煤矿电气设备开盖断电开关常见故障及改进

2020-05-30何倩宇

机电工程技术 2020年4期

何倩宇

（大同煤矿集团雁崖煤业公司，山西大同 037003）

0 引言

煤矿电气设备开盖断电开关是煤矿重要电气设备，为了提高开关使用寿命及安全性能必须定期开盖检修，但是实际煤矿生产过程中受开关安装环境、施工工艺、开关内部结构等影响[1]，开盖断电开关经常出现故障，不仅降低了矿井供电安全及可靠性，而且威胁着断电开关检修施工安全，所以必须合理分析隔爆出现故障主要原因，并采取合理有效技术改进措施。

大同煤矿集团雁崖煤业公司三盘区井下使用的KBZ型电气设备开盖断电开关主要采用分级闭锁技术，该技术主要是将开关负载接线腔与电源进线腔两级的闭锁分开到不同位置。当工作人员将其中一级误打开后，另一级开关会自动闭锁。即使施工人员触动一级开关（XWK1）后，电路会立即接入人工电阻，线路内的电流会发生变化，线路上级的漏电综合保护器会立即监测到电路内电流变化；当工作人员触动另一级开关（XWK2）后，本线路内的综合保护器会立即闭合，从而实现一级电路没有电流时，另一级电路仍不断电[2]，确保工作人员的安全。

通过查询白洞矿电气设备检修台账与记录发现，KBZ型电气设备开盖断电开关再使用过程中主要存在无法正常开盖和井下供电电网大面积断电两种故障。

断电开关分级闭锁内的弹簧失效是造成井下断电开关不能正常开盖的主要原因。而井下机电设备开关没有欠压综合保护器或整定值未投入是造成井下大面积停电的主要原因。当电网系统内的电流发生较大变化时，欠压综合保护器如果不能正确监测判断出电网为漏电还是电流波动，会造成开关误动作跳闸，有时大负荷设备停运或机电事故的正常电网波动也会造成开关误动作[3]，这些大面积停电都会影响煤矿的正常生产，甚至会造成井下风机开关误动作停风，威胁着矿井安全生产。

1 电气设备断电开关优化改进措施

为了提高电气设备断电开关使用寿命，保证煤矿设备供电安全，对矿用KBZ型电气设备开盖断电开关结构进行优化改进。

1.1 改进方案

针对断电开关误动作引起的电网波动，采取两种方案对井下机电设备开盖闭锁进行改造。

（1）方案一：通过将开关的保护整定值进行投入，将原来的0 s跳闸根据负荷大小增加0.5 s或1.0 s，这样可以保证电源在短时间内欠压或漏电时，开关不会由于误动作造成负荷断电[4]。

（2）方案二：将原来机电设备内部的弹簧机构更换为继电器，继电器不仅能够准确判断电缆漏电类型，还能提高操作人员开盖的安全性。

由于继电器具有安全性好、动作灵敏、故障率低等优点，所以决定对断电开关安装一套JT型继电器替换原开关弹簧机构。

1.2 继电器延迟保护设定

（1）为了能够提高继电器的准确率，在设备内部加装一

1.3 延时保护原理

（1）将原来井下高压开关开盖断电机构内的弹簧装置改换为直流电磁继电器。直流电磁继电器的左右侧分别为系统电路与控制电路，内部有感应电路触点开关、断路器的跳闸线圈与感应部分[7]。

（2）当系统内的电压比较平稳时，继电器正常工作时感应电路触点开关弹开，此时由于电路控制部分处于断开状态，高压开关的手动分合闸不会受到影响。一旦供电系统发生真正漏电时，按照之前保护的设定，保护器会根据电网波动的大小和时间判断，按照煤矿安全规程对电压的要求，当系统的电压下降到额定电压的35%时且时间达到1.8 s，超过保护的延时时间后，继电器失电感应电路触点开关闭合，跳闸线圈通电将感应部位吸动，高压开关断电跳闸。

1.4 延时原理

直流电磁延时继电器主要由底座、阻尼套筒、反力弹簧、衔铁、触头、感应线圈等组成，如图1所示。为了能够提高直流电磁延时继电器的灵敏度，减小继电器内铁心与磁轭内气隙，继电器内铁心与磁轭采用特制的电气专用钢，基座由铝直接浇铸而成[8]。继电器内部线路在通电后，内部线圈产生磁场，当磁场产生的作用力增大到将衔铁与铁心吸合后，此时高开断电。继电器内部线路在断电后，线圈内的电流不断下降，因为线圈电流减少会造成线圈内的磁通量减小，此时线圈会产生一股感应电流阻碍线圈电磁场衰减，从而延长继电器断电时间。

图1 JT型直流电磁延时继电器结构示意图

2 实际应用效果分析

2018年7月三盘区井下所有电气设备开盖断电开关全部进行优化改进，截止2019年1月，通过6个月实际应用效果观察发现，优化改进后开盖断电开关出现故障共计出现6起，其中开盖故障2起，故障断电4起，与改进前相比开关开盖故障减少17起，影响采掘工作面生产时间缩短至11 h；三盘区采套时间继电器，时间继电器能够将开关的跳闸时间进行延时，给保护装置提供一段时间来判断是否为漏电，确保开关不会误动作跳闸[5]。

（2）井下设备延时保护设定为0.3 s，然而地面在10 kV高压母线设备的开关延时时间应在原来的基础上增加1.5 s。因此，高压开关的延时保护时间可以设定为1.8 s左右。井下通常采用的设备电压等级为10 kV以下，因此井下开关的延时时间应在原来的基础上增加0.5 s[6]，这样井下开关的动作时间变为0.8 s。根据以上措施，地面高压开关的延时时间最大调整为1.8 s，能够满足生产需要。掘工作面单位时间采煤量为210 t/h，所以改进后可提高原煤采出量达7.2万t，提高经济效益达2 152万元。