矿用防爆电气设备母线电源指示装置的设计

＊魏 星

（晋能控股装备制造集团寺河矿二号井 山西 048000）

前言

随着我国煤矿设备技术标准不断提升，煤矿设备的耗电量也越来越大，所以煤矿电力系统的安全标准也在逐步提高。矿井电力设备不仅仅是供电设备，还包括启动器、变电站、馈电开关等电力系统保护设备。这些设备承担着井下电力系统的运行安全，是整个供电系统中不可或缺的部分。在我国煤矿安全法规中明确规定井下电力设备不可随便搬迁更换，更不能带电对井下电力设备进行维修。所以针对此规定，井下电力开关都配备了闭锁装置，设置该装置目的在于禁止井下一切违规用电操作，即井下设备开关在断电后要立即闭锁。同时电闸开关周围还放置警示标语，提醒工作人员提高安全用电意识。

通风、供电、排水与采煤共同组成了煤矿开采系统，其中供电系统是整个煤矿系统中最为关键的一项。供电的可靠性直接影响了整个煤矿开采的进度。所以保障煤矿电力系统的稳定运行，就是保障煤矿开采的效率与安全。

1.矿井下防爆电气设备存在的安全隐患

在煤矿开采过程中，矿井防爆设备是井下工作人员与电力设备最大的安全保障，其稳定性与可靠性直接影响着电力系统的正常运行。但受自身质量的影响，煤矿设备在运行的过程中偶尔会出现设备故障等质量问题，若这些质量问题得不到有效的解决，则很大程度上会影响煤矿开采的安全。以下是煤矿设备主要安全问题产生原因。

(1)设备质量不达标

设备质量不仅影响着井下作业的效率，还影响了井下工作人员的人身安全。我国许多中小型煤矿在电力系统的安全防范方面做的还不够到位。受自身经济实力的影响，这些中小型煤矿还在使用老旧的电力系统设备，甚至一些煤矿的安全防范都未达到国家规定标准，所以对部分中小型煤矿要加大监察力度，促使其提高煤矿设备的质量安全。

(2)配套零件杂乱

井下电气设备配套零件的品质好坏，直接决定了电气设备的使用寿命。在一些电气设备使用的过程中会出现零部件老化或磨损的情况。工作人员对报废的配件进行更换时要保证新更换零部件的质量品质，不能把品控较差的配套零件更换到电力设备中去。一些煤矿企业为了减少成本开支，将合格率不达标的设备配件安装在正在使用的电力设备中，这就造成了电力设备在使用过程中出现故障损坏，长期以往矿井安全得不到保证，发生爆炸的几率则会逐步提高。

(3)对设备缺乏规范化管理

能否规范化管理井下电力设备，是影响井下生产安全的另一个重要因素。现在许多煤矿只注重生产效率，忽略了电力设备的规范管理，所以煤矿设备的使用环境存在一定的安全风险。煤炭开采环境会间接影响电力设备的运行，从而导致危险系数增加，事故发生的概率也会增加。

在以往的电力设备检修过程中，工作人员仅通过防爆电气设备的控制界面来观察设备内部是否带电，在维修的过程中由于显示界面不通电，维修人员不能检测内部电压元件是否带电，所以极有可能造成维修人员被电击的事故发生。其次是电力设备内部回路出现故障时，维修工作人员只能通过自己的判断来进行检修，完全没有参考依据，此过程耗时较长，严重降低了矿井施工效率。综上所述，在电力设备维护时需设置一种母线电源指示器，该指示器对防爆电器的安全性有一定增强作用，是提高矿井安全施工的重要措施。

2.母线电源指示装置技术方案

我国电气设备是本体腔、出线腔以及进线腔组成的多腔体电气设备，其中电路回路中的开关原件大部分装配在本体腔内，设备中的线路连接多设置在进线与出线腔内。当闭锁装置处于关闭状态时，本体腔通电，闭锁装置在开启状态时，本体腔断电。闭锁结构在解除的状态下出线侧应保持无电流通过，而在开盖的状态下出线侧可通过电流。但此时维护的工作人员仍有触电的可能。最后电气设备以电气连锁与机械连锁的方式进行工作，闭锁功能只能作用于电路的断路器中。

在电气设备的进线侧安装母线电源指示器，随后在防爆开关的线路处设置指示灯，出线侧电流的通过状态可以在指示灯中显示出来。最后关闭供电设备的安全锁，避免违规使用矿井电路。本技术方案有如下技术解析：

