煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统

摘要

本发明涉及一种煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统，其具有为煤矿井下照明及信号负载供电，电源控制以及短路、漏电保护等综合功能，该系统设置有两个接线腔：一个是电源接线腔，一个是负载接线腔，两个接线腔为独立隔爆型式，通过该接线腔开盖闭锁装置的控制，在打开负载接线腔盖时，本级开关跳闸，负载接线端子不带电，只有当负载接线腔盖盖上时，本级开关才上电；当违章打开电源接线腔盖时，上级开关跳闸，电源断开，接线腔端子均不带电。该系统的电气线路主要由主电路和控制、保护电路、照明短路保护电路、信号短路保护电路和漏电保护电路组成。该系统结构简单、可靠、成本低，提高了单机设备和整个供电系统的防火防爆性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿用隔爆低压电器的综合保护装置，尤其涉及一种煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统。

背景技术

煤矿井下使用的矿用照明信号综合保护装置可用于含爆炸性气体和粉尘的环境中，对照明灯，信号，放电灯等小型电器进行供电、控制和保护等综合功能。

如中国专利申请号为90105986.2的专利技术公开的一种煤矿长距离照明信号综合保护装置，由接线腔和主腔两个独立腔组成，适用于含有爆炸性气体和粉尘的环境中；中国专利申请号为200620127488.5的专利技术公开的一种煤矿照明信号综合保护装置，其对照明电缆提供前期保护。但上述现有技术均无法避免违章开盖产生电火花引起瓦斯爆炸事故，现有技术均没有涉及矿用照明信号综合保护装置避免违章开盖带电作业的相关技术，而且现有的矿用照明信号综合保护装置均存在结构复杂、成本较高的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的以上缺陷，本发明需要解决的技术问题是提供一种结构简单、可靠、成本低，且彻底杜绝违章开盖带电作业的可能的矿用隔爆型信号照明全闭锁综合保护装置，并提高单机设备和整个井下供电系统的防火防爆性能。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统，该系统具有为煤矿井下照明及信号负载供电，电源控制以及短路、漏电保护等综合功能；其中该系统设置有两个接线腔：一个是电源接线腔，一个是负载接线腔，两个接线腔为独立隔爆型式，具有接线腔开盖闭锁装置，通过该接线腔开盖闭锁装置的控制，在打开负载接线腔盖时，本级开关跳闸，负载接线端子不带电，只有当负载接线腔盖盖上时，本级开关才上电；当违章打开电源接线腔盖时，上级开关跳闸，电源断开，接线腔端子均不带电；其中焊接在接线腔底板上的防爆轴套机构内装同心闭锁杆，该闭锁杆从线腔进入开关主隔爆腔，闭锁杆带锁块端与固定在开关隔爆腔内壁的行程开关支架上的行程开关按钮接触，闭锁杆另一端与压缩弹簧及微调螺母配合，接线腔盖板加装铜质传动轴，传动轴与闭锁杆同心，并在上面设计一个压缩盖板，当压上该压缩盖板时，铜质传动轴、微调螺母、闭锁杆所组成的一套传导机构，压缩行程开关，行程开关接点处于闭合或打开状态；当打开压缩盖板时，铜质传动轴、微调螺母、闭锁杆所组成的一套传导机构，受压缩弹簧驱动，整体位置上移，行程开关接点翻转，相应的变为打开或闭合状态，此时，由于接线腔盖板未打开，接线腔防爆结构未受破坏，且只有压上压缩盖板时，行程开关接点状态才能恢复初始闭合或打开状态，从机械方面接线腔开盖闭锁功能靠行程开关接点开合状态进行实现。其中该煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统的电气线路主要由主电路和控制、保护电路、照明短路保护电路、信号短路保护电路和漏电保护电路组成。

相对于现有技术，本发明涉及的煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统至少具有以下功效：彻底杜绝了违章开盖带电作业的可能，提高了单机设备和整个井下供电系统的防火防爆性能，同时实现了简化结构、提高可靠性和降低成本的效果。

附图说明

下面通过参考附图结合实例详细描述本发明的具体实施方式。

图1示出了压缩盖板及闭锁杆的结构；图2示出了电源接线腔和负载接线腔结构；图3示出了主腔机械-电气闭锁装置机械结构图；图4示出了主腔与接线腔开盖电器闭锁原理图；图5示出了矿用隔爆型照明信号全闭锁综合保护电路原理图。

