KBZ400/1140(660)增设上行键控制回路的设计

陈 劭，巩 炜

(榆林汇森煤矿建设运营有限责任公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关在煤矿生产中广泛使用，由于其具有数量大、使用年限长的特点，给设备升级带来了潜在困难，因此当实际使用中发现一些使用缺点后，在不影响其安全性能、防爆性能的基础上对设备进行合理改进，有利于煤矿节支增效、推进矿井高产高效建设。

文中针对老款KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关无下行按键影响操作效率的缺点共提出三种改造设计方案，分别为采用组合键方式、替换漏电试验按钮方式和利用一种新型改造按钮的方式，通过对三种方案的对比，最终发现采用新型按钮的控制方式可以最小程度地改变馈电开关本身的结构，还可以达到增设上行键的目的，所以最终确定采用新型按钮控制方式为最优方案。

1 改进前馈电开关调节按钮的控制电路

目前煤矿生产井下的好多KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关都是用过好多年的老款设备，虽然随着设备更换陆续引进的开关按键较为齐全，但是井下所用的馈电开关大部分还是以前没有设置上行键的旧设备，没有上行控制键使得电气工程师在操作开关、调节整定、查看参数时降低了工作效率，此外根据KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关使用要求及矿井管理制度，KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关需要上架进行管理，井下条件有限，一般操作馈电开关时大部分需蹲下弯腰才能看到屏幕数字，快速完成整定可以降低工作人员劳动强度。尤其当面临新采面投入时，需调整馈电开关数量较多，没有上行键的控制开关的缺点更加突出，所以对KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关控制回路改造有一定的必要性，能够降低电气工程师工作强度，还能够提高电气整定工作效率。老款KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关(以内配ZKY-11保护器馈电开关为例)按钮设置如下。

图1 老款KBZ400/1140(660)馈电按钮设置

如图1所示，老款KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关共设置有分闸、合闸、确认、下行和试验5个按钮，由于KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关采用的是电气合闸、机械保持原理，即按下合闸按钮合闸回路继电器闭合合闸线圈，使得真空接触器闭合，后卡入保持机械结构，而不同于QBZ系列磁力启动器，靠电磁力合闸后，合闸开关被短路，形成持续电磁力进行保持。因此分闸按钮和合闸按钮分别连接于分闸、合闸控制回路中，主要负责控制分闸和合闸继电器的通断以实现主回路的通断控制，无法进行相应改造，文中重点在于增设上行键控制回路，此处不再深入探讨，下面对其他剩余3个按键的功能及原理加以说明。

1.1 确认键的控制回路

确认键主要作用在于调节参数时对所选项进行确认并进入下一级子菜单，它的控制回路连接于保护器上，接于保护器(ZKY-11保护器为例)的6、8号接线口，确认功能由保护器内部程序实现。

1.2 下行键的控制回路

下行键主要作用在于调节参数时使光标下移、参数单循环减小等，它的控制回路如图1所示，连接于保护器(ZKY-11保护器为例)的5、8号接线口，下行的实现是由保护器内部的程序实现的。

1.3 试验键的控制回路

试验按钮(图2中的SB5)主要是手动将主回路的某一相通过高阻接地，通过试验按钮可以达到模拟接地故障的目的，从而检验馈电开关保护装置的灵敏性和可靠性。控制回路如图2所示。

图2 漏电实验电路图

1.4 复位键的控制回路

复位键采用的是组合键的控制方式，利用确认键和下行键同时按下来实现复位功能。接线方式为先将确认键和下行键串联接起来，然后将另外两接线柱分别接于保护器(ZKY-11保护器为例)的7、8号接线端子，复位键的作用在于能使KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关保护器回复初始界面。

2 馈电开关上行键控制电路设计方案对比

2.1 采用组合键方式

由KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关保护器系统中复位键的设计思路可以联想将增加的上行键设计为组合键控制方式，由前论述可知，确认键与下行键组合已经被复位键使用过，剩下的只能使用分闸键+下行键、合闸键+下行键、分闸键+合闸、分闸键+试验键、合闸键+试验键、分闸键+确认键、合闸键+确认以及试验键+确认键等几种组合模式。通过分析发现分闸键+下行键、合闸键+下行键这两种方式由于存在上下行指令同时发送的情形，理论上不可行，分闸键+合闸键进行组合的方式，虽然可以反馈给控制器上行指令，但是每操作一次，开关状态会发生一次转化，连续操作会出现反复分合闸，对开关寿命影响较大且存在安全隐患；分闸键+试验键、合闸键+试验键及分闸键+确认键的组合键通过分析，若操作时开关处于合闸状态，组合键操作将会导致分闸，在分闸状态可达到组合键完成上行指令的目的；合闸键+确认组合控制的方式在开关和合闸状态可以完美达到上行指令发送目的，但是当开关本身处于分闸状态时，此种组合方式会造成误送电，不利于矿井安全管理；剩余最后一种试验键+确认键的组合键设计思路，通过对将试验键控制回路与确认件控制回路串联后，连接于保护器(ZKY-11保护器为例)的4、8号接线端子,当同时按下确认键和试验键后即可达到控制器面板上行控制的目的，且试验键和确认键操作频度不是很高，采用此种方式能很好实现目的，唯一不足在于这种方式只能在开关处于分闸时使用。通过分析对比采用试验键加确认件完成上行指令的改造思路对开关本身几乎没有影响，由于是在开关本身自带接口进行扩展，因此不会影响其防爆性能，唯一不足之处在于只能在开关处于分闸状态操作，但是此种方案的小改进也解决了缺少上行键所带来的麻烦，针对保有老款KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关数量较多的老矿井具有一定实际推广应用价值。

