矿用防爆开关缺陷分析与改进措施.pdf

收稿日期2019－10－21 矿用防爆开关缺陷分析与改进措施 辛卫东 （大同煤矿集团 同家梁矿业公司， 山西大同037025） 摘要为更好地保障矿用防爆开关的安全稳定运行，基于矿用防爆开关的应用现状，针对其开关闭锁结构、电源变压器改压装置、阻容吸收装 置、外壳及开门方式等存在缺陷进行了分析，并提出了一系列具体改进策略。改进后的矿用防爆开关经现场应用发现其运行更加稳定、可靠，能 很好地满足矿井生产需求。 关键词防爆开关；闭锁；缺陷；接触器；改进 中图分类号TD684文献标志码A文章编号1009－9492 2020 05－0208－02 Research on Defect Analysis and Improvement Measures of Mine Explosion-proof Switch XIN Weidong （Tongjialiang Mining Company, Datong Coal Mining Group, Datong, Shanxi 037025, China） AbstractIn order to ensure the safe and stable operation of mine explosion-proof switch, based on the application status of mine explosion-proof switch, the defects of its switch locking structure, power transer voltage changing device, resistance capacitance absorption device, shell and door opening mode were analyzed, and a series of specific improvement strategies were put forward. It is found that the improved explosion-proof switch is more stable and reliable in operation and can meet the needs of mine production. Key wordsexplosion-proof switch; latching; defect; contactor; improvement DOI 10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2020. 05. 074 第49卷第05期Vol.49No.05 机电工程技术 MECHANICAL ELECTRICAL ENGINEERING TECHNOLOGY 辛卫东. 矿用防爆开关缺陷分析与改进措施［J］. 机电工程技术，2020，49（05） 208-209. 0 引言 防爆高压开关是煤矿实现正常供电必不可少的一套仪器 设备，主要用于保护供电线路和相关设备的运行，对煤矿井 下的作业安全和供电起着重要作用。煤矿专用的防爆高压开 关如果在仪器结构和电气规划方面存在故障，很有可能会发 生设计上的存在缺陷，产生电气火花，从而引发火灾爆炸事 件。煤矿生产的安全至关重要，因此，本文为优化矿用防爆 高压开关的结构和功能提供了理论基础。 1 现场概况 现在煤矿井下常用的防爆电气开关分为矿用隔爆型开关 和矿用隔爆兼本安型开关两种[1]。这两种开关的共同作用是调 控电机和所有水泵的开启、暂停以及对电机和水泵进行保 护，控制信号输出设备和通讯设备。维修工作人员对设备进 行维护时发现一些设备的开关在结构和电气规划上存在不 足。据统计，2019年上半年就发生了4起电气事件，因现场 处理比较及时，没有出现人员伤亡，但却耽搁了大量的工作 时间，违背了煤矿生产要求的高效率和安全性。 2 内部设计缺陷分析及改进 2.1 开关闭锁结构 煤矿将现场所有的电气开关都做了调整，在闭锁杆上面 增加了直径8 mm的孔径，在闭锁杆接触隔离开关开始进行闭 锁操作时，就能够利用孔径增加相应的锁具。应用这种方法 不仅能够确保闭锁杆进行扭动，还能确保隔离开关没有开时 不会出现漏电[2]。例如，电钳工人开始维修或者维护设备时要 进行停电并上锁，然后带走钥匙。当维修结束后，将锁打 开，再开始送电。这种规划方案能够规避其他工作人员的无 意识送电，然而弊端是无法满足通电开启接线腔开关的使用。 根据闭锁杆增加孔径加锁规划方案出现的弊端，可以使 用分级别闭锁开关来进行处理。把接线腔进行分离，独立出 电源进线腔以及负载出线腔。在通电情形下时，任何一个接 线腔如果被开启，闭锁结构均会立即进行闭锁，然后断开电 源。负载出线腔的作用是针对同级别的开关执行闭锁操作， 但电源进线腔的作用是对上一级别的开关执行闭锁操作。如 果要对设备进行优化，需要完善每一个级别的闭锁开关[3]。 2.2 电源变压器改压装置 煤矿常应用电源变压器这种改压设备，在制定使用方案 时忽略了煤矿井下复杂的环境条件，电源变压器常常被挡在 开关本体后面，只有先将螺钉松开，把本体挪出来之后，才 能进行变压器的改压操作，这种操作过程过于繁琐而且耗费 时间。