隔爆開關(guān)開蓋自動(dòng)檢測(cè)斷電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用分析

張 濤

（山西潞安化工集團(tuán)供電分公司，山西長(zhǎng)治 046204）

隨著對(duì)煤礦井下設(shè)備的不斷升級(jí)改造，其生產(chǎn)能力也得到了不斷的提高與加強(qiáng)，這也間接導(dǎo)致了用電總功率的增強(qiáng)，同時(shí)，在進(jìn)行煤礦開采工作時(shí)，由于所使用的開采設(shè)備種類比較多，因此，在進(jìn)行設(shè)備的使用時(shí)，會(huì)造成線路的交叉與繁雜。因此，為了保障這些開采設(shè)備的安全使用，將會(huì)在煤礦井下設(shè)置多個(gè)隔爆開關(guān)，但是由于這些開關(guān)分布的比較分散，因此，很難對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的管控。開采設(shè)備所使用的隔爆開關(guān)，其構(gòu)成是使用金屬栓將隔爆蓋和主體進(jìn)行連接，在隔爆開關(guān)的外殼內(nèi)存中，安裝著一些非常重要的零部件，這些零部件主要是用于防觸電保護(hù)，因此，如果相對(duì)這些零部件進(jìn)行保養(yǎng)、維修以及更換時(shí)，就需要將其進(jìn)行打開。但是，為了保障其安全性，確保開采安全，就需要維修人員經(jīng)常將其打開進(jìn)行檢查、維修或者更換，將會(huì)增加其開與關(guān)的頻率，因此，一旦在此過程中存在操作不當(dāng)?shù)男袨椋瑢?huì)使設(shè)備損毀或者更有甚者出現(xiàn)人員傷亡。如：某公司在進(jìn)行煤礦井下工作時(shí)，僅僅一年時(shí)間內(nèi)，就由于不規(guī)范地對(duì)隔爆開關(guān)的維護(hù)、維修以及更換，造成22起事故，其中，最為嚴(yán)重的一次事故，使2個(gè)用于膠帶運(yùn)輸?shù)?50A的隔爆開關(guān)損毀，1個(gè)用于風(fēng)機(jī)連鎖的600A 的開關(guān)損壞，燒傷了相關(guān)的操作人員，以上一系列的損失，其市場(chǎng)價(jià)值將近達(dá)50萬元。因此，基于以上的情況，為了解決出現(xiàn)的以上問題，本文將會(huì)提出一種自動(dòng)檢測(cè)斷電控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于煤礦開關(guān)的檢測(cè)，確保其能夠在實(shí)際運(yùn)營工作時(shí)，提高其使用以及維護(hù)的安全性。

1 礦用隔爆開關(guān)工作原理

在進(jìn)行煤礦井下工作時(shí)，應(yīng)用最為廣泛的隔爆開關(guān)是礦用隔爆型，該開關(guān)在其輸入端通常會(huì)連接一些大功率的輸電設(shè)備，如：變壓器、高壓斷路器等，而其輸出端，一般會(huì)與煤礦開采中的多種用電設(shè)備進(jìn)行連接，而連接使用的工具是電纜，只有以上連接全部實(shí)現(xiàn)以后，才能夠?qū)崿F(xiàn)各種設(shè)備的用電。除此之外，在煤礦開采過程中，采用隔爆開關(guān)有以下優(yōu)勢(shì)，即：隔爆性能比較強(qiáng)、所保護(hù)的功能比較多，易于維修與維護(hù)、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、操作使用比較方便等。

但是，在實(shí)際的運(yùn)行中，對(duì)隔爆開關(guān)進(jìn)行維修、維護(hù)、保養(yǎng)以及操作使用時(shí)，由于操作使用人員對(duì)其組織構(gòu)成以及使用規(guī)范不了解，導(dǎo)致發(fā)生了很多起誤操作事故發(fā)生，同時(shí)，還使得隔爆開關(guān)在進(jìn)行安裝使用的時(shí)候，其安全性方面大大降低，最終導(dǎo)致在進(jìn)行煤礦開采工作時(shí)，在用電方面，得不到保障。

因此，需要對(duì)隔爆開關(guān)的各項(xiàng)原理進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以下是其幾種保護(hù)原理。

1.1 過載保護(hù)原理

當(dāng)大功率的用電設(shè)備或者輸電設(shè)備接入到隔爆開關(guān)以后，在這些大功率的用電以及輸電設(shè)備進(jìn)行運(yùn)營工作時(shí)，由于隔爆開關(guān)承載不了如此大功率的電壓，因此，其內(nèi)部的變換器會(huì)對(duì)這些超大電壓采取一些措施，如：分壓處理等，隔爆開關(guān)的外部，會(huì)在對(duì)輸入或者輸出的電壓進(jìn)行有效的比對(duì)以后，在其儀表盤上顯示出超載信息，于與此同時(shí)，還會(huì)進(jìn)行報(bào)警提示工作人員。經(jīng)過以上操作以后，其內(nèi)部的脫扣板電路即會(huì)被導(dǎo)通，但是，欠壓線圈中的電流則是會(huì)被隔斷，經(jīng)過以上的操作以后，其就實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓線路的過載保護(hù)[1]。

