CN103779958A - 远距主动断电和送电的煤矿防爆开关装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿井下供电系统中分支馈电的防爆控制开关主动断电和送电及馈电本安先导闭锁。分别在防爆馈电开关、信号传输、本安先导闭锁、防爆控制开关和接线腔盖状态闭锁、检测做出了设计和改进。利用防爆控制开关中隔离开关的分合操作所引起的其辅助触点状态和防爆馈电开关主回路中电流变化，通过逻辑分析，决定是否停、送电。实现在防爆控制开关处，由操作人员通过操作隔离开关手把远距离停电，和送电申请按钮就地发送指令，远距离操作防爆馈电开关将电源送出。实现了仅能由申请停电的防爆控制开关送电的闭锁；消除了在井下打开门或盖时，防爆控制开关壳体内和电源接线腔内仍然有动力电的状况，增加了井下检修防爆控制开关的安全性。

Description

远距主动断电和送电的煤矿防爆开关装置和方法

一、技术领域

本发明涉及煤矿井下供电系统中矿用电气的低压防爆开关(含具有隔离开关或隔离换向开关的防爆电气，下同)和对其分支连接的防爆馈电开关的断电和送电模式，尤其涉及一回路防爆馈电开关连接一台防爆控制开关(含防爆电磁启动器，下同)等情况下的防爆控制开关主动断电和送电及防爆馈电开关馈电先导闭锁。

二、背景技术

1、煤矿井下供电系统中的低压防爆馈电开关作为总开关时一回路馈电线路连接有若干防爆控制开关，作为分支开关时连接一台防爆控制开关。目前，只要供电线路和控制开关无漏电、短路等故障状况，防爆馈电开关即可闭合送电，防爆控制开关的电源侧得电，使防爆控制开关处于待运行状态。当防爆控制开关的隔离开关或隔离换向开关(下同)，由隔离开关操作手把操作闭合后，处于正常待起动、控制电动机等用电负荷运行状态。为保证安全运行，AQ1023-2006《煤矿井下低压供电系统及装备通用安全技术要求》第6.2.6.3条规定：“正常运行时产生火花或电弧的电气设备，应设有联锁装置。当电源接通时壳盖不能打开；壳盖打开后电源不能接通”。所述电气设备包含防爆控制设备和防爆电磁启动器等。另外，《煤矿安全规程》2011第445条规定：“井下不得带电检修、搬迁电气设备。……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，并悬挂“有人工作，不准送电”字样的警示牌，只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送电”。目前，所有的防爆控制开关均设置有可以在防爆壳体外由隔离开关操作手把操作防爆壳体内隔离开关的连接机构，同时该隔离开关操作手把通过操作机构与防爆壳体的门或盖联锁，实现当馈电电源接通时防爆壳盖不能被打开，防爆壳盖打开后电源不能被接通的功能；同时实现开关的闭锁装置(即联锁装置)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的功能。满足煤矿电气一般安全规定。

以上规定的缺陷是：上述馈电电源接通时防爆壳盖不能打开，防爆壳盖打开后电源不能接通的情况，是指防爆控制开关内部隔离开关负荷侧没有动力电，其电源侧仍然存有动力电压。为了避免防爆壳盖打开后出现操作人员在检修时出现触电意外，往往采取将隔离开关电源侧的带电部分用绝缘防护板隔离的措施。

2、随着，AQ1023-2006《煤矿井下低压供电系统及装备通用安全技术要求》第6.5.1条规定：“供电系统用电磁启动器除符合产品标准外，还应具有分级保护功能，保证在接线端子不带电情况下方能打开接线腔。负载接线腔闭锁于本级开关，电源接线腔和主腔闭锁于上级开关”，出现了分级保护或闭锁的多项专利。但是，这些专利技术的特点均是在防爆控制开关的电源接线腔上增加不同工作原理的开关和压板，使操作人员在违章打开电源接线腔盖以前先行动作压板和开关，发出信号，使上级馈电开关跳闸断电，实现分级闭锁。

这些技术的缺点是：(1)它们解决的是操作人员在违章打开电源或接线腔盖的问题，没有解决在正常操作打开防爆控制开关门或盖时出现的防爆壳体内仍然带有动力电的问题。(2)在防爆控制开关的电源接线腔上增加的开关和压板破坏了防爆控制开关的原有设计结构和外观，不符合防爆电气的安全管理原则。(3)虽然有的专利技术具有选择性断电的功能，但是送电时仍然需要人员到馈电开关处去送电。(4)该种思路是将违章操作者的责任转嫁到设备制造方，并没有提高设备的安全性能。

