用力與傳統兩防鎖相反，并且增加槍栓式鎖芯作為閉鎖桿三種工況位置的限制。

圖6 槍栓式鎖芯結構

主要工作原理為：如圖6 閉鎖桿上安裝有定位銷軸，定位銷軸在鎖芯的兩個L 型溝槽中進行兩次90°旋轉運動實現三種工況的位置限定。圖示初始位置為“鎖蓋送電位置”，此時門鎖桿退出門蓋被閉鎖，閉鎖軸套不受門鎖桿限制，可以旋轉帶動斷路器進車，動靜觸頭接觸，進線側帶電，礦用高壓配電裝置具備送電的安全工況；專用三角鑰匙正面推進閉鎖桿右旋90°，此時門鎖桿前進一定的距離，門蓋處于閉鎖狀態無法打開，閉鎖軸套矩形槽受門鎖桿閉鎖無法旋轉，斷路器無法運動，動靜觸頭無法接觸帶電，此位置為“防開蓋防送電位置”，增加“防開蓋防送電位置”可以保證礦用高壓配電裝置在關門閉鎖狀態下斷路器小車處于分斷位置，避免非專業人員擅自送電，此位置適用于礦用高壓配電裝置長期分閘且避免工人擅自送電的工況；專用三角鑰匙再次正面推進閉鎖桿右旋90°，此時門鎖桿繼續前進，門蓋沒有閉鎖可以打開，閉鎖軸套帶動斷路器推出，閉鎖桿利用閉鎖軸套矩形槽實現閉鎖，防止斷路器開蓋狀態下斷路器進車帶電，此位置為“開蓋防送電位置”。

3 結論

1）在鎖座里增加彈簧起到反彈作用，使其在專用工具打開時能夠自動彈出，而不需要用手或手鉗等工具進行旋轉開閉鎖，實現專用工具開鎖，此外對專用三角鑰匙的尺寸及結構進行設計可以實現進行不同隊組的專用鑰匙不同，避免隊組間鑰匙互用，便于隊組管理。

2）將開關側面操作變為正面操作，減少側面的操作空間，特別是低壓開關在巷道聯排供電時，可以將開關間的安裝距離由原來的1 m 減少至0.5 m，便于設備井下布置。

3）在裸露的聯鎖桿上加上護套和護座，使其只能用專用工具才能打開“兩防鎖”，防止工人違章操作及破壞性旋轉造成擅自開蓋送電。

4）槍栓式結構兩防鎖可以實現開蓋防送電、防開蓋防送電及送電防開蓋三種功能，更符合井下的使用工況，安全可靠。該產品可以推廣至所有防爆開關甚至是地面配電柜。