具体实施方式

该煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统具有为煤矿井下照明及信号负载供电，电源控制以及短路、漏电保护等综合功能，其包括接线腔开盖闭锁装置，通过该接线腔开盖闭锁装置的控制，只要违章打开电源接线腔盖，上级开关跳闸，电源接线腔端子均不带电，只有当电源接线腔盖盖上时，上级开关方能送上电；只要打开负载接线腔盖，本级开关跳闸，负载接线腔端子不带电，只有当负载接线腔盖盖上时，本级开关方能送上电，有效的防止违章作业开盖产生电火花引起瓦斯爆炸事故。具体开盖闭锁机械-电气原理如下。

结合图1、2对接线腔开盖闭锁机械原理进行说明。图1是本发明煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统的压缩盖板及闭锁杆示意图，图1中101为压缩盖板，102为铜质传动轴，103为接线腔盖板，104为微调螺母，105为压缩弹簧，106为闭锁杆，107为防爆轴套机构，108为行程开关支架，109为行程开关；图2是本发明煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统的电源接线腔和负载接线腔结构示意图，201为电源接线腔，202为负载接线腔。

图1所示结构分别安装在图2所示的201(电源接线腔)，202(负载接线腔)内，两个接线腔设计为独立隔爆型式。其主要目的是为了在打开负载接线腔进行作业时，只停掉本级设备和下级关联设备，不但缩小了停电范围，而且节省了作业时间；当违章打开电源接线腔时，上级电源断开，避免了产生电火花造成的触电和瓦斯爆炸事故。

图1中焊接在接线腔底板上的防爆轴套机构107内装同心闭锁杆106，该闭锁杆从线腔进入开关主隔爆腔，闭锁杆106带锁块端与固定在开关隔爆腔内壁的行程开关支架108上的行程开关109按钮接触，闭锁杆106另一端与压缩弹簧105及微调螺母104配合，接线腔盖板103，加装铜质传动轴102，传动轴102设计与闭锁杆106同心，并在上面设计一个压缩盖板101。当压上压缩盖板101时，铜质传动轴102、微调螺母104、闭锁杆106所组成的一套传导机构，压缩行程开关109，行程开关109接点处于闭合(或打开)状态；当打开压缩盖板101时，铜质传动轴102、微调螺母104、闭锁杆106所组成的一套传导机构，受压缩弹簧105驱动，整体位置上移，行程开关109接点翻转，相应的变为打开(或闭合)状态，而此时，由于接线腔盖板103尚未打开，接线腔防爆结构未受破坏，且只有压上压缩盖板101时，行程开关109接点状态才能恢复初始闭合(或打开)状态。从机械方面接线腔开盖闭锁功能靠行程开关109接点开合状态进行实现，具体电气原理结合图4进行说明。

结合图3对主腔开盖闭锁机械原理进行说明。图3为本发明煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统的主腔机械——电气闭锁装置机械结构图。主腔机械——电气闭锁装置由两部分构成，分别是控制电源闭锁机构和主电路闭锁机构。当操作人员欲打开主腔时，首先必须将隔离开关手柄搬到‘分’的位置，此时方能操作机械闭锁杆304，使其退到机械闭锁限位槽306内，机械闭锁压板305解锁，此时主腔内电源侧仍然带电。这时工人如违章打开主腔门盖309时，主腔内电气闭锁机构的电气闭锁压板301向上移动，放松闭锁行程开关302的行程，闭锁行程开关302接点翻转，由打开状态变为闭合状态，此时主腔防爆结构未受到破坏，且只有重新合上主腔盖后，同时使电气闭锁压板301向下移动，压缩闭锁行程开关302的行程，闭锁行程开关302接点才能恢复到初始的打开状态。从机械方面主腔闭锁功能靠302(闭锁行程开关)接点开合状态进行实现，具体电气原理结合图4进行说明。