3、与本发明功能相近的技术是KDG3K远程馈电断电器，它利用井下信息网络的分站，将被控防爆开关的有电/无电信息采集，通过继电接点接入它们的控制回路，实现监控和断电。适合于对煤矿井下磁力启动器和馈电开关的安全监控，具有操控相应开关的控制回路，远程断电，实现主回路的自动断电功能。

KDG3K虽然有远程断电功能，但其主要目的是对被控防爆开关的工作状态监测。也没有符合“专人停电、专人送电”原则的远程送电功能和相应的指示与闭锁，其工作原理和设计出发点均与本发明不同。

三、发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术领域中存在的上述问题，本发明需要解决的技术问题是设计一套结构完整，功能完备，操作简单，技术合理，符合现有管理规程的煤矿防爆开关，即防爆馈电开关和防爆控制开关。除具备现有防爆馈电开关和防爆控制开关的基本功能外，具有在煤矿控制开关处，通过操作隔离开关手把完全切断防爆控制开关内，包括其电源接线腔内的动力电源；在防爆馈电开关处于正常工作状态和防爆控制开关具备受电条件下，通过操作防爆控制开关隔离开关手把和送电申请按钮就地操作防爆馈电开关将电源合上送出，使防爆控制开关得电，处于待工作状态。本发明可以彻底解决防爆馈电开关在井下正常检修操作中，因隔爆门或盖已经打开，隔爆外壳内仍然带有致命强电的危险和意外火花引起的瓦斯爆炸，提高井下供电系统的运行安全。

2、解决方案

为了解决上述技术问题，本发明分别在防爆馈电开关、信号传输、防爆控制开关和接线腔盖状态闭锁、检测做作出了技术改进和完善。

2.1本发明技术基本思路是：利用防爆控制开关中隔离开关的分、合操作所引起的隔离开关辅助触点状态的变化和防爆馈电开关主回路中不同的电流值，在上级防爆馈电开关通过逻辑分析，判断防爆控制开关中隔离开关的分、合状态以及相关条件，决定是否由防爆馈电开关给防爆控制开关主回路送电。实现在防爆控制开关处，由操作人员远距离停电，完全将防爆控制开关壳体和接线腔内动力电源断电，和由操作人员发送指令远距离送电的功能。该思路同样适用于类似于下级有隔离开关需要操控上级电源的其它防爆电气。

2.2主要装置技术变化：在防爆馈电开关内增加设计了小电流采集、电源和逻辑单元A；信号传输在采用动力载波技术或专用控制信号芯线、光纤芯线的基础上设计了开关量数字化转换单元，将按钮等开关量信号经过数字化编译码，实现在强电环境下的安全传输；在防爆控制开关内设计了电源和逻辑单元B，保证了在防爆控制开关在没有动力电的情况下有本质安全电源提供的基本信号指示和逻辑电路的正常工作；在电源接线腔内设计了盖闭锁信号单元，实现对接线腔盖的检测和闭锁，为保证在电源接线腔盖闭合后，防爆馈电开关才具备送电条件和防爆控制开关具备受电条件。并且在接线腔内接线柱带有动力电时，盖闭锁信号单元内的电磁铁将动作，闭锁盖上的机构，使接线腔盖不能打开。

2.3主动断电和送电的防爆开关装置：包括在煤矿分支供电系统中共同控制动力电运行的防爆馈电开关1、防爆控制开关13和连接电缆，以及隔爆外壳42、电源接线腔4和16、断路器2、电源变压器、隔离开关或隔离换向开关14、磁力起动器、控制和显示单元5和24、隔离开关操作手把12、隔离开关辅助触点15。本防爆开关主动断电和送电装置的特征在于，具有：

2.3.1隔离开关状态判断系统，其采集、判断受电防爆控制开关13的隔离开关14工作状态，该系统由隔离开关辅助触点状态和防爆馈电开关主回路电流状态两部分组成，以隔离开关辅助触点状态为主、主回路电流状态为辅助依据，电源和逻辑单元A11综合二者的信息、将判断结果作为输出，命令控制显示单元A6做出相应控制动作；

2.3.2本安电源先导馈电闭锁系统，防爆控制开关13停电后发出信号、闭锁防爆馈电开关1不能送电、由本质安全电源和闭锁信号系统组成，其由防爆馈电开关1发送的动力载波高频能源形成本质安全电源，使防爆控制开关13在没有动力电的情况下有弱电电源提供给基本信号指示和逻辑电路正常工作，并向电源和逻辑单元A11提供正确信息，先导闭锁断路器2的动作；

2.3.3盖闭锁信号单元，对电源接线腔4或16盖板32是否闭合状态的检测和闭锁、确保在电源接线腔盖闭合后防爆馈电开关才具备送电和防爆控制开关具备受电条件，由盖闭锁装置和盖闭合信号两部分组成、它们由不同的电源供电、达到对电源接线腔盖的闭锁和检测；