1.2 漏電保護(hù)原理

隔爆開關(guān)在正常工作狀態(tài)下，能夠隔絕的電阻值為120kΩ以上。當(dāng)其電阻值在120kΩ以上時(shí)，漏電保護(hù)裝置中的三極管能夠被導(dǎo)通這就使得繼電器完全處于閉合的狀態(tài)。而如果其電阻值在120kΩ以下時(shí)，則繼電器無法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)閉合，那么此時(shí)，將會(huì)使得隔爆開關(guān)出現(xiàn)跳閘的行為。

1.3 短路保護(hù)原理

當(dāng)與隔爆開關(guān)相連接的大型設(shè)備出現(xiàn)一些問題時(shí)，如：線路的破損、錯(cuò)誤的裝配線路等，均會(huì)引起整個(gè)線路出現(xiàn)短路，一旦線路出現(xiàn)短路，那么，將會(huì)使得線路中的電流瞬間得到放大，其放大的倍數(shù)甚至比額定電流高10倍以上，此時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)一系列的隔爆開關(guān)的短路保護(hù)措施，如：斷開欠壓線圈中的線路、連通分勵(lì)線圈中的供電、導(dǎo)通脫扣板電路等。

2 煤礦隔爆開關(guān)開蓋自動(dòng)檢測(cè)斷電控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

煤礦隔爆開關(guān)開蓋自動(dòng)檢測(cè)斷電控制系統(tǒng)，構(gòu)造出來的原因就是為了能夠在對(duì)隔爆開關(guān)的保護(hù)蓋實(shí)現(xiàn)打開時(shí)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的檢測(cè)。該系統(tǒng)在進(jìn)行工作時(shí)，如果操作者在隔爆開關(guān)帶電的狀態(tài)下打開了其保護(hù)蓋，那么該系統(tǒng)一旦檢測(cè)到此種行為，將會(huì)出現(xiàn)一些保護(hù)行為，如：自動(dòng)斷開其控制線路?；谝陨系墓δ埽胧乖撓到y(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以上行為，則需要具備以下設(shè)備：報(bào)警器、PLC、開蓋傳感器、以太網(wǎng)、控制柜等，具體如圖1所示。

通過圖1 能夠看出，在隔爆開關(guān)的內(nèi)部，安裝有開蓋傳感器以及連鎖控制模塊，之后，又與PLC控制柜以及開關(guān)控制線路進(jìn)行了連接，通過該連接，能夠?qū)⒕伦冸娝械囊恍┰O(shè)備連接到控制柜中，如：高壓防爆開關(guān)、監(jiān)控分站等；煤礦采集區(qū)中的交換站通過網(wǎng)絡(luò)光纜，與煤礦井中的監(jiān)控分站實(shí)現(xiàn)連接；地面上的工作站中，安裝有工業(yè)千兆以太網(wǎng)，用于收集相關(guān)網(wǎng)絡(luò)信息，之后，將收集到的相關(guān)信息，輸送給井下的網(wǎng)絡(luò)交換站中。

2.2 系統(tǒng)工作原理

（1）當(dāng)正常進(jìn)行工作時(shí)，隔爆開關(guān)中的開蓋傳感器并未被接通。但是，當(dāng)操作人員將其停止工作，計(jì)劃開始進(jìn)行對(duì)隔爆開關(guān)維修、維護(hù)時(shí)，需要將其保護(hù)蓋打開，一旦將隔爆開關(guān)的保護(hù)蓋打開，那么將會(huì)使開蓋傳感器中的線路接通，該傳感器就會(huì)開始工作，當(dāng)其沒有檢測(cè)到線路中存在有電流時(shí)，則不會(huì)發(fā)生報(bào)警以及保護(hù)，但是，如果該檢測(cè)器檢測(cè)到線路中存在有電流，那么將會(huì)發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警以及做出保護(hù)的動(dòng)作，即：開蓋傳感器將會(huì)使報(bào)警信息輸送給PLC，之后，PLC 在收到相關(guān)的信息以后，就開始做出一系列的保護(hù)動(dòng)作了，將開關(guān)斷開信號(hào)發(fā)送給隔爆開關(guān)，使隔爆開關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷開，之后，再將其電源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切斷。

