煤矿防爆电器技术现状探析

摘要：煤炭是我国第一大能源，煤炭事业在我国的经济体系中占有十分重要的位置。然而我国在煤矿安全生产方面还存在着许多安全问题，煤矿防爆电器技术的发展在保障煤矿井下安全作业生产方面就发挥着至关重要的作用。文章就我国煤矿防爆电器技术的发展现状、在用防爆产品的安全隐患以及防爆检验中存在的问题做了简要介绍，同时对防爆电器的技术革新和新技术的应用推广做了初步的分析。

关键词：防爆电器；煤矿防爆；防爆检验；技术革新

中图分类号：TD68 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）28-0095-02

1 煤矿防爆电器技术现状分析

1.1 煤矿防爆电器技术产品的类别分析

目前，根据煤矿防爆电器产品的技术类别划分，主要有四类（产品），分别为馈电开关、起动器、高防开关和移动变电站。其功能及技术特征、策略及优势分析如下。

馈电开关具备的功能有欠压、过压、过载、短路、漏电闭锁、漏电等保护功能。短路保护分为：幅值短路保护和相敏短路保护（按种类）、速断和限时速断（按动作时间）；漏电保护从原理上分为：附加直流电源原理和零序电流、零序电压保护原理；控制保护系统普遍采用可编程控制器PLC控制、具有高速输入输出接口的80C196单片机、数字信号处理器DSP等技术；起动器的基本形式有：单回路起动器、多回路起动器（组合开关）、软起动器、变频起动器、可逆起动器、双速起动器等。其中，变频起动器具有节能、操作简易可灵活控制等特点，变频技术也将是未来防爆电器技术领域的研究重点。但变频起动器也有其缺陷就是噪声污染比较大，而且还有一大缺陷就是容易导致电机发热以及干扰周围设备，所以技术上还有待完善。

高防开关具有欠压、过压、过载、短路、漏电等保护功能。依据使用功能的不同又可将配电式高防开关分类为母联装置、独立装置、输入装置和输出装置。连接使用方式有：（1）使用软连接单独使用；（2）配电屏：使用硬连接成排组成配电屏，此方式的优点是可使装置结构紧凑，达到减小占地面积的目的；而移动变电站有两种基本形式：跳低压系统和跳高压系统。移动变电站的高低压侧开关控制与保护系统采用单片机或PLC技术，其技术特征和馈电开关及高防开关类似但不具备高低压联锁功能和变压器内部温度保护功能。

1.2 电气安全产品的不完善性和局限性

1.2.1 防爆电器产品的缺陷。防爆电器产品可以十分有效地保证井下作业的安全运行，其本身的防爆外壳、本质安全电路及各种保护装置对防止电火引燃和引爆瓦斯以及保障井下作业人员的人身安全起到了重要的保护作用。然而，许多防爆电器存在着极大安全隐患，产品设计存在不完善性和一定的局限性，其本身的各种防护措施并不足以控制故障电火花引发的瓦斯煤尘爆炸事故的发生，这也是困扰煤矿产业的几个重大难题之一。具体原因有以下几点：在用的矿用隔爆型防爆电器的隔爆腔有机械闭锁装置，不切断电源就无法打开。但在接线腔内就无机械闭锁装置，正因为存在着这一缺陷，在带电条件下也能够开启接线腔，才使得个别井下作业人员因违章或误操作带电开启接线腔而造成重大安全事故。

1.2.2 防爆检验中存在的问题。

（1）电容器放电处理：储能电容器是防爆电器产品的基础元件之一，目前很多的电气产品中都有储能电容器。但是储能电容器使用后须对电容器本身特别是电容量较大、电压较高的电容器进行特殊的放电处理以保证安全，但是目前在这一环节上的检查还不完善，无法落实到位，因此也存在着较大的安全隐患。

（2）电容器放电时间：假设一个2200ΜF伪滤波电容器，电压24V，负载为100kΩ。按照公式：E=0.5CU^2计算，若E=200ΜJ，则需要放电880s。根据GB3836.1第5.1条规定：“由断电至开盖的时间间隔须不大于放电容器放电至200ΜJ（I、IA设备）能量所需的时间”，但是这与实际情况存在着较大的出入，因为工人在井下操作时实际从停电到开盖所需要的时间远小于880s（约为15min），所以这也是需要引起重视的问题之一。