2.3.4开关量数字化转换和传输系统，其将开关量信号转换为数字编码信号、在防爆控制开关13与防爆馈电开关1以及动力线或控制信号芯线、光纤芯线的强电环境下确保信号安全传输、在防爆控制开关13与防爆馈电开关1之间实现信息畅通；

2.3.5逻辑分析判断单元，其根据输入信号经过分析处理得出结论、输出，包括电源和逻辑单元A11和电源和逻辑单元B23。

2.4煤矿防爆开关远距离主动断电和送电的方法，涉及在煤矿分支供电系统中共同控制动力电运行的防爆馈电开关1、防爆控制开关13和连接电缆，在现有防爆馈电开关和防爆控制开关技术增加相应小电流互感器、盖闭锁信号单元、电源和逻辑单元、动力载波单元、开关量数字化转换和机械机构等装置的基础上实现。包括主动断电、本安先导馈电闭锁、盖信号闭锁、开关量数字化传输、主动送电的方法，该远距离主动断电和送电的方法特征在于，包括以下工序：

2.4.1主动断电。在防爆控制开关13上远距离操作防爆馈电开关1使其停止供电，具体是：

将防爆控制开关13的“隔离开关操作手把”12扳到断开位置、导致隔离开关辅助触点15断开，由于该隔离开关前侧一般仅有进线接线端子带电，基本不消耗电能，隔离开关14前的主回路电流为“零”。前者经过开关量数字化转换单元22转换，及经过传输通道传输到防爆馈电开关1的“电源和逻辑单元A”11。后者由“小电流互感器”8和“小电流检测单元”9检出断路器2的输出电流变为“零”，信号也传输到“电源和逻辑单元A”11。该单元判断防爆控制开关13的隔离开关14已经分断后，向控制显示单元A5发出指令，导致断路器2动作分断，停止向防爆控制开关13供动力电。完成防爆控制开关13隔爆腔体内43和电源接线腔内16没有动力电源；

2.4.2本安先导馈电闭锁。防爆控制开关13停电后正常发出信号、闭锁防爆馈电开关1不能送电。当防爆控制开关失去电源以后，所有控制和通信功能均丧失。为了保证本发明中相关技术环节的正常运行，设计了本安先导电源和相应的本安闭锁回路。这个本安先导闭锁回路在保证信号正常产生和传输的同时，也保证了在井下打开防爆控制开关时，这些回路不会对人员触电和引燃瓦斯构成威胁。其由防爆馈电开关1发送的动力载波高频能源形成本质安全电源，使防爆控制开关13在没有动力电的情况下有电源提供给基本信号指示和逻辑电路正常工作，并向电源和逻辑单元A11提供正确信息，闭锁断路器2的动作。具体是：

防爆馈电开关1中的“电源和逻辑单元A”11通过“动力载波单元A”10和馈电线路向防爆控制开关13送高频电能，经过“电力载波单元B”21和“电源和逻辑单元B”23转换成本质安全电源。该电源向“开关量数字化转换”单元22供电，向“盖闭锁信号单元B”17的“本安光反射位置开关”18供电，向“电源和逻辑单元B”23供电。并在判断防爆控制开关13失去动力电后点亮“断电信号灯”19，提示防爆控制开关处于停电状态。完成本质安全先导电源的生成和使用；随后，隔离开关辅助触点15断开、送电申请按钮20断开和盖闭合位置开关18断开的状态信号，经过“开关量数字化转换”22和相关传输通道到达“电源和逻辑单元A”11，使其得到准确的上述开关状态信息，发出信号闭锁控制显示单元A5对断路器2的其它指令操作。完成对防爆馈电开关的闭锁；

2.4.3接线腔盖板信号和闭锁。对电源接线腔4或16盖板32是否闭合状态的检测和闭锁，确保在电源接线腔盖闭合后防爆馈电开关才具备送电和防爆控制开关具备受电条件。其由盖闭锁装置和盖闭合信号两部分，装置于盖闭锁信号装置的本安电磁铁和本安光反射位置开关付组成。它们由不同的电源供电，达到对电源箱盖的闭锁和检测。防爆控制开关停电后，其电源接线腔内安装的盖闭锁信号装置B由于其中的本安电磁铁失去电源，处于解锁状态。由于本安光反射位置开关的电源由电力载波单元B的本安电源回路供电，保证了对接线腔盖板的位置检测。本安光反射位置开关付或接近开关或射频卡FRID等需选择非一般工具和方法可以模仿的方式，避免在防爆控制开关井下检修过程中人为将该检测信号闭合，造成可以送电的虚假现象，形成对人员触电和引燃瓦斯的危害。以防爆控制开关13的电源接线腔16内安装的盖信号闭锁单元17为例说明，具体是：