(1)电源指示装置的基本原理

母线电源显示装置结构如图1所示。该结构装置以实际维检功能为主，通过电源电路模块来实现指示功能。

图1 母线电源指示装置原理框图

由图1可知，该指示装置内部有显示模块、电插锁以及传感器模块三部分构成，其中传感器中设置了控制集成电路，而集成电路模块中又包含了转换与变换电路、敏感与隔离原件。该指示装置把三相中的电信号通过传感器传递到指示原件中，指示原件中的指示灯再反馈给维修人员。维修人员通过指示灯中心号来判断电路状态是否满足不带电的开盖要求，随后再通过电插锁来进行相应的操作。

(2)具体实施方式

图2为煤矿防爆电器的母线显示装置结构示意图，该指示装置内部有显示模块、线路分布以及传感器模块三部分构成，其选型包括符合国家相关规定的高压线路传感器，在现实模块处设置一电插锁装置，在工作的过程中若指示灯处于长亮状态，则设备安全。电路中的电信号通过传感器后经过信号放大、感应与转换后再传输到指示器中，最后电源指示灯的亮度状态来反应线路通电的状况。

图2 装置结构示意

在图2所示的传感器模块与三相的电路相连接，其连接线路为硅胶线，当高压电通过硅胶线时，只有一部分电流传输到了传感器中，在传感器集成电路中有控制模块，当三相电流传输到集成电路的控制模块中时，隔离模块可将电流断开，防止高压电流破坏传感器。当敏感原件收到电磁信号的指示后，电磁信号通过电磁感应转变为电信号，最后电信号通过调制器再进入第一端子的显示器中，此时指示灯通过显示器来进行相应的亮度反馈，工作人员可根据不同的指示灯信息来判断当前电压的状况。最后在防爆设备的一侧设置显示窗，维修人员通过显示窗可直观的观察设备故障的位置，并及时处理解决。

电源指示灯外壳采用常规塑料，当设备电路通有电压时指示信号灯泡处于高亮状态。如果设备出现漏电或接地电路断路时，三相电路中表示接地的灯泡会自动熄灭。在工作人员对接线故障检查或开盖检查的过程中，通过回路中指示灯泡的长亮或熄灭状态可判断相应的电路电压状态，电压状态又可以直观的反应设备安全状态。在设备内部电路出现故障时，指示灯又可以直观地提示故障位置，减少了维护人员的时间成本，提高了井下作业的效率，同时也增强了电力设备的安全性能。

防爆指示灯下方的电插锁一般处于断开状态，而显示模块线路末端为开放状态，若电源线路中通电，端子接点的第二条线路变为闭合状态，电插锁随即也闭合，此时设备内部门盖无法开启，有效禁止了外部违规用电等危险动作。

指示灯应用范围随功能需求而改变，当电源显示装置用在隔离设备的进线侧，此时上级开关与本机开关为电气互锁，要想打开锁盖，就必须保证上级开关处于断开状态：若指示灯设置在隔离设备的出现侧，则可满足本级开关电气自锁功能，同时也满足了显示界面与电源指示装置相互配合要求。

(3)特点

①与传统的电压互感器相比较，母线电源指示设备的显示功能更加直观。以往的显示功能只适用于简单的工作环境，而复杂环境中显示屏容易出现故障。而该电源指示装置可在较为复杂的井下作业中正常运行，不需要显示屏就可以清晰表达出线路电压的状态。

②母线电源指示器应用范围更为广泛，以往的电压互感器显示只能用于单一等级电压，而该电源指示器可适用于多级电压。

③该指示器内部设置了隔离功能，当高压电接入会被传输到高压导线中，不会影响低压线路。

④在门上插锁的保护下，未断电的设备门盖为关闭状态，外部违规用电无法进行。

⑤根据实际需求，母线电源指示器可在闭锁状态与设备运行状态下灵活运用，不仅能使开关与设备互锁，也可以使设备内部自锁。

3.结语

本文针对井下电气系统供电设备安全用电分析后，研发一款可以运用在井下防爆电气设备的电源指示器，该指示器可以在设备供电的情况下自锁电气系统，杜绝了外部危险的带电操作，也制止了矿井中的违规用电，从根本上降低了设备维修人员的触电风险，也提高了井下电气设备的安全性能，更是间接的提高了矿井施工的效率，具有很大的实用价值。