＊魏 星

（晉能控股裝備制造集團(tuán)寺河礦二號(hào)井 山西 048000）

前言

隨著我國(guó)煤礦設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，煤礦設(shè)備的耗電量也越來(lái)越大，所以煤礦電力系統(tǒng)的安全標(biāo)準(zhǔn)也在逐步提高。礦井電力設(shè)備不僅僅是供電設(shè)備，還包括啟動(dòng)器、變電站、饋電開(kāi)關(guān)等電力系統(tǒng)保護(hù)設(shè)備。這些設(shè)備承擔(dān)著井下電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全，是整個(gè)供電系統(tǒng)中不可或缺的部分。在我國(guó)煤礦安全法規(guī)中明確規(guī)定井下電力設(shè)備不可隨便搬遷更換，更不能帶電對(duì)井下電力設(shè)備進(jìn)行維修。所以針對(duì)此規(guī)定，井下電力開(kāi)關(guān)都配備了閉鎖裝置，設(shè)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(shè)備開(kāi)關(guān)在斷電后要立即閉鎖。同時(shí)電閘開(kāi)關(guān)周圍還放置警示標(biāo)語(yǔ)，提醒工作人員提高安全用電意識(shí)。

通風(fēng)、供電、排水與采煤共同組成了煤礦開(kāi)采系統(tǒng)，其中供電系統(tǒng)是整個(gè)煤礦系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一項(xiàng)。供電的可靠性直接影響了整個(gè)煤礦開(kāi)采的進(jìn)度。所以保障煤礦電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，就是保障煤礦開(kāi)采的效率與安全。

1.礦井下防爆電氣設(shè)備存在的安全隱患

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，礦井防爆設(shè)備是井下工作人員與電力設(shè)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(yùn)行。但受自身質(zhì)量的影響，煤礦設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程中偶爾會(huì)出現(xiàn)設(shè)備故障等質(zhì)量問(wèn)題，若這些質(zhì)量問(wèn)題得不到有效的解決，則很大程度上會(huì)影響煤礦開(kāi)采的安全。以下是煤礦設(shè)備主要安全問(wèn)題產(chǎn)生原因。

(1)設(shè)備質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

設(shè)備質(zhì)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(guó)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(jì)實(shí)力的影響，這些中小型煤礦還在使用老舊的電力系統(tǒng)設(shè)備，甚至一些煤礦的安全防范都未達(dá)到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，所以對(duì)部分中小型煤礦要加大監(jiān)察力度，促使其提高煤礦設(shè)備的質(zhì)量安全。

(2)配套零件雜亂

井下電氣設(shè)備配套零件的品質(zhì)好壞，直接決定了電氣設(shè)備的使用壽命。在一些電氣設(shè)備使用的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)零部件老化或磨損的情況。工作人員對(duì)報(bào)廢的配件進(jìn)行更換時(shí)要保證新更換零部件的質(zhì)量品質(zhì)，不能把品控較差的配套零件更換到電力設(shè)備中去。一些煤礦企業(yè)為了減少成本開(kāi)支，將合格率不達(dá)標(biāo)的設(shè)備配件安裝在正在使用的電力設(shè)備中，這就造成了電力設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)故障損壞，長(zhǎng)期以往礦井安全得不到保證，發(fā)生爆炸的幾率則會(huì)逐步提高。

(3)對(duì)設(shè)備缺乏規(guī)范化管理

能否規(guī)范化管理井下電力設(shè)備，是影響井下生產(chǎn)安全的另一個(gè)重要因素。現(xiàn)在許多煤礦只注重生產(chǎn)效率，忽略了電力設(shè)備的規(guī)范管理，所以煤礦設(shè)備的使用環(huán)境存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。煤炭開(kāi)采環(huán)境會(huì)間接影響電力設(shè)備的運(yùn)行，從而導(dǎo)致危險(xiǎn)系數(shù)增加，事故發(fā)生的概率也會(huì)增加。