防爆控制开关13停电、使得“本安电磁铁”36失去由“控制显示单元B”24提供的电源而处于解锁状态，反之处于闭锁状态。本安光反射位置开关40的电源由“电力载波单元B”23的本安电源回路供电，保证对接线腔盖板的位置检测。二者信号传输到“电源和逻辑单元B”23。如果本安光反射位置开关40的信号断开且“本安电磁铁”36没有电源，“电源和逻辑单元B”23判断为盖未闭合。如果本安光反射位置开关40的信号闭合，“电源和逻辑单元B”23判断为盖闭合；

2.4.4开关量数字化传输。将开关量信号数字化并在强电环境下通过动力载波传输信号或专用信号线或光纤通道等，使开关量信号在防爆馈电开关1和防爆控制开关13之间形成一个信号系统，实现由防爆控制开关13的停电开关(隔离开关辅助触点15)和送电开关(送电申请按钮20)操作控制防爆馈电开关1的信号联络和断路器分、合控制。具体是：

由隔离开关辅助触点15或送电申请按钮20或本安光反射位置开关40向开关量数字化转换单元22发出开关量信号、电源和逻辑单元B23通过传输通道发送到电源和逻辑单元A11、然后指令控制和显示单元A5操作断路器2动作。

2.4.5主动送电。是操作人员在防爆控制开关13远距离操作防爆馈电开关1送电，具有准备、申请、应答申请和送电几个工序完成主动送电的方法，具体是：

准备：由操作人员手工完成的准备工作，将防爆控制开关13的电源接线腔盖板32盖好、门或盖闭合且紧固、隔离开关操作手把12与门或盖解除闭锁、由隔离开关操作手把12将隔离开关14扳动到闭合状态且带动隔离开关辅助触点15闭合既完成准备送电的条件；

申请送电：操作人员按下“送电申请按钮”20，发出请求送电的申请信号。送电申请按钮20以及隔离开关辅助触点15以及本安光反射位置开关40的闭合信息，通过“开关量数字化转换B”22以及传输通道使“电源和逻辑单元A”11接收到申请送电信号。同时“电源和逻辑单元A”11查询“小电流互感器”8、“小电流检测单元”9检测的电流非“零”，据此将判断防爆控制开关13的隔离开关14已经闭合具备受电的条件。完成申请送电；

应答申请：“电源和逻辑单元A”11查询防爆馈电开关1中的“控制显示单元A”5电源是否正常，“盖闭锁信号装置A”6是否闭锁。符合条件、通过传输通道向“电源和逻辑单元B”23发出信号表示准备完毕。“电源和逻辑单元B”23指令“断电信号灯”19闪动。完成应答申请、等待送电；

送电：操作人员再次按下“送电申请按钮”20，通过“开关量数字化转换”单元22和传输通道使“电源和逻辑单元A”11接到指令信号。此后“电源和逻辑单元A”11指令“显示控制单元A”5使断路器2闭合。完成向防爆控制开关13送动力电。

3效果

相对于现有的煤矿井下供电防爆开关，本发明涉及的防爆控制开关和防爆馈电开关以及分支馈电技术，至少具有以下功效：

3.1实现了在防爆控制开关处远距离主动断电、送电，避免了操作人员为停送电远距离往来奔走；

3.2实现了停电后防爆馈电开关仅能由申请停电的防爆控制开关送电的闭锁，避免了非停电人送电的危险；

3.3具有防爆开关电源接线箱有动力电时，防止擅自开盖操作的功能，避免因误操作开盖造成的危险；

3.4消除了在井下检修防爆开关打开门或盖时，防爆壳体和电源接线腔内仍然有动力电的状况，增加了井下检修防爆开关的安全；

3.5实现了《煤矿安全规程》2011版第445条关于“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，并悬挂“有人工作，不准送电”字样的警示牌，只有执行这项工作的人员才有权取下此牌送电”规定的精神要求。

四、附图说明

1、图示含义通过原理示意图详细描述本发明的实施方法。

图1示出了煤矿供电系统分支回路中防爆馈电开关与防爆控制开关之间的工作联系以及其内实现本发明功能的基本构成单元原理示意。

图2示出了盖闭锁信号单元在电源接线腔内的安装位置和与相关元件的安装关系的原理示意。

图3示出了电源和逻辑单元的基本构成和电源的形成方式的原理示意。

图4示出了开关量数字化转换单元的实现方式原理。

2、附图标记说明：

图1中：1防爆馈电开关、2断路器、3断路器电控操作机构、4防爆馈电开关接线腔、5控制显示单元A、6盖闭锁信号单元A、7盖闭合位置开关、8小电流互感器、9小电流检测单元、10动力载波单元A、11电源和逻辑单元A、12隔离开关操作手把、13防爆控制开关或防爆磁力启动器、14隔离开关或隔离换向开关、15隔离开关辅助触点、16电源接线腔、17盖闭锁信号单元B、18盖闭合位置开关、19断电信号灯、20送电申请按钮、21动力载波单元B、22开关量数字化转换、23电源和逻辑单元B、24控制显示单元B。