结合图4对电源接线腔、负载接线腔、主腔开盖闭锁原理在电气方面进行说明。电源接线腔开盖闭锁电气原理：当工人违章作业打开压缩盖板101时，如接线腔开盖闭锁机械原理所示，电源侧行程开关401接点由初始的打开状态翻转为闭合状态，通过漏电电阻402造成电网一相接地，形成接地保护回路，由选择性漏电保护实现上一级隔爆型馈电开关跳闸，保证本级起动器整体无电，实现了电源接线腔开盖闭锁功能；负载接线腔开盖闭锁电气原理：当工人违章作业打开负载接线腔压缩盖板101时，如接线腔开盖闭锁机械原理所示，负载侧行程开关403接点由初始的闭合状态翻转为打开状态，造成控制变压器二次侧断电，本级起动器跳闸，保证了负载接线腔接线柱无电，实现了负载接线腔开盖闭锁功能；主腔开盖闭锁电气原理：当工人违章作业打开主腔门盖309时，如主腔开盖闭锁机械原理所示，主腔行程开关404接点由初始的打开状态翻转为闭合状态，通过漏电电阻402造成电网一相接地，形成接地保护回路，由选择性漏电保护实现上一级隔爆型馈电开关跳闸，保证本级起动器整体无电，实现了主腔开盖闭锁功能。

图5是本发明煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统的电路原理图。下面结合图5说明本发明的电路原理。如图5所示，本发明的煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统的电气线路主要由主电路501、保护电路502、控制电路503、照明短路保护电路504、信号短路保护电路505、电缆绝缘危险指示电路506、漏电保护电路507、开关闭锁电路508组成，其中主电路501由隔离开关1K，一次熔断器1RD，2RD，主变压器ZB，二次熔断器3RD，4RD，交流接触器3CJ1-3组成；控制电路503由接触器CJ线圈，送电按钮QA1、QA2，停电按钮TA1、TA2，执行继电器常闭接点J1组成，装置投入工作时，首先闭合隔离开关1K，使主变压器ZB及控制变压器KB有电工作，此时发光二极管LED3(绿色)通电发光下电源正常，按下送电按钮QA，接触器CJ吸合，在127V网路负荷得电工作，停电时，可按合停电按钮TA，使接触器CJ断电释放，断开主接点；保护电路502由控制变压器KB，整流器QSZ，电阻器R1，电容C1，电容C2，集成稳压器元器件组成，控制变压器KB的副边输出经整流器QSZ整流，电容器C1滤波并经集成稳压器稳压后，输出18V直流电压，作为保护电路的稳压电源；照明短路保护电路504由第一触发器T1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电容C4，电容C5，二极管D1，二极管D2，二极管D3，稳压管DW1组成，正常运行时，电流传感信号电压(该电压为电流传感器LH二次输出整流，滤波后的电压值)不足以使第一触发器T1翻转动作，当照明负载任意二相发生短路时，电流传感信号电压经二极管D3或二极管D4半波整流在电阻R5上之信号电压使第一触发器T1翻转，第一触发器T1输出端由高电平跳变为低电平，电流由电源→插座端子16→D1→T1输出端→T1内部→电源负，形成回路，继电器J吸合，使控制回路J1接点断开，切断主电路，同时发光二极管LED1(红色)给出信号指示，电阻R2，电容C4为退耦电路，电阻R3为限流电阻，二极管D1为或门二极管，R5为取样电阻，R6，R7为调整电阻，D3，D4为整流二极管，C5为滤波电管，DW1为保护稳压管，R4为自锁负载电阻；信号短路保护电路505由第二触发器T2，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电容C6，电容C7，电容C8，二极管D5，二极管D6，可调单结晶体管BT，稳压管DW2组成，正常运行时电流传感器信号电压(该电压为电流传感器LH二次输出整流，滤波后的电压值)不足以使第二触发器T2翻转动作，当信号负载发生短路时，电流传感信号电压经二极管D6半波整流，在电阻R13上之信号电压使第二触发器T2翻转，第二触发器T2输出由高电平跳为低电平，电流由直流18V电源正极→插座端子8→插座端子16→R34→D5→T2内部→电源负极形成回路，继电器吸合，控制回路J1断开，切开主电路，同时发光二极管LED2(黄色)给出信号指示。

由于信号回路具有声光指示，又因白炽灯灯丝由冷态变为热态时，其电阻阻值相差很大，在启动时瞬时电流相当于短路电流。此时有可能产生误动作，所以在信号短路保护电路中设置了延时环节。

在信号打点瞬间，由于电流传感器信号电压使电容C8两端(BT管控制极与阴极间)电压大于电容C7两端(BT管阳极与阴极间)电压。此时，BT管截止。在信号打点间歇时，则电容C7两端电压大于电容C8两端电压，此时BT导通，将C7两端电压迅速放掉。防止了连续间断打信号时，C7两端积累电压大于T2门坎翻转电压而产生误动作。R8，C6退耦电路，R9限流电阻，R10自锁负载电阻，R13取样电阻，R12延时电阻，R14，15调整电阻，D5或门二极管，D6半波整流二极管，DW2保护稳压管，C7，8延时电容，BT为C6放电二极管。