（2）PLC 除了會(huì)做出以上的動(dòng)作以外，還會(huì)對(duì)收集到的相關(guān)違規(guī)信息進(jìn)行處理，該信息經(jīng)過處理以后，將會(huì)被監(jiān)控分站中的串口服務(wù)器傳送給地面上的交換機(jī)中，在其傳輸中，是通過光纜線實(shí)現(xiàn)的，最后，會(huì)將處理后的信息再傳送給信號(hào)采集處理系統(tǒng)中。

（3）地面上的信號(hào)采集處理系統(tǒng)，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理，就需要控制主機(jī)，而在隔爆開關(guān)開蓋自動(dòng)檢測(cè)斷電控制系統(tǒng)中，可以采用筆記本或者臺(tái)式電腦，在主機(jī)中，需要安裝有客戶端以及服務(wù)器，除此之外，還需要該主機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)隔爆開關(guān)中相關(guān)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控；除此之外，還需要在調(diào)度室中安裝一臺(tái)電腦，通過該電腦，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)隔爆開關(guān)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電行為，與此同時(shí)，還需要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)隔爆開關(guān)的監(jiān)控行為，因此，需要與兩端口的DVT 多電腦切換器實(shí)現(xiàn)連接。經(jīng)過以上的連接以后，就能夠通過該電腦實(shí)現(xiàn)對(duì)隔爆開關(guān)開蓋的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并收集其相關(guān)的信息參數(shù)，如：開蓋的時(shí)間、開蓋期間是否有電流等，除此之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱，一旦發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)違規(guī)，就會(huì)及時(shí)實(shí)現(xiàn)斷電等功能。

（4）當(dāng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其斷電處理以后，系統(tǒng)會(huì)將該信息傳送開蓋傳感器，而傳輸中借助的設(shè)備是PLC，當(dāng)開蓋傳感器接收到此信息以后，將會(huì)不再進(jìn)行報(bào)警，與此同時(shí)，還會(huì)將關(guān)閉的兩防鎖打開，之后，該隔爆開關(guān)就能夠進(jìn)行安全的打開了。

2.3 系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)和注意事項(xiàng)

2.3.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）在對(duì)高壓的隔爆開關(guān)進(jìn)行控制時(shí)，可以采用低壓的傳感器實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)運(yùn)營，之后，還能夠?qū)`規(guī)開蓋實(shí)現(xiàn)超前斷電、報(bào)警處理，通過此種操作，能夠規(guī)避因?yàn)檫`規(guī)操作帶來的危害，使損失大大降低。

（2）設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)能夠規(guī)避由于違規(guī)操作帶來的弊端，同時(shí)，還能夠有效地防止操作人員的誤操作等行為；除此之外，由于該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，且在與隔爆開關(guān)帶電傳感器中的連接中，也能夠聯(lián)網(wǎng)，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)“一開一防”，進(jìn)而能夠有效地實(shí)現(xiàn)保護(hù)，當(dāng)非工作人員進(jìn)行誤操作時(shí)，該系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警，同時(shí)，還會(huì)在顯示屏中顯示出一些信息，如：嚴(yán)謹(jǐn)帶電作業(yè)、當(dāng)前瓦斯?jié)舛鹊?；該系統(tǒng)還能夠?qū)﹂_蓋中是否帶有電進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)是帶電作業(yè)，那么將會(huì)對(duì)其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電處理。

（3）除了上述對(duì)帶點(diǎn)的檢測(cè)以外，地面主機(jī)同樣也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)隔爆開關(guān)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，檢測(cè)其是否進(jìn)行帶電作業(yè)，其主要的目的就是為了檢測(cè)操作人員在對(duì)隔爆開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，是否符合相關(guān)的規(guī)章制度等，與此同時(shí)，還能夠?qū)γ看尾僮魅藛T的操作行為以及操作中的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行記錄，如：點(diǎn)位、時(shí)間以及結(jié)果等。

（4）制定的系統(tǒng)中，除了以上的裝置以外，還安裝有開采煤礦專用的開和關(guān)的兩防鎖，安裝此裝置的目的就是為了預(yù)防由于非常規(guī)進(jìn)行開蓋以及送電而帶來的危害，除此之外，還能夠保障開關(guān)中的一些零部件不會(huì)丟失或者被更換等。

2.3.2 注意事項(xiàng)

（1）雖然制定的系統(tǒng)能夠更好地為隔爆開關(guān)的運(yùn)行以及維護(hù)保養(yǎng)等服務(wù)，但是總的來說，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，這也間接地導(dǎo)致了其運(yùn)營成本的增加。