图2中：31盖板紧固螺钉、32接线腔盖板、33单元外壳插口、34插板、35盖闭锁信号单元外壳、36本安电磁铁、37动铁芯、38插板锁孔、39反光片、40本安光反射位置开关、41接线腔、42接线腔板、43防爆腔体

图3中：46控制电源输入、47隔离变压器、48整流器、49滤波器、50本安电源输出、51载波高频入/出、52隔离输入、53开关量输入/出、54单片机或PLC、55隔离输出、56逻辑输入/出

图4中：61编码集成电路、62按钮开关、63信号传输通道、64数据输出端口、65译码集成电路、66按钮状态输出端口

注意上述图中标记中，4和16均是电源接线腔，隶属于不同防爆开关；6和17均是盖闭锁信号单元，隶属于不同电源接线腔，包括35及其内全部与34；7和18均是盖闭合位置开关，隶属于不同盖闭锁信号单元，即40；10和21均是动力载波单元，隶属于不同工作位置；11和23均是电源和逻辑单元，隶属于不同防爆开关，原理略有不同；

五、具体实施方式

1、结合图1对本发明的工作原理进行详细说明。图1是煤矿供电系统分支回路中防爆馈电开关与防爆控制开关之间的工作联系以及其内实现本发明功能的基本构成单元原理示意。图中描述有：1防爆馈电开关、2断路器、3断路器电控操作机构、4防爆馈电开关接线腔、5控制显示单元A、6盖闭锁信号单元A、7盖闭合位置开关、8小电流互感器、9小电流检测单元、10动力载波单元A、11电源和逻辑单元A、12隔离开关操作手把、13防爆控制开关或防爆磁力启动器、14隔离开关或隔离换向开关、15隔离开关辅助触点、16电源接线腔、17盖闭锁信号单元B、18盖闭合位置开关、19断电信号灯、20送电申请按钮、21动力载波单元B、22开关量数字化转换、23电源和逻辑单元B、24控制显示单元B。

1.1图1中，当防爆控制开关13的“隔离开关操作手把”12处在断开或分断位置时，同时，隔离开关辅助触点15也处于断开。这个信号经过开关量数字化转换单元22、电源和逻辑单元B23、动力载波单元B21和动力电缆或专用芯线或光纤传输到防爆馈电开关1，使其内的“电源和逻辑单元A”11接收到防爆控制开关13的隔离开关辅助触点15的断开位置信号和“小电流检测单元”8的“零”电流信号，判断防爆控制开关13的隔离开关14已经断开，向控制显示单元A5发出指令，防爆馈电开关1的断路器2分断，停止向防爆控制开关13供动力电。实现远距离主动断电或停电。

1.2此后，防爆馈电开关1中的“电源和逻辑单元A”11通过“动力载波单元A”10和馈电线路向防爆控制开关13送高频先导电能。该电能通过“动力载波单元B”21在“电源和逻辑单元B”23生成本质安全电源，向防爆控制开关13中“开关量数字化转换”单元22供电、向电源接线腔内安装的“盖闭锁信号单元B”17供电、由“电源和逻辑单元B”23点亮“断电信号灯”19。表明防爆控制开关目前没有动力电源，处于停电状态。在本安先导电源的作用下，“电源和逻辑单元B”23将上诉相关信号发给“电源和逻辑单元A”11，发闭锁指令于控制显示单元A5，实现对断路器2的闭锁，不能闭合送电。

1.3此时，防爆控制开关13电源接线腔16内安装的“盖闭锁信号装置B”17由于其中的“本安电磁铁”36(见图2)失去由“控制显示单元B”24提供的电源，处于解锁状态，电源接线腔盖板32在去掉全部紧固螺钉31后，可以将接线腔盖板32打开。

1.4如果，防爆控制开关13的电源接线腔盖板32盖好、其紧固螺钉31全部紧固、“盖闭锁信号装置B”17中“盖闭合位置开关”18(可以是各种接近开关、FRID等原理)发出盖闭合信号，防爆控制开关13的门或盖闭合紧固，且隔离开关操作手把12与门或盖闭锁解除，由隔离开关操作手把12将隔离开关14扳动到处于闭合状态。防爆控制开关13将处于预备受电状态。