在以往的電力設(shè)備檢修過(guò)程中，工作人員僅通過(guò)防爆電氣設(shè)備的控制界面來(lái)觀察設(shè)備內(nèi)部是否帶電，在維修的過(guò)程中由于顯示界面不通電，維修人員不能檢測(cè)內(nèi)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(shè)備內(nèi)部回路出現(xiàn)故障時(shí)，維修工作人員只能通過(guò)自己的判斷來(lái)進(jìn)行檢修，完全沒(méi)有參考依據(jù)，此過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)，嚴(yán)重降低了礦井施工效率。綜上所述，在電力設(shè)備維護(hù)時(shí)需設(shè)置一種母線電源指示器，該指示器對(duì)防爆電器的安全性有一定增強(qiáng)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(shù)方案

我國(guó)電氣設(shè)備是本體腔、出線腔以及進(jìn)線腔組成的多腔體電氣設(shè)備，其中電路回路中的開(kāi)關(guān)原件大部分裝配在本體腔內(nèi)，設(shè)備中的線路連接多設(shè)置在進(jìn)線與出線腔內(nèi)。當(dāng)閉鎖裝置處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，本體腔通電，閉鎖裝置在開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，本體腔斷電。閉鎖結(jié)構(gòu)在解除的狀態(tài)下出線側(cè)應(yīng)保持無(wú)電流通過(guò)，而在開(kāi)蓋的狀態(tài)下出線側(cè)可通過(guò)電流。但此時(shí)維護(hù)的工作人員仍有觸電的可能。最后電氣設(shè)備以電氣連鎖與機(jī)械連鎖的方式進(jìn)行工作，閉鎖功能只能作用于電路的斷路器中。

在電氣設(shè)備的進(jìn)線側(cè)安裝母線電源指示器，隨后在防爆開(kāi)關(guān)的線路處設(shè)置指示燈，出線側(cè)電流的通過(guò)狀態(tài)可以在指示燈中顯示出來(lái)。最后關(guān)閉供電設(shè)備的安全鎖，避免違規(guī)使用礦井電路。本技術(shù)方案有如下技術(shù)解析：

(1)電源指示裝置的基本原理

母線電源顯示裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)裝置以實(shí)際維檢功能為主，通過(guò)電源電路模塊來(lái)實(shí)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(nèi)部有顯示模塊、電插鎖以及傳感器模塊三部分構(gòu)成，其中傳感器中設(shè)置了控制集成電路，而集成電路模塊中又包含了轉(zhuǎn)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(hào)通過(guò)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(guò)指示燈中心號(hào)來(lái)判斷電路狀態(tài)是否滿足不帶電的開(kāi)蓋要求，隨后再通過(guò)電插鎖來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的操作。

(2)具體實(shí)施方式

圖2為煤礦防爆電器的母線顯示裝置結(jié)構(gòu)示意圖，該指示裝置內(nèi)部有顯示模塊、線路分布以及傳感器模塊三部分構(gòu)成，其選型包括符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定的高壓線路傳感器，在現(xiàn)實(shí)模塊處設(shè)置一電插鎖裝置，在工作的過(guò)程中若指示燈處于長(zhǎng)亮狀態(tài)，則設(shè)備安全。電路中的電信號(hào)通過(guò)傳感器后經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、感應(yīng)與轉(zhuǎn)換后再傳輸?shù)街甘酒髦?，最后電源指示燈的亮度狀態(tài)來(lái)反應(yīng)線路通電的狀況。

圖2 裝置結(jié)構(gòu)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(dāng)高壓電通過(guò)硅膠線時(shí)，只有一部分電流傳輸?shù)搅藗鞲衅髦?，在傳感器集成電路中有控制模塊，當(dāng)三相電流傳輸?shù)郊呻娐返目刂颇K中時(shí)，隔離模塊可將電流斷開(kāi)，防止高壓電流破壞傳感器。當(dāng)敏感原件收到電磁信號(hào)的指示后，電磁信號(hào)通過(guò)電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，最后電信號(hào)通過(guò)調(diào)制器再進(jìn)入第一端子的顯示器中，此時(shí)指示燈通過(guò)顯示器來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的亮度反饋，工作人員可根據(jù)不同的指示燈信息來(lái)判斷當(dāng)前電壓的狀況。最后在防爆設(shè)備的一側(cè)設(shè)置顯示窗，維修人員通過(guò)顯示窗可直觀的觀察設(shè)備故障的位置，并及時(shí)處理解決。