（2）用于打開隔爆開關(guān)保護(hù)蓋的鑰匙需要有專業(yè)人員進(jìn)行報(bào)關(guān)，因此，如果在實(shí)際運(yùn)營過程中出現(xiàn)意外，那么將會(huì)不能及時(shí)地對(duì)其進(jìn)行開蓋處理，因此，基于此種狀況，需要加強(qiáng)對(duì)專業(yè)人員的相關(guān)培訓(xùn)，除此之外，還需要保證在工作期間，隔爆開關(guān)附近隨時(shí)安排有專業(yè)人員。

（3）制定的系統(tǒng)中，用于傳遞信號(hào)的設(shè)備是光纜，但是由于煤礦在實(shí)際的開采過程中，分布面積比較廣，因此，要想將收集到信號(hào)及時(shí)地進(jìn)行傳遞，就需要在煤礦井中布置有光纜，但是由于光纜布置的比較多，因此，在一些設(shè)備進(jìn)行工作時(shí)，很容易將光纜夾斷或者使其出現(xiàn)破裂等，如此，將不能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸工作?；诖?，需要在光纜進(jìn)行排線布置的時(shí)候，做出一些保護(hù)措施，在一些需要移動(dòng)才能夠?qū)崿F(xiàn)工作的設(shè)備旁，盡可能的不安裝有光纜，除此之外，還有在安裝排布光纜時(shí)，盡可能的保證其牢固，不移動(dòng)。

（4）為了提高該系統(tǒng)在檢測(cè)隔爆開關(guān)中電流狀況的精確情況，需要對(duì)開蓋傳感器提出更高的要求，因此，選取的傳感器，其靈敏度非常高，在工作過程中，如果不小心碰到，就會(huì)產(chǎn)生一些誤判，因此，基于以上情況，需要對(duì)選取的傳感器進(jìn)行不斷的調(diào)試，使其工作參數(shù)能夠達(dá)到最佳水平，除此之外，還需要保證隔爆開關(guān)周邊的環(huán)境，盡可能使其遠(yuǎn)離一些經(jīng)常需要操作的設(shè)備，使對(duì)其碰觸大大降低。

3 應(yīng)用效果分析

在對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)制定以后，又對(duì)其在實(shí)際使用中進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。經(jīng)過在實(shí)際場(chǎng)地的安裝以及調(diào)試以后，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠?qū)Ψ欠ɑ蛘哌`規(guī)打開隔爆開關(guān)的保護(hù)蓋進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)還能夠采取一定的措施進(jìn)行控制，除此之外，安裝在地面上的控制主機(jī)也能夠?qū)ο到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)行為，同時(shí)，還能進(jìn)行信息的收集以及反饋，并且，還能夠記錄隔爆開關(guān)在此期間的工作情況。經(jīng)過為期1年的測(cè)試以后，發(fā)現(xiàn)其記錄數(shù)據(jù)有426次，開蓋記錄中，違規(guī)開蓋的次數(shù)有15次，非正常送電的次數(shù)有8次。

將該系統(tǒng)在煤礦開采的現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用以后發(fā)現(xiàn)，由于該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠大大減少由于非常規(guī)的使用隔爆開關(guān)，而引起的設(shè)備損壞以及造成相關(guān)人員的傷亡等狀況，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試、使用以后，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在應(yīng)用中，能夠較為平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)運(yùn)作，并且，在信號(hào)傳輸以及反饋方面，比較靈敏，經(jīng)過該系統(tǒng)在煤礦開采中的應(yīng)用，大大提高了其在工作中的安全性能，同時(shí)，還使得在煤礦的開采中，成本大大地減低[2]。

4 結(jié)語

根據(jù)在煤礦開采過程中的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行實(shí)際的操作過程中，往往會(huì)出現(xiàn)一些違規(guī)操作現(xiàn)象，同時(shí)還存在一些違章送電的行為，因此，基于以上情況，本文設(shè)計(jì)制作了一套用于煤礦隔爆開關(guān)開蓋自動(dòng)檢測(cè)斷電控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，主要有以下設(shè)備進(jìn)行構(gòu)成：PLC、開蓋傳感器、報(bào)警器、以太網(wǎng)、控制柜等，設(shè)計(jì)出該系統(tǒng)以后，又進(jìn)行了實(shí)際場(chǎng)地的測(cè)試。經(jīng)過相關(guān)測(cè)試以后，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：開蓋斷電、報(bào)警以及自動(dòng)閉鎖等，其中，當(dāng)自動(dòng)閉鎖功能被開啟以后，要想在此啟用，只能用鑰匙進(jìn)行開啟，除此之外，該系統(tǒng)還具備顯示以及記錄功能，其能夠記錄：開蓋的時(shí)間、位置、斷電情況、送電情況、隔爆開關(guān)的基本信息等，經(jīng)過該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠大大減少由于違規(guī)操作而造成的一些危害，以及相關(guān)的一些損失等，同時(shí)，還大大保障了煤礦開采中的安全性。