1.5此后，操作人员可以按下“送电申请按钮”20，通过“开关量数字化转换”单元22和“电源和逻辑单元B”23、“动力载波单元B”21、馈电线路向防爆馈电开关1“电源和逻辑单元A”11发出信息，请求送电。

1.6此后，通过防爆馈电开关1中的“动力载波单元A”10，“电源和逻辑单元A”11接到申请信号。“电源和逻辑单元A”11查询防爆馈电开关1中的“控制显示单元A”5电源是否正常、“盖闭锁信号装置A”6是否闭锁，即本安电磁铁36有电和本安光反射位置开关40闭合。符合条件后，向防爆控制开关13中“电源和逻辑单元B”23发出信息，指令“断电信号灯”19闪动，表示准备完毕、等待送电。

1.7此后，操作人员再次或按约定数次按下“送电申请按钮”20，通过“开关量数字化转换”单元22和“电源和逻辑单元B”23、“动力载波单元B”21、“动力载波单元A”10使“电源和逻辑单元A”11接到约定命令信号。“电源和逻辑单元A”11指令防爆馈电开关1的“显示控制单元A”5使断路器2闭合，向防爆控制开关13送动力电。完成主动送电。

2、结合图2对盖闭锁信号单元6和17的工作原理进行说明。图2中：31盖板紧固螺钉、32接线腔盖板、33单元外壳插口、34插板、35盖闭锁信号单元外壳、36本安电磁铁、37动铁芯、38插板锁孔、39反光片、40本安光反射位置开关、41接线腔、42接线腔板、43防爆腔体

图2装配关系：盖闭锁信号单元由本安电磁铁36和光反射位置开关40两部分组成，固定在接线腔41内。插板34由非导磁材料加工，焊接在接线腔盖板32内侧，位置对准单元外壳插口33，插板34插入33中，使插板锁孔38正对动铁芯37。插板34的末端贴有反光片39，正对本安光反射位置开关40的光敏感点。

图2动作原理：本安电磁铁36的电源由防爆控制(馈电)开关13或1的控制显示单元24或5供电。当该开关13或1供电正常时，控制显示单元24或5给本安电磁铁36供电，使动铁芯37伸出，插入插板锁孔38，使接线腔盖板32不能打开，实现对接线腔盖板32的闭锁。反之，接线腔盖板32解锁，能够打开。本安光反射位置开关40由电源和逻辑单元B(A)23或12供电，与反光片39构成信号生成付。当插板34正确地插入单元外壳插口33，且使反光片39处于合适位置，本安光反射位置开关40输出开关闭合信号，表示接线腔盖32已经处于闭合状态。实现只有监测到接线腔盖闭合才允许发出可以送电信号的目的。反之，输出分断信号，表示接线腔盖32没有闭合，不能发出送电信号。3、结合图3对电源和逻辑单元A(B)11和23的工作原理进行说明。图3中：46控制电源输入、47隔离变压器、48整流器、49滤波器、50本安电源输出、51载波高频入/出、52隔离输入、53开关量输入/出、54单片机或PLC、55隔离输出、56逻辑输入/出

图3所示的电源和逻辑单元以单片机或PLC为核心，是本发明功能实现的控制核心，其软件根据功能逻辑编制，两单元之间的信号联系通过动力载波沟通。电源和逻辑单元A11和电源和逻辑单元B23的硬件区别主要在于电源的来源，单元A11由防爆馈电开关1的控制显示单元A5提供，单元B23由动力载波提供。

以电源和逻辑单元B23为例说明。由动力载波单元B21送来的高频信号源进入载波高频入/出口51后分为两路，一路进入隔离变压器41，通过整流器48和滤波器50经过本安处理后在本安电源输出口50向本安负载供电。一路进入隔离输入口给单片机或PLC54提供载波分析信号、当需要发出分析信号时，由隔离输出55向载波高频入/出口发出载波信号。开关量输入/出口53接受或输出与开关量数字换转换单元22和控制显示单元B24的开关量交换。逻辑输入/出口56接受或输出与开关量数字换转换单元22和控制显示单元B24的逻辑交换。4、结合图4对开关量数字化转换单元22的工作原理进行说明。图4中：61编码集成电路、62按钮开关、63信号传输通道、64数据输出端口、65译码集成电路、66按钮状态输出端口

