ZBZ-4.0井下照明综保装置控制原理及设计改进*

武荣峰

(西山煤电有限公司马兰矿，山西 古交 030205)

0 引 言

随着煤矿井下作业供电线路的不断发展，井下电路也不断向复杂化、集成化发展，其带来的危险性也在增加，所以对线路的保护措施的可靠性要求就非常的重要，必须找出保护系统中的缺陷，不断改进才能让保护设备正真发挥其保护作用，让整个煤矿的电路系统在安全、可靠的环境下运行。在长期的使用中发现ZBZ-4.0井下照明综合保护装置存在一定的缺陷，笔者通过原理分析找出缺陷存在的原因，并通过科技手段将其改进。

1 使用情况及存在问题

井下隔爆型ZBZ-4.0照明信号综合保护装置，输出127V电源，可用于煤矿照明供电，也可作为信号负载的供电设备，而且拥有漏电保护和短路保护功能。其系统控制原理图如图1所示，其主要结构由保护回路系统、主回路系统和控制回路系统等几个关键部分组成，其中保护回路系统分为漏电保护电路、照明短路保护电路、电缆绝缘监测保护电路、信号短路保护电路等。《煤矿安全规程》中有相关条例规定：煤矿信号系统和照明系统，需使用拥有漏电、短路、过载保护的照明信号综合保护系统进行实时监测，并加以电路保护[1]。所以ZBZ-4.0照明信号综合保护装置完全符合《煤矿安全规程》条例中规定的煤矿井下使用要求，但此保护系统在井下生产应用中，总是会发生保护插件失灵或脱落后继续将闸门闭合送电事件，这样整个系统的保护功能就完全失效，这种现象的发生具有很强的隐蔽性，也给整个照明和信号系统带来重大安全隐患，其实这与《煤矿安全规程》中的相关规定产生了重大偏离，由此判定ZBZ-4.0照明信号综合保护装置存在重大功能缺陷，在结构和功能上需要进行改进[2]。

由各种电子元器件组成的保护插板，可以实现整个系统的各路保护功能，由于煤矿井下的工作环境的复杂性，有时出现保护线路插板失常或控制线路失灵，但线路指示灯仍然显示正常，导致在保护系统存在问题的情况下，操作工人继续合闸送电。煤矿井下工作环境空间有限，巷道定压、侧压容易使杂物掉落砸压电器设备和电路电缆，并且井下环境湿度大，还存在大量的易燃易爆气体，若无任何保护的线路在这种环境下工作，一旦整个电路系统的某一部分产生漏电隐患，这就会使本不该带电的设备外壳、金属设施、机械设备等产生电压，而具有极强的危险性，甚至会因为被工作人员触摸，发生伤亡事件，而漏电使电路的防爆性能失效，很容易将电火花和电弧暴露在无任何防爆措施的空间内，大大增加了煤尘和瓦斯爆炸的可能性[3]。

图1 ZBZ-4.0照明信号综合保护装置原理图

2 保护失效原因分析

原控制系统原理图。如图2所示。

图2 原接触器控制系统原理图

CJ为交流接触器线圈，QA为电路启动按钮，TA为电路断开按钮，J11为保护继电器的一组常闭触点，CJ1、CJ2、CJ3为交流接触器的三组常开触点，RD1、RD2、RD3为保险，ZB为变压器。控制线路通电后，变压器ZB首先通电，按下电路启动按钮QA，交流接触器线圈CJ通电，接触器交流接触器的三组常开触点CJ1、CJ2、CJ3吸合，与CJ1、CJ2、CJ3后端连接的支架灯点亮[4]。其工作流程为：电源供电-电路启动按钮QA-保护继电器常闭触点J11-交流接触器线圈CJ-保险RD1-电源，同时常开触点CJ4吸合，接触器自锁。自锁电路控制流程为：电源-电路断开按钮TA-常开触点CJ4-保护继电器常闭触点J11-交流接触器线圈CJ-保险RD1-电源，使交流接触器处于自锁吸合状态。根据以上流程，本电路的保护原理是使用保护继电器常闭触点J11的断路来对各个线路进行保护的，根据对图1综合照明保护装置的原理图的分析可以看出，只是在线路发生过载、短路、漏电时，集成块TI-T4才能翻转，而使插座端子16断电，常闭触点J11断开，控制系统回路中断，从而交流接触器的线圈断电，触点与CJ1、CJ2、CJ3后端连接的支架灯全部熄灭。但如果在保护电路失效的情况下，保护继电器J1因无法通电而线圈不会导通，但常闭触点J11一直处于闭合状态。所以在保护系统失效的情况下，按下电路启动按钮QA，交流接触器CJ仍然可以正常工作[5]。

3 技术改进

根据以上对保护原理的分析内容可知，保护失效的状态下还能正常通电的原因是因为使用了保护继电器的常闭触点，只要把此保护回路的常闭触点更换为常开触点或者在不改变保护原理的条件下串联一组常开触点，就可以解决保护失效的问题。由于ZBZ-4.0照明信号综合保护装置使用范围非常广泛，基本的保护原理并没有问题，所以无需改变原有的设计原理，所以本次技术改进是在原有线路上增加一块保护电路板，如图3所示。

见图1，新设计的保护电路板电源连接在KB两端的6、7端点上，控制输入信号两端分别取自保护插座两侧的16、5两个端点，将辅助继电器J2的一组常开触点J22串联在保护继电器和交流接触器线圈之间，将保护电路板连接在电路后，保护系统电路连接图如图4。

图3 新增保护板原理图

图4 改后接触器控制系统原理图

4 工作原理

正常工作状态下，保护线路中的端点16处于高电位，端点5处于低电位，光电耦合器中装有光电二极管，光电二极管此时导通状态，可发射红外线照射红外光敏三极管，使其呈现低电阻状态，激发三极管BG1通电，使辅助继电器J2吸合，此时常开触点J22导通，此时按下电路启动按钮QA，使交流接触器线圈CJ导通，并自锁，控制电路正常送电。当电路保护系统出现短路、漏电、过载的情况时，线路中的插座端点16失电，端点5一直处于低电位，因此光电藕合器中的光电二极管就会断电，不能够放射出红外线，同时被红外线照射的光敏三极管更换为高阻值输出，致

使三极管 BG1进入断开状态，辅助继电器J2线圈断电，触点J22断开，因此保护继电器J1因产生了故障而无法导通吸合，所以供电控制系统回路断开，无法合闸，从而完成了在系统故障的情况下使保护系统发挥作用。所以在保护系统的原件或电路出现故障的状态下，辅助继电器J2无法获取导通电源，不能吸合导通，触点J22一直断开，致使供电系统回路不能导通合闸[6]。

5 结 语

通过ZBZ-4.0照明信号综合保护装置进行技术性改造，在保护系统回路中安装了保护电路板，利用光耦原理控制光敏三极管阻值的变化来控制辅助继电器J2的常开触点的通断，从而控制交流接触器的自锁回路。经改进后，在保护系统失效的情况下，交流接触器CJ不再能导通吸合，有力的保障了送电系统的安全运行，改进后的ZBZ-4.0照明信号综合保护装置通过现场使用，对照明系统和信号设备保护效果良好，完全可以杜绝保护系统失效还能正常送电这一重大隐患。