此外，由于现在矿井电气设备大部分采用智能模块控制，大部分留有功能拓展接口，结合这种思路可以对其它电气设备进行类似改造，以达到实际需要功能的目的，这种方式几乎无投入，且不影响设备本身防爆、安全性能，具有一定推广价值。

2.2 采用替换漏电实验按钮的方式

漏电实验按钮的控制电路如图3所示，通过分析发现漏电试验按钮事实上起到的作用与K3-1是一致的，只是K3-1是通过保护器内部程序控制继电器K3的通断，来控制辅助触点K3-1的开闭，进而实现漏电实验，这便决定了替换漏电实验按钮的可行性。将漏电试验按钮的接线拆除，接线如图4所示。

图3 漏电试验控制电路

图4 替换试验按钮方式接线

通过上述分析可以看出，采用替换漏电试验按钮的方式可以实现上行键的功能，此方案与增设组合键的方式相比更加简单，且无限制条件。优点在于：在不破坏外部硬件的基础上实现了上行键的控制，具有较强的可行性和可操作性，成本较低，只需改变漏电实验按钮的两个接线口便可以达到预期目的，且不影响系统的漏电实验；缺点在于：此方案将漏电试验按钮替换后，在做漏电实验时只能通过调节系统菜单，用程序控制K3继电器，进而利用辅助触点进行漏电实验。

2.3 采用新型改造按钮的控制方式

通过对系统控制按钮电路的综合分析，可以得出增设上行键事实上就是寻找一个冗余出来的按钮控制回路，因此可尝试设计出一种新型开关按钮，其特殊之处在于可以通过一个相同的按钮相对独立地控制2个回路，文中设计的新型按钮如图5所示。

图5 新型控制按钮原理图

图5为新型开关按钮的剖面图，在图5中，黑色区域是绝缘的架构，其中3为开关限位装置，可以有效防止开关外拔时直接被拔出的情况，4为弹簧机构，实现开关按钮自动回位，1、2、3、4分别为4个接线端子，可以分别控制两个回路的通断，1、2号端子为一个回路，3、4号端子为一个回路。将按钮按下时，可以使3、4号端子控制的回路导通或者通过连续操作产生脉冲控制信号；将按钮往外拔时，可以使1、2号端子导通或者产生脉冲控制信号。因此可以将确认键和下行键均替换为新型按钮，确认键实现确认和复位功能，向内按下按钮实现确认功能，向外拔按钮实现复位功能；下行键新型按钮实现上行键和下行键功能，按下按钮实现下行功能，拔出按钮实现上行功能，接线图如图6所示。

图6 新型控制按钮接线图

通过上述分析，可以看出利用新型按钮控制方式可行性较高，方案与其它两种方案相比也具有一些特征。优点为：可行性高，不仅实现了上行键功能，而且还可以将原本的复位组合键优化为单键控制，操作更为方便；缺点为：新型按钮需要独立加工，增加了造价，而且开关制造对工艺要求也较为严格，不然会影响馈电开关的防爆性能。

3 改造方案实用性分析

煤矿作为高危行业，对于设备的可靠性能要求尤为严格，尤其电气设备防爆性能，必须取得相关资质认可。文中提出的3种改造方案，旨在解决老款KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关无上行控制按钮、操作麻烦的现场使用问题，对于组合键方案和替换漏电试验控制键方案具有改造简单、无投入的特点，只需利用旧设备控制小线为材料即可在不影响设备原始性能的前提下完成改造，具有一定试用价值，可以进行推广应用，但前期是改造后需加强业务人员培训，完成改造原理交底工作，使实际操作人员熟知改造功能实现前提条件，这样便能在无投入的前提下提高KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关操作效率；第三种新型开关设计，最具有实用性，也是直接从根源解决问题的最好方案，能够在不增加按钮数量的前提下完成优化改造，更好发挥设备效能，但是不足之处在于此方案需对原有开关按钮进行更换，安装新型按钮，并且不能影响设备的防爆性能，因此本方案在企业实际管理中不具有推广价值，但是此种新型开关的提出能够为开关厂家提供新的设计思路，因为毕竟按钮数量会影响防爆设计，因此此方案对于生产厂家具有一定推广价值。

4 结语

文中围绕老款KBZ400/1140(660)矿用真空隔爆馈电开关实际使用中存在的问题展开讨论，针对无上行键操作的不便性对改进方案展开了充分讨论研究，最终提出3种方案进行优化设计，通过对以上3种设计方案的分别阐述，我们可以发现，采用组合键方式能够在分闸或者合闸的特定条件下实现功能，具有一定的局限性，但是实际使用中一般都是投用前就需完成整定，因此此种方案是可行的；替换漏电实验按钮的方式可行性较高，也能完美地实现上行键调节功能，但是它直接去掉了漏电试验控制按钮，使得漏电试验只能通过软件程序实现；采用新型按钮的方案可以最大程度地完善系统控制调节按钮的设置，使得系统操作更加简单、灵活、高效，但改造需委托厂家进行防爆性能验证，且需重新加工开关按钮，此方案对于设备生产厂家具有较高实用性，且可应用于其他类似电气设备控制回路设计，具有较高推广价值。