图4中编译码集成电路，采用台湾普城公司生产的CMOS通用编、译码对集成电路PT2262和PT2272，有12位三态设置端，D₀～D₅6位数据输出端。

结构和动作原理：按钮开关62与编码集成电路61封固在一起，其基本技术采用编译码集成电路实现，应用中将按钮开关与编码集成电路封固在一起，译码集成电路安装在“开关量数字化转换”单元和“电源和逻辑单元A”，提高传输信号在强电环境下的可靠性。当连接到PT2262编码电路输出启动端TE的按钮开关62按下，使TE端低电平时，编码集成电路61的D_OUT端输出串行编码数据。通过信号传输通道63(可以为有线、无线、红外灯媒介)传输到译码集成电路65的D_IN端。当PT2272接收到的编码信号与PT2262发出的相同时，PT2272解码，译码集成电路65的VT端输出解码成功高电平信号，D₀～D₅端输出编码数据。

开关量数字化转换的核心是利用了编译码集成电路的固有功能，实现本发明要求的在强电环境下通过动力载波传输开关信号的功能。使开关量信号在防爆馈电开关和防爆控制开关之间形成一个信号整体，实现由防爆控制开关的停电开关(隔离开关辅助触点15)和送电开关(送电申请按钮20)操作控制防爆馈电开关的信号联络和断路器分、合控制。

需要指出的是，以上所述内容仅是实现功能原理的范例，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，做出的其它改进和变形也应当视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.主动断电和送电的防爆开关(含具有隔离开关或隔离换向开关的防爆电气)装置，包括在煤矿分支供电系统中共同控制动力电运行的防爆馈电开关、防爆控制开关(含防爆电磁启动器，下同)和连接电缆，以及隔爆外壳、电源接线腔、断路器、电源变压器、隔离开关或隔离换向开关(简称隔离开关)、磁力起动器、控制和显示单元、隔离开关操作手把、隔离开关辅助触点；本主动断电和送电的防爆控制开关装置特征在于，具有：

1.1隔离开关状态判断系统，其采集、判断受电防爆控制开关的隔离开关工作状态，该系统由隔离开关辅助触点状态和防爆馈电开关主回路电流状态两部分组成，以隔离开关辅助触点状态为主、主回路电流状态为辅助依据，电源和逻辑单元A综合二者的信息、将判断结果作为输出，命令控制显示单元A做出相应控制动作；

1.2本安电源先导馈电闭锁系统，防爆控制开关停电后发出信号、闭锁防爆馈电开关不能送电、由本质安全电源和闭锁信号系统组成，其由防爆馈电开关发送的动力载波高频能源形成本质安全电源，使防爆控制开关在没有动力电的情况下有弱电电源提供给基本信号指示和逻辑电路正常工作，并向电源和逻辑单元A提供相应状态信息，先导闭锁断路器的动作；

1.3盖闭锁信号单元，对电源接线腔的盖板是否闭合状态的检测和闭锁、确保在电源接线腔盖闭合后防爆馈电开关才具备送电和防爆控制开关具备受电条件，由盖闭锁装置和盖闭合信号两部分组成、它们由不同的电源供电、达到对电源接线腔盖的闭锁和检测；

1.4开关量数字化转换和传输系统，其将开关量信号转换为数字编码信号、在防爆控制开关与防爆馈电开关以及动力线或控制信号芯线、光纤芯线的强电环境下确保信号安全传输、在防爆控制开关与防爆馈电开关之间实现信息畅通。 

2.防爆开关远距离主动断电和送电的方法，包括主动断电、本安先导馈电闭锁、盖信号闭锁、开关量数字化传输、主动送电的方法，涉及在煤矿分支供电系统中共同控制动力电运行的防爆馈电开关、防爆控制开关和连接电缆，该远距离主动断电和送电的方法特征在于，包括以下工序：

2.1主动断电，在防爆控制开关上远距离操作防爆馈电开关使其停止供电，具体是：

将防爆控制开关的隔离开关操作手把扳到断开位置、导致隔离开关辅助触点断开和隔离开关前的主回路电流为“零”、前者经过开关量数字化转换单元转换及经过传输通道传输到防爆馈电开关的电源和逻辑单元A，后者由小电流互感器和小电流检测单元检出断路器的输出电流变为“零”信号也传输到电源和逻辑单元A、该单元判断防爆控制开关的隔离开关已经分断后，向控制显示单元A发出指令，导致断路器动作分断，停止向防爆控制开关供动力电，完成防爆控制开关隔爆腔体内和电源接线腔内没有动力电源；

2.2本安先导馈电闭锁，防爆控制开关停电后正常发出信号、闭锁防爆馈电开关不能送电，其由防爆馈电开关发送的动力载波高频能源形成本质安全电源，使防爆控制开关在没有动力电的情况下有弱电电源提供给基本信号指示和逻辑电路正常工作，并向电源和逻辑单元A提供状态信息，先导闭锁断路器的动作，具体是：