漏电保护电路507由第四触发器(T4)，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电阻R24，电阻R25，电阻R26，电阻R27，电阻R28，电阻R29，电阻R30，电阻R31，电阻R32，电阻R33，二极管D7，二极管D8，二极管D9，二极管D10，二极管D11，二极管D12，电容C10，电容C11，电容C12等组成。

在127V未送电状态下，网路存在漏电故障时，电路可实现闭锁。其动作回路为：电源18V正极→D13→插座端子→CJ5→接地极→127V漏地处→照明控制输出端子Za(Zb，Zc)→插座端子11(12，13)→R32(R31，R30)→D12(D11，D10)→R27→R26→R25→电源负极，R25上的信号电压使T4翻转，T4输出端由高电平跳变为低电平。电流由电源正极→插座端子8→J→插座端子16→R34→D7→T4输出端→T4内部→电源负极，继电器J吸合，断开J1，切断主电路，同时发光二极管LED5(红色)给出信号指示。

在127V送电状态下，若发生漏电故障可实现漏电跳闸，其动作回路为照明控制输出端子Za(Zb，Zc)→插座端子11(12，13)→R32(R31，R30)→D12(D11，D10)→R27→R26→R25→电源负极→R29→R28→D9→插座端子15→接地极→127V漏地处→照明控制输出端子Zb(Za，Zc)。R25上之信号电压使T4翻转，T4输出端由高电平跳为低电平，电流由电源正极→插座端子8→J→插座端子16→R34→D7→T4输出端→T4内部→电源负极。继电器J吸合，断开J1切断主电路，同时发光二极管LED5(红色)给出信号指示。R27，R30，R31，R32限流电阻，R25取样电阻，R28、R29漏地动作值调整电阻，R24自锁负载电阻，R21限流电阻，R20，C10退耦电路，D7或门二极管，D8继电器续流二极管，D9隔离二极管，C11，C12滤波电容。

电缆绝缘危险指示电路506：由触发器T3，R16，R17，R18，R19，R25，R26，C9等组成。

在127V网路对地绝缘电阻较高时，漏电信号电压较小，不足以启动T3触发器。当网路对地绝缘电阻下降达到一定数值时(降至13K±10％)R25，26之信号电压上升使T3触发翻转，其输出端由高电平跳变为低电平，LED4(黄色)给出绝缘危险信号指示，当电缆绝缘电阻恢复至大于13KΩ时，T3能自动返回初始状态，LED4熄灭，撤消危险信号指示。R16，C9为退耦电路，R2，R17为限电流电阻，R18，R19为调整电阻，R25，R26为取样电阻。

本保护电路的T1，T2，T4触发器均具有自锁功能，必须将故障排除后，隔离开关1K重新合上方能恢复正常运行。

开盖闭锁电路508：当打开接线腔盖板时，闭锁杆弹起，使闭锁行程开关XWK1闭合，通过电阻造成电网一相通过电阻接地使上一级开关跳闸，保证了该接线腔所有接线柱均无电。这一功能仅作为违章作业的后备保护，在开接线腔盖时，必须严格执行“煤矿安全规程”的有关规定。

以上结合附图描述了煤矿井下网络供电分级闭锁选择性断电控制系统，该系统从技术上彻底杜绝了违章开盖带电作业的可能，型式试验和现场运行证明：其提高了单机设备和整个供电系统的防火防爆性能。同时该综合保护装置，结构简单、可靠、成本低，具有良好的经济效益及广阔的推广前景。

应当指出的是，以上所述的仅是本发明的优选实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的其他改进和变形也应当视为本发明的保护范围。

附图标记列表：

101压缩盖板、102铜质传动轴、103接线腔盖板、104微调螺母、105压缩弹簧、106闭锁杆、107防爆轴套机构、108行程开关支架、109行程开关、201电源接线腔、202负载接线腔、301电气闭锁压板、302闭锁行程开关、303行程开关支架、304机械闭锁杆、305机械闭锁压板、306机械闭锁限位槽、307闭锁杆导通槽、308隔离开关分闸位、309主腔门盖、401电源侧行程开关、402漏电电阻、403负载侧行程开关、404主腔行程开关、501主电路、502保护电路、503控制电路、504照明短路保护电路、505信号短路保护电路、506电缆绝缘危险指示电路、507漏电保护电路、508开盖闭锁电路、1～20为插座端子。