電源指示燈外殼采用常規(guī)塑料，當(dāng)設(shè)備電路通有電壓時(shí)指示信號(hào)燈泡處于高亮狀態(tài)。如果設(shè)備出現(xiàn)漏電或接地電路斷路時(shí)，三相電路中表示接地的燈泡會(huì)自動(dòng)熄滅。在工作人員對(duì)接線故障檢查或開(kāi)蓋檢查的過(guò)程中，通過(guò)回路中指示燈泡的長(zhǎng)亮或熄滅狀態(tài)可判斷相應(yīng)的電路電壓狀態(tài)，電壓狀態(tài)又可以直觀的反應(yīng)設(shè)備安全狀態(tài)。在設(shè)備內(nèi)部電路出現(xiàn)故障時(shí)，指示燈又可以直觀地提示故障位置，減少了維護(hù)人員的時(shí)間成本，提高了井下作業(yè)的效率，同時(shí)也增強(qiáng)了電力設(shè)備的安全性能。

防爆指示燈下方的電插鎖一般處于斷開(kāi)狀態(tài)，而顯示模塊線路末端為開(kāi)放狀態(tài)，若電源線路中通電，端子接點(diǎn)的第二條線路變?yōu)殚]合狀態(tài)，電插鎖隨即也閉合，此時(shí)設(shè)備內(nèi)部門(mén)蓋無(wú)法開(kāi)啟，有效禁止了外部違規(guī)用電等危險(xiǎn)動(dòng)作。

指示燈應(yīng)用范圍隨功能需求而改變，當(dāng)電源顯示裝置用在隔離設(shè)備的進(jìn)線側(cè)，此時(shí)上級(jí)開(kāi)關(guān)與本機(jī)開(kāi)關(guān)為電氣互鎖，要想打開(kāi)鎖蓋，就必須保證上級(jí)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)：若指示燈設(shè)置在隔離設(shè)備的出現(xiàn)側(cè)，則可滿足本級(jí)開(kāi)關(guān)電氣自鎖功能，同時(shí)也滿足了顯示界面與電源指示裝置相互配合要求。

(3)特點(diǎn)

①與傳統(tǒng)的電壓互感器相比較，母線電源指示設(shè)備的顯示功能更加直觀。以往的顯示功能只適用于簡(jiǎn)單的工作環(huán)境，而復(fù)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(fù)雜的井下作業(yè)中正常運(yùn)行，不需要顯示屏就可以清晰表達(dá)出線路電壓的狀態(tài)。

②母線電源指示器應(yīng)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(jí)電壓，而該電源指示器可適用于多級(jí)電壓。

③該指示器內(nèi)部設(shè)置了隔離功能，當(dāng)高壓電接入會(huì)被傳輸?shù)礁邏簩?dǎo)線中，不會(huì)影響低壓線路。

④在門(mén)上插鎖的保護(hù)下，未斷電的設(shè)備門(mén)蓋為關(guān)閉狀態(tài)，外部違規(guī)用電無(wú)法進(jìn)行。

⑤根據(jù)實(shí)際需求，母線電源指示器可在閉鎖狀態(tài)與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下靈活運(yùn)用，不僅能使開(kāi)關(guān)與設(shè)備互鎖，也可以使設(shè)備內(nèi)部自鎖。

3.結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)井下電氣系統(tǒng)供電設(shè)備安全用電分析后，研發(fā)一款可以運(yùn)用在井下防爆電氣設(shè)備的電源指示器，該指示器可以在設(shè)備供電的情況下自鎖電氣系統(tǒng)，杜絕了外部危險(xiǎn)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(shè)備維修人員的觸電風(fēng)險(xiǎn)，也提高了井下電氣設(shè)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(shí)用價(jià)值。