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(tǒng)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(tǒng)保護設備。這些設備承擔著井下電力系統(tǒng)的運行安全，是整個供電系統(tǒng)中不可或缺的部分。在我國煤礦安全法規(guī)中明確規(guī)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(guī)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(guī)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(tǒng)，其中供電系統(tǒng)是整個煤礦系統(tǒng)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(tǒng)的穩(wěn)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(wěn)定性與可靠性直接影響著電力系統(tǒng)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(xiàn)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(yè)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(tǒng)的安全防范方面做的還不夠到位。受自身經(jīng)濟實力的影響，這些中小型煤礦還在使用老舊的電力系統(tǒng)設備，甚至一些煤礦的安全防范都未達到國家規(guī)定標準，所以對部分中小型煤礦要加大監(jiān)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(xiàn)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(yè)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(xiàn)故障損壞，長期以往礦井安全得不到保證，發(fā)生爆炸的幾率則會逐步提高。

(3)對設備缺乏規(guī)范化管理

能否規(guī)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(xiàn)在許多煤礦只注重生產效率，忽略了電力設備的規(guī)范管理，所以煤礦設備的使用環(huán)境存在一定的安全風險。煤炭開采環(huán)境會間接影響電力設備的運行，從而導致危險系數(shù)增加，事故發(fā)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(fā)生。其次是電力設備內部回路出現(xiàn)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(jù)，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(tài)時，本體腔通電，閉鎖裝置在開啟狀態(tài)時，本體腔斷電。閉鎖結構在解除的狀態(tài)下出線側應保持無電流通過，而在開蓋的狀態(tài)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(tài)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(guī)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(xiàn)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(tài)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(guī)定的高壓線路傳感器，在現(xiàn)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(tài)，則設備安全。電路中的電信號通過傳感器后經(jīng)過信號放大、感應與轉換后再傳輸?shù)街甘酒髦校詈箅娫粗甘緹舻牧炼葼顟B(tài)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?shù)搅藗鞲衅髦校趥鞲衅骷呻娐分杏锌刂颇K，當三相電流傳輸?shù)郊呻娐返目刂颇K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?yōu)殡娦盘枺詈箅娦盘柾ㄟ^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(jù)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(guī)塑料，當設備電路通有電壓時指示信號燈泡處于高亮狀態(tài)。如果設備出現(xiàn)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(tài)可判斷相應的電路電壓狀態(tài)，電壓狀態(tài)又可以直觀的反應設備安全狀態(tài)。在設備內部電路出現(xiàn)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(yè)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(tài)，而顯示模塊線路末端為開放狀態(tài)，若電源線路中通電，端子接點的第二條線路變?yōu)殚]合狀態(tài)，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(guī)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(tài)：若指示燈設置在隔離設備的出現(xiàn)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(tǒng)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(huán)境，而復雜環(huán)境中顯示屏容易出現(xiàn)故障。而該電源指示裝置可在較為復雜的井下作業(yè)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(tài)。

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?shù)礁邏簩Ь€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(tài)，外部違規(guī)用電無法進行。

⑤根據(jù)實際需求，母線電源指示器可在閉鎖狀態(tài)與設備運行狀態(tài)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(tǒng)供電設備安全用電分析后，研發(fā)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(tǒng)，杜絕了外部危險的帶電操作，也制止了礦井中的違規(guī)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。