几种矿用隔爆开关开盖切断上级电源方案的论证

引言：煤矿矿用隔爆开关无一次侧电源门闭锁装置，防爆门打开后，一次电源侧仍有电，存在人员触电伤人的风险。经工作调研，总结形成五种断电方案，并对方案优缺点、试验情况进行介绍。

一、方案简介

方案 1：通过风电/瓦斯电闭锁实现上级开关分闸并闭锁

工作原理：用上级电源开关风电/瓦斯电闭锁功能作为电气闭锁，在本级开关的柜体内安装行程开关，引至上级电源开关综合保护器风电/瓦斯电闭锁接点上，行程开关均取常开接点，只要打开本级开关柜门，行程开关动作并复位为常开状态，此时触发上级电源开关风电/瓦斯电动作跳闸，并形成风电/瓦斯电闭锁，使上级电源开关无法合闸送电。如果本级是多台分开关就串联安装多台分开关内行程开关，任意打开一个分开关柜门，都会触发上级电源开关掉电并形成风电/瓦斯电闭锁。

主要问题：本级开关多或与上级开关距离远时，接线较复杂。

方案 2：通过安装接地电阻实现上级开关分闸

在进线电源一次侧的一相接线柱上串接电阻 (1140V 使用 20KΩ、660V 使用 11KΩ)及行程开关，行程开关取常开接点，通过辅助接地线接地，进线不停电打开防爆门时，行程开关常开接点闭合，进线一相串电阻接地，上级开关漏电跳闸(类似远点试验)。

主要问题：行程开关需满足容量需求，可能会有微弱火花，不确定是否能满足防爆要求。可能存在越级跳电的现象。

方案 3：通过外接远点试验电阻箱实现上级开关分闸

工作原理：在本级开关电源侧外接一台远点试验电阻箱，本级各台开关内部需安装常闭接点行程开关，所有开关接点并联后接入远点试验电阻箱的控制回路。打开任意一台开关柜门，此时行程开关闭合，触发试验电阻箱继电器吸合，电源线通过电阻接地，上级电源开关漏电跳闸。

主要问题：上级电源开关漏电跳闸后，电阻箱继电器无法保持吸合，不能实现漏电闭锁。

方案 4：通过井下电力监控系统实现分闸并闭锁

工作原理：通过电力监控系统在线摇测识别上级开关是否断电，开关综合保护器增加一组开入量，将行程开关状态接入，判断开关是否开盖；综合保护器增加挂牌闭锁功能，实现系统下发命令后综合保护器可以闭锁开关控制回路；电力监控系统开发闭锁功能模块，实现本级某一台开关开盖信息上传后，系统自动给上级开关发送指令联锁分闸，并下发闭锁挂牌指令防止再次送电。

主要问题：开关断电后保护器也失电，不能继续工作接收行程开关状态信息；如采用外加不间断电源向保护器提供后备电源，开盖后开关腔体内控制回路仍然有电。

方案 5：通过 AI 视频技术实现预警提示

工作原理：利用 AI 视频监控技术，自动识别柜门状态，减少人为干预；不改动电气系统结构，无施工风险。当开关柜门打开时，系统进行智能识别，并读取电力监控系统信息，逻辑判断柜门打开的开关上级电源是否断电，若上级电源未断电，智能识别系统及时就地发出警示提醒，并可与地面电力监控系统联动，实现弹窗报警，由电力监控系统值班人员及时纠正、制止违章行为，并可经确认后人工分断上级开关电源。

主要问题：现场摄像头安装要标准，对 AI 视频监控技术准确度较高。

二、论证对比

方案 1：实现较为简单，只需要敷设控制线和安装行程开关，当井下设备较多时控制线敷设量较大。

论证意见：方案 1 适用于采区内部上级开关与本级开关布置在一起或距离近的配电点。

方案 2：在开关内部行程开关动作时，电流通过电阻及行程开关触点闭合接地，可能会有微弱火花；经咨询相关厂家，此方案不确定是否能满足防爆要求。

论证意见：需进一步研究，考虑采用胶封式结构解决开关动作可能产生的火花问题。

方案 3：上级电源开关漏电跳闸后，远点试验电阻箱继电器失电断开接地电阻，不能闭锁上级电源开关漏电保护，存在还能送电的隐患（送电后远点试验电阻箱得电，检测到开盖信号仍会触发上级开关立即漏电跳闸）；多台本级开关情况下，外部接线较复杂。

论证意见：方案 2 适用于采区内部上级开关距离较远的配电点。

方案 4：综合保护器需升级改造增加软件功能，工作量大，短期内较难实现；电力监控系统需要开发新功能模块；闭锁断电功能受保护器通讯及分站通讯影响，如保护器采用后备电源开盖可能存在不符防爆要求问题。

论证意见：需进一步调研，是否可采用本安型后备电源及是否有条件进行本安关联适配，以满足防爆及安标管理要求。

方案 5：需要开发 AI 系统，需收集职工操作图片及相关资料，进行智能识别系统的运算练习；提供电力监控系统 API 接口，实时获取每个柜门对应的上级电源运行状态。集成扩播系统，实现精准声光报警功能。地面监控平台具备智能弹窗提示机制，确保异常情况及时预警。如遇识别异常，请提供相关截图或视频片段以便系统优化升级。现场摄像头安装角度合理，摄像头数量充足，光线亮度足够。优点是现场无接线工作量，另外可以避免因方案 1、方案 2 中加装行程开关因触点误动作导致重要负荷跳闸断电，以及改造是否符合安标管理要求的问题。

论证意见：方案 5 适用于井下接入电力监控系统的中央变电所、采区变电所及主要配电点。

三、现场试验情况

目前，已在青东煤矿井下充电硐室配电点进行方案 1、方案 3 接线安装，在杨柳煤矿北翼一号变电所进行方案 3 接线安装、北翼泄水巷皮带机头配电点进行方案 1 接线安装，试验测试功能正常；方案 2 已与相关开关厂家初步进行沟通对接，在青东矿开展地面测试，功能正常；方案 4 因改造工作量大，矿井无法独立完成，正在与电力监控及保护器厂家积极沟通；方案 5AI 视频软件已由信息开发公司开发，已在杨柳煤矿北翼一号等变电所进行模拟演练，经现场试验，AI 视频技术准确性较高，具备大面积推广的条件。

2. 现有井下高低压隔爆开关在设计时仅考虑自身安全技术性能，未能从系统角度对防止带电开盖进行专门设计。建议积极协调相关设备生产厂家，对电源腔体加装联动隔离开关、开盖联锁连接接地电阻、上级电源有电开盖自动报警、综合保护器及电力监控系统增加监测联锁功能等方面进行研究，推进防带电作业型隔爆开关研制开发。

参考文献

[1] 申水旺，冯书兵.启动器开盖报警闭锁电路的设计及应用.山东煤炭科技,2019 年第 7 期

[2] 李佳.变电站综合视频识别系统安装调试与验收措施[J].市场周刊(理论版)，2018(49):103-104

作者简介：宋培良（1989—），男，汉族，宿州，本科，工程师，研究方向：煤矿机电技术研究。