防爆馈电开关中的电源和逻辑单元A通过动力载波单元A和馈电线路向防爆控制开关送高频电能、经过电力载波单元B和电源和逻辑单元B转换成本质安全电源，该电源向开关量数字化转换单元供电、向盖闭锁信号单元B的本安光反射位置开关供电、向电源和逻辑单元B供电并在判断防爆控制开关失去动力电后点亮断电信号灯，提示防爆控制开关处于停电状态，完成本质安全先 导电源的生成和使用；随后，隔离开关辅助触点断开、送电申请按钮断开和盖闭合位置开关断开的状态信号经过开关量数字化转换和相关传输通道到达电源和逻辑单元A、使其得到的准确的上述开关状态信息、发出信号闭锁控制显示单元A对断路器的其它指令操作，完成对防爆馈电开关的闭锁；

2.3盖信号闭锁，对电源接线腔的盖板是否闭合状态的检测和闭锁、确保在电源接线腔盖闭合后防爆馈电开关才具备送电和防爆控制开关具备受电条件，由盖闭锁装置和盖闭合信号两部分组成、它们由不同的电源供电、达到对电源箱盖的闭锁和检测；以防爆控制开关的电源接线腔内安装的盖信号闭锁单元为例说明，具体是：

防爆控制开关停电、使得本安电磁铁失去由控制显示单元B提供的电源而处于解锁状态，反之处于闭锁状态，本安光反射位置开关的电源由电力载波单元B的本安电源回路供电，保证对接线腔盖板的位置检测，二者信号传输到电源和逻辑单元B，如果本安光反射位置开关的信号断开且本安电磁铁没有电源、电源和逻辑单元B判断为盖未闭合，如果本安光反射位置开关的信号闭合、电源和逻辑单元B判断为盖闭合；

2.4开关量数字化传输，将开关量信号数字化并在强电环境下通过动力载波或信号芯线或光纤芯线传输信号、使开关量信号在防爆馈电开关和防爆控制开关之间形成一个信号系统、实现由防爆控制开关的停电开关(隔离开关辅助触点15)和送电开关(送电申请按钮20)操作控制防爆馈电开关的信号联络和断路器分、合控制，具体是：

由隔离开关辅助触点或送电申请按钮或本安光反射位置开关向开关量数字化转换单元发出开关量信号、电源和逻辑单元B通过传输通道发送到电源和逻辑单元A、然后指令控制和显示单元A操作断路器动作； 

2.5主动送电，是操作人员在防爆控制开关远距离操作防爆馈电开关送电，具有准备、申请、应答申请和送电几个工序完成主动送电的方法，具体是：

准备：由操作人员手工完成的准备工作，将防爆控制开关的电源接线腔的盖板盖好、门或盖闭合且紧固、隔离开关操作手把与门或盖解除闭锁、由隔离开关操作手把将隔离开关扳动到闭合状态且带动隔离开关辅助触点闭合既完成准备送电的条件；

申请送电：操作人员按下送电申请按钮、发出请求送电的申请信号，送电申请按钮以及隔离开关辅助触点以及本安光反射位置开关的闭合信息，通过开关量数字化转换B以及传输通道使电源和逻辑单元A接收到申请送电信号，同时电源和逻辑单元A查询小电流互感器、小电流检测单元检测的电流非“零”、据此将判断防爆控制开关的隔离开关已经闭合具备受电的条件，完成申请送电；

应答申请：电源和逻辑单元A查询防爆馈电开关中的控制显示单元A电源是否正常、盖闭锁信号装置A是否闭锁，符合条件、通过传输通道向电源和逻辑单元B发出信号表示准备完毕、电源和逻辑单元B指令断电信号灯闪动，完成应答申请、等待送电；

送电：操作人员再次按下送电申请按钮、通过开关量数字化转换单元和传输通道使电源和逻辑单元A接到指令信号，此后电源和逻辑单元A指令显示控制单元A使断路器闭合，完成向防爆控制开关送动力电。

3.根据权利要求1所述的盖闭锁信号单元，其特征在于，

上述盖板到位位置开关采用的原理和模式为不易用普通工具或方法模拟、使其输出“盖闭合”的虚假信号，其传感元件不易被接触，上述盖闭锁信号单元将其内部闭锁和信号两种信息均作为判断盖状态的依据；

本安光反射位置开关付或接近开关或射频卡FRID应选择一般工具不能模 仿的方式，避免在防爆控制开关井下检修过程中人为将该检测信号模拟闭合，造成可以送电的虚假现象，形成对人员触电和引燃瓦斯的危害。

4.根据权利要求1所述的开关量数字化转换和传输系统，其特征在于，

上述开关量数字化转换应用中将按钮开关与编码集成电路封装在一起，译码集成电路安装在开关量数字化转换单元或电源和逻辑单元A，提高传输信号在强电环境下的可靠性。 

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