矿用配电装置枪栓式两防锁的设计

郭 波

（1.山西潞安煤炭技术装备有限责任公司, 山西 长治 046000；2.山西潞安安易电气有限公司， 山西 长治 046000）

0 引言

按照《煤矿安全规程》及GB/T3836.1—2021 以及煤矿《防爆电气设备检查标准》相关要求，井下所有开关的闭锁装置必须能可靠地防止擅自送电、防止擅自开盖操作，开关把手在切断电源时必须闭锁；防爆型的联锁装置，其结构应保证非专用工具不能轻易解除其作用。上述要求的目的是通过设备的两防锁设置，避免工人误操作造成触电事故，避免在井下瓦斯环境中使得隔爆型矿用设备带负荷分闸产生电弧或电火花，引起煤层燃烧甚至瓦斯爆炸[1-3]。目前井下防爆电气设备两防锁主要采用螺杆式闭锁结构外挂专用机械锁，无论井下工人现场操作还是标准法规都不能满足相关要求。本文以高压配电装置闭锁机构进行分析，设计一款矿用“枪栓式”两防锁。

1 现有结构分析

1）如图1 所示为高压配电装置断电开盖时门锁杆等部件位置关系，图2 为断路器和静触头在开门状态下的位置关系。当准备推进断路器关门时，如果工人以较大力量推动断路器时，会使得断路器带动车架向前运动，同时断路器车架带动进车机构旋转，直至断路器和静触头碰撞接触，可能造成动静触头接触性顺上，其次断路器进线侧、电压互感器一次侧保险带电为6 kV 或10 kV，电压互感器二次侧带电100 V，6 kV 或10 kV 高压电裸露在外，门盖处于打开状态，严重影响工人安全，出现带电开盖的现象，严重违反电工操作规程。

图1 开盖退车位置

图2 开盖退车时断路器位置

2）如图3 所示为关门进车位置，此时门盖被门锁杆闭锁，断路器与静触头接触，但是送电按钮在门盖正面没有任何保护措施，任何人都可以操作决定高压配电装置是否得电，不能从根本上防止擅自送电。

图3 关门进车位置

3）图3 中两防锁在门盖被闭锁杆闭锁后，需要三角专用钥匙旋转三角螺栓向内进入门闭锁杆的卡槽内以限制门闭锁杆运动达到“非专用工具不能轻易解除其作用”的效果，实现防止擅自开盖操作的作用，但是三角专用钥匙旋转这个动作不是必须动作，完全依赖工人按章操作才能实现，如果工人未旋转三角螺栓，那么任何人都可以通过按动闭锁杆运动打开门盖，不具有必须性。此外根据安标国家矿用产品安全标志中心发布的关于印发《2016 年矿用产品防爆技术研讨会会议纪要》的通知要求，联锁装置中隔爆外壳外挂机械锁不符合GB/T 3836.1—2010 要求。

2 优化设计

图4 为枪栓式两防锁的安装示意图，主要针对闭锁轴套的结构进行重新设计，增加锁芯，门锁杆按照锁芯的内部结构进行运动实现不同位置闭锁的不同功能。

图4 枪栓式两防锁结构

如图5 所示，闭锁轴套结构进行重新设计，闭锁轴套开口由三角槽变为矩形槽。当准备推进断路器关门时，工人即使以较大力量推动断路器前进，断路器带动车架向前运动，断路器车架有带动进车机构旋转趋势，但是闭锁轴套矩形槽被门锁杆限位不能产生旋转运动，闭锁轴套限制进车机构旋转，进车机构限制断路器及车架向前运动，避免断路器在开盖状态下通电。如果想送电，必须关门，然后将门锁杆退出闭锁轴套矩形槽，门盖被门锁杆闭锁，工人在门盖关门状态下才可以通过手柄转动闭锁轴套实现断路器进车，动静触头接触，断路器进线侧带电，电压互感器带电，保护器带电，工人方可通过按钮送电。

图5 闭锁轴套结构对比

如图4 和图6 所示，与现有两防锁结构比较，专用三角钥匙的操作由侧面改为正面，复位弹簧对于闭锁杆的作用力与传统两防锁相反，并且增加枪栓式锁芯作为闭锁杆三种工况位置的限制。

图6 枪栓式锁芯结构

主要工作原理为：如图6 闭锁杆上安装有定位销轴，定位销轴在锁芯的两个L 型沟槽中进行两次90°旋转运动实现三种工况的位置限定。图示初始位置为“锁盖送电位置”，此时门锁杆退出门盖被闭锁，闭锁轴套不受门锁杆限制，可以旋转带动断路器进车，动静触头接触，进线侧带电，矿用高压配电装置具备送电的安全工况；专用三角钥匙正面推进闭锁杆右旋90°，此时门锁杆前进一定的距离，门盖处于闭锁状态无法打开，闭锁轴套矩形槽受门锁杆闭锁无法旋转，断路器无法运动，动静触头无法接触带电，此位置为“防开盖防送电位置”，增加“防开盖防送电位置”可以保证矿用高压配电装置在关门闭锁状态下断路器小车处于分断位置，避免非专业人员擅自送电，此位置适用于矿用高压配电装置长期分闸且避免工人擅自送电的工况；专用三角钥匙再次正面推进闭锁杆右旋90°，此时门锁杆继续前进，门盖没有闭锁可以打开，闭锁轴套带动断路器推出，闭锁杆利用闭锁轴套矩形槽实现闭锁，防止断路器开盖状态下断路器进车带电，此位置为“开盖防送电位置”。

3 结论

1）在锁座里增加弹簧起到反弹作用，使其在专用工具打开时能够自动弹出，而不需要用手或手钳等工具进行旋转开闭锁，实现专用工具开锁，此外对专用三角钥匙的尺寸及结构进行设计可以实现进行不同队组的专用钥匙不同，避免队组间钥匙互用，便于队组管理。

2）将开关侧面操作变为正面操作，减少侧面的操作空间，特别是低压开关在巷道联排供电时，可以将开关间的安装距离由原来的1 m 减少至0.5 m，便于设备井下布置。

3）在裸露的联锁杆上加上护套和护座，使其只能用专用工具才能打开“两防锁”，防止工人违章操作及破坏性旋转造成擅自开盖送电。

4）枪栓式结构两防锁可以实现开盖防送电、防开盖防送电及送电防开盖三种功能，更符合井下的使用工况，安全可靠。该产品可以推广至所有防爆开关甚至是地面配电柜。