（3）元件散热问题：大功率半导体元件在煤矿井下的应用已得到大面积推广，对于隔爆外壳内的元件散热问题，有的热管散热技术采用以氟里昂作为散热介质，但是对于氟利昂在井下所处特殊环境的易燃性尚未有专业的科学研究，存在安全隐患。

（4）在井下防爆检测方面，我国的防爆检测水平还相对落后，很多防爆检测项目还缺乏研究和实践。例如，对于本质安全电路安全性能的测试方法的研究、充砂型电气设备中石英砂各种成分含量的测试、快速断电开关设备的安全性的检验、隔爆外壳内可能产生电弧短路而引起失爆的研究等方面都有待于进一步研究。

2 煤矿防爆电器技术的发展趋势

2.1 真空管电器产品的发展

真空管电器产品为煤矿井下安全供电起了很大的作用，目前矿用防爆型真空开关在井下已推广普及。如：（1）矿用隔爆型真空电磁起动器产品：能够适应煤矿井下的频繁启动，因为其具有较强的极限分断能力；（2）矿用隔爆型真空馈电开关：具有全分断时间小，能够快速漏电保护的特点，有效地提高了防触电和防瓦斯爆炸的安全性。除此之外，许多的真空管电器产品还有待开发和完善，为今后的井下电器安全运行提供保证。而如功率电子器件、可控硅的无触点关断控制、大功率可控硅在起动器上的应用等也将是未来煤矿防爆电器技术的主流研究方向。

2.2 低压馈电开关的漏电保护

井下用电安全直接关系到煤矿安全生产，所以防爆电器的漏电保护是必要的，自然的，漏电保护也就位列煤矿井下电器三大保护之一。目前，煤矿井下漏电保护措施主要依靠的技术是低压馈电开关的选择性漏电保护，而低压馈电开关的选择性漏电保护原理主要基于附加直流电源原理和零序电流、零序电压方向性保护原理。现如今已经可以利用较为先进的数字化信息采集技术，可以较清晰地采集和分析井下分布电容状况数据，实现精准地选择性跳闸切断故障支路从而不影响到其他工作支路的正常运转。但目前这一方面还需进一步的研究与实践，从而完善数字化信息采集技术以保证井下用电系统的安全运行。

2.3 分级闭锁技术的主流推广

由于矿用隔爆开关接线腔无机械闭锁，常引起因井下作业人员违规或误操作导致作业人员带电作业而引发的安全事故，所以对矿用隔爆型分级闭锁低压防爆电器的研制具有十分重大的意义。煤炭科学研究总院抚顺分院，已经研制成功了新型隔爆型分级闭锁真空磁力起动器，该启动器可以实现开启接线腔盖后即刻断电，实现了分级闭锁功能。该隔爆型分级闭锁真空磁力起动器的特点有：结构简单、操作便捷、性能稳定。可以有效地解决电磁启动器的电气机械闭锁问题。

新型分级闭锁防爆电器主要具有以下特点（改进内容）：

2.3.1 一分为二：将原有电磁启动器的接线腔改为进线腔和出线腔，实现了分级闭锁功能，这一改进措施又能保证负荷侧在更换设备和维修时只需打开出线腔而不打开电源腔，有利于缩小停电范围。

2.3.2 双重保障：在进线腔和出线腔内分别安装机械——电闭锁装置，确保分级闭锁的实现。

2.3.3 精简结构：电源侧接线腔电气闭锁与上一级馈电开关实现了无线控制（即不增加任何控制线）。从而使设备更加精简，操作更为简便。

2.3.4 主要电气设备具备与监测系统联网通讯的功能，可以实现对主要电气设备工作状态的实时监测监控，有利于数据的采集和分析，可以对井下作业环境的安全性做出较为及时和准确的判断。

3 结语

矿用防爆电器技术的创新和改革已经刻不容缓。近几年来，防爆产品在样式和规格上都有了许多创新突破，如矿用防爆高低压软启动器、矿用防爆变频调速装置、矿用防爆高低压组合开关等一批新技术产品，也开始在煤矿井下得到了广泛的应用。防爆电器技术的研究与创新必将是今后的科研的主流方向，也必将推动防爆产品市场的前进，防爆技术的推陈出新也是必然的。

参考文献

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