另外，螺钉频繁进行松紧，就会使得螺口出现松动， 导致无法固定。了解到煤矿井下光线较差，需要将纽子开关 增加到开关本体上，在进行变压操作时，仅需要开启纽子开 关即可。这种操作方法相对简单快捷，也更加符合煤矿井下 的复杂条件[4]。 2.3 阻容吸收设备 阻容吸收设备的主要作用是利用对电压的吸收进而保护 开关。在实际应用中，如果阻容吸收设备安置不合适，可能 会引起电气短路，导致保护功能失效，从而发生安全事故。 对开关负载电荷进行调整时，容易发生阻容吸收设备的电气 差值太低，导致线路短路，或者装置不合适引起对地线路短 208 路。两者发生的均是短路事故，因此都能够应用绝缘性能较 好的环氧树脂来将电容和电阻进行包围，同时加强对检修人 员专业技能的培训，防止阻容设备安装错误[5]。 2.4 其他改进 接触器内有一些橡胶材料的软垫，随着使用次数和时间 的增加会出现氧化。使用抗氧化较好的硅橡胶，同时添加滑 石粉可以更好地起到防氧化效果。开关箱中存在大量的电气 零件，在运输时偶尔会发生松动掉落现象，因此加强所有电 气零件的固定十分重要，待所有零件装置合格后开通通电带 载试验，试验结果满足要求后再开始应用[6]。 3 外壳设计缺陷分析及改进 煤矿应用的防爆开关的开门模式是齿条型快开门形式， 这种开门形式操作较为简单，不过因为防爆空间比较大，而 且也在利用腔内空间，所以使得腔内空间的可利用范围变 小。防爆开关使用时间久后，有可能会由于腐蚀生锈导致开 合难的问题，影响了维修人员的工作效率，严重的话会导致防 爆失效。所以，改善防爆开关的外型以及开合形式极其重要。 3.1 防爆开关外壳 按照相关要求，防爆式电气设备的外壳必须要坚固，内 部可燃性气体如果发生爆炸不能使外壳受损，同时内部的气 体火焰不能渗出来。因此，防爆开关的外壳需要具备坚固性。 外壳材料选取1 cm厚度的钢板，确保外壳的质量能够满 足要求，能够承受气体爆炸时的温度冲击。另外，外壳在设 计完成后要接受静压测试。具体测试步骤是在外壳上增加 0.8 MPa 的水压，如果外壳能坚持10 s不变形，说明外壳具备 耐爆性。不传爆性的条件是外壳完成之后，外壳表面的宽度 和洁面符合要求。因此，配置结束后，可以加大结合面的宽 度，同时确保防爆结合面空间缝隙不超过0.4 mm，并且经常 打磨防爆结合面来增强光洁度[7]。 3.2 防爆开关开门方式 改进前的防爆开关应用的是左右式的开门形式，具体如图 1所示。这种开门结构较占空间，而且开门很不方便，存在一 定的安全隐患，对此应对防爆开关的开门结构进行改进优化。 优化后的防爆外壳应用的开门形式是上下式，并且利用 12个卡钩来阻碍防爆间隙的扩大，确保腔内空间的使用量不 影响外壳的正常开合。另外，卡钩可以针对防爆间隙进行更 换，进而方便在检修时调整间隙。优化后的开门结构如图2所 示。手柄被销子卡在外壳上面，以偏离心轴的圆心为活动中 心；把上压板和上支板以及下支板卡在外壳上面，通过升降 杆的作用，把门体和外壳 接触在一起，使用螺钉把 升降杆卡在门轴上面；上 支板和下支板上都设计了 导向孔，升降杆能够自由 在孔内运动。开门原理图 如图 3 所示。扭动手柄， 然后上支板就能够获得向 上的冲力，同时门板把卡 钩挤出后开始往外运转。 这种操作利用了杠杆原 理，在开门时非常省力； 进行关门操作时，把手柄先举起来，确保门板和外壳不错 位，手柄开始传递冲力，门体往下转移，这时卡钩恢复原来 位置，关门操作完成。在具体应用中，手柄反向旋转 90后， 门板向上会移动26 mm，这时卡钩和门板卡入的差距是24 mm， 若开合时，门板运动无阻碍，说明门板设计满足要求[8]。 4 结束语 对防爆开关闭锁结构、电源变压器改压设备、阻容吸收 设备和外部的外壳质量和开门形式进行优化之后，在煤矿半 年的工业测试中，没有出现由于防爆开关故障引发的电气事 故。优化后的防爆开关实现了大范围推广，这种优化措施不 仅增强了防爆开关的稳定性，而且切实保障了煤矿的安全和 高产。 参考文献 [1] 赵建和.矿用高压防爆开关数字综合保护器设计[J].自动化应 用,2019642-44. [2] 许治慧.煤矿井下高压防爆开关保护装置的改进[J].机械管理 开发,2019,346149-150. [3] 王童飞.低压防爆开关综合试验系统设计[J].山西冶金,2018, 41667-69. [4] 封安波,李俊强,靳宁宁.大功率刮板机防爆变频器设计及应 用研究[J].山东工业技术,20179210. [5] 邢印,庞浩磊.煤矿防爆智能化局部通风机的研制[J].电气防 爆,2016422-24. [6] 李剑峰.煤矿设备防爆变频调速技术的研究与实践[J].变频器 世界,2016239-43. [7] 刘冰.6 kV 矿用防爆变频器隔爆壳体的设计[J].煤炭技术, 2016,358229-230. [8] 黄靖.矿用防爆型真空馈电开关常见故障与维修[J].机械管理 开发,2017,322160-161. 作者简介辛卫东 （1982-） ，男，山西原平人，大学本科， 助理工程师，研究领域为煤矿井下电力系统及自动化。 （编辑 刘诗寒） 图1改进前的防爆开关开门结构图 图2改进后的防爆开关开门结构图 图3防爆开关开门原理图 辛卫东矿用防爆开关缺陷分析与改进措施 209