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）

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。

图1 改进前的防爆开关开门结构图

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]。

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

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。