矿用防爆开关电气检验项目分析.doc

矿用防爆开关电气性能检验项目分析.0 引言目前国内煤矿井下常用的矿用防爆开关设备主要有高低压配电开关和控制开关，其中使用量较大的配电开关类产品为矿用防爆型高压真空配电装置和矿用防爆型低压真空馈电开关、控制开关类产品主要为矿用防爆型高低压真空电磁起动器包括组合开关。为了验证和保障这些产品在煤矿井下能够满足其自身适用范围应达到的电气性能和安全性能，例如矿用低压防爆开关设备，我国煤炭行业标准MT/T661-2011煤矿井下用电器设备通用技术条件、MT 871-2011矿用防爆低压交流真空馈电开关、MT 1112011矿用防爆型低压交流真空电磁起动器明确规定了全面的型式检验和出厂检验项目对这类防爆开关电气性能进行验证。型式检验是为了验证防爆开关设备的额定值和性能是否达到设计要求、是否符合标准规定，部分项目在试验完成后会损坏或降低产品的性能和可靠性，出厂检验是为了发现防爆开关设备在制造过程中可能会出现的材料、工艺和结构方面不符合设计要求的缺陷，不会损坏和降低产品的性能和可靠性，作为煤矿用户在进货验收、维护维修等环节对产品的检验一般都按照标准规定的出厂检验项目进行。随着矿用防爆开关设备的技术发展进步和相关标准的完善提高，相应的检验项目日趋完善，起到了保障煤矿安全高效生产、保证产品满足安全性能和技术要求、推动产品技术进步的重要作用。这些检验项目已经成为产品从设计、研制、制造厂出厂检验、煤矿用户验收检验等各环节的必不可少的重要组成部分。尤其对于使用矿用防爆开关设备的煤矿用户来说，产品的进矿验收检验、产品定期保养维护及维修后的检验对保障煤矿安全、高效生产至关重要，回顾近几十年来国家标准、行业标准对矿用防爆开关设备电气性能要求规定的全面完善，可以看出相关技术性能指标和要求在不断地逐渐提高。深入理解检验项目与技术要求的对应验证关系以及检验项目在保障防爆开关设备实际运行时的技术性能所具有的重要意义是一个不断学习、提高认识的过程。本文以煤矿井下常用的高低压配电开关和控制开关为例从绝缘性能、短路性能、保护性能和其他几方面对这类产品的主要电气检验项目进行了分析。1 电气性能检验项目分析我国煤炭行业标准MT/T661-2011煤矿井下用电器设备通用技术条件和强制性标准MT 871-2011矿用防爆低压交流真空馈电开关、MT 1112011矿用防爆型低压交流真空电磁起动器、JB 87391998 矿用隔爆型高压配电装置在检验规则中全面详细的规定了电气性能方面的检验项目，与产品的电气性能要求相互对应进行验证。1.1 绝缘性能检验无论任何种类的矿用防爆开关设备，绝缘性能检验都是作为电气检验项目的首检项，其重要意义不言而喻。 是为了验证产品不仅能够在规定的正常工作条件下长期承载额定电压，还要能够在一定时间内承受非正常工况下施加在产品上的过电压保持绝缘水平不被破坏。标准规定的工频耐压试验电压值及施加电压时间可以考核验证被试产品相间和相对地间及断口间的绝缘水平，同时还等效考核验证在实际运行时承受较低过电压例如操作过电压、长期通电发热导致的绝缘下降、绝缘件表面被水汽和尘埃侵蚀导致的绝缘下降等情况下所具备的绝缘性能水平，是型式检验和出厂检验必做项目。标准规定的雷电冲击耐压试验主要是考核验证产品处于规定的安装类别条件下应能够承受的由于雷击或较高操作过电压产生的脉冲型高电压，因试验设备、试验条件等因素制约被列为型式检验项目。综合目前使用的各类矿用防爆开关设备在绝缘水平保障方面采取的措施经分析可以看出，无论是高压防爆开关设备还是低压防爆开关设备，在采用高级别绝缘材料的同时，还通过结构设计技术的优化达到加大电气间隙和爬电距离来提高绝缘水平，满足工频耐压试验和雷电冲击耐压试验的要求。有些高压真空配电装置还运用了地面常规电力系统的绝缘固封技术达到提高工频耐压和雷电冲击耐压值的目的。高压和低压产品工频耐压试验采用的试验设备因试验电压范围区别而有所不同。在试验前须注意要将防爆开关内部的过电压保护装置接线端子拆除、断开过电压保护线路。在低压防爆开关设备中过电压保护是采用RC阻容吸收型装置，在高压防爆开关设备中则是通过压敏电阻式装置实现过电压保护功能，高低压产品采用完全不同的措施实现过电压保护主要是出于对高压和低压防爆开关设备所承受的过电压能量差异较大因素考虑。此外在检验时尽量不要采用兆欧表测量绝缘电阻验证产品的绝缘性能，兆欧表常用电压等级为500、1000、2500V，其适用范围对于3300V以上防爆开关设备的局限性是显而易见的，即便是3300V以下的产品有时也会遇到用兆欧表测量时绝缘电阻符合要求，但是在工频耐压试验时出现泄漏电流超标、击穿或破坏性放电等现象，所以不宜仅凭借兆欧表测试结果做出绝缘性能检验合格的结论。因涉及绝缘材料相比漏电起痕指数、表面爬电和耐压试验设备容量等多种因素，其原理不在此赘述。基于绝缘性能的重要性，国家煤矿安全监管部门还会在行业标准尚未完成制修订之前，根据国家基础标准的新规定新要求以文件形式提出矿用产品安全标志取证应执行的绝缘性能新技术要求，例如安标国家矿用产品安全标志中心2013年4月22日就发布了自2013年5月1日起新申请或延续安全标志的矿用高压电气设备执行GB/T110222011高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求的新规定，取消了目前行业标准执行的绝缘水平。这就要求检验机构、生产企业、煤矿用户在检验技术、检验设备方面要不断进行相应的软硬件技术提升才能够适应新标准检验要求。1.2 短路性能检验短路性能检验包括额定短路接通开断能力和额定短时耐受电流能力试验，目的在于验证当煤矿井下电力系统中出现短路或较大过载等非正常情况时，防爆开关设备能够接通、在规定时间内承载和断开故障电流的能力。以低压馈电开关运行短路分断能力为例，试验参数中的电压值为额定电压的110%，电流值为额定电流的105%，功率因数须在负偏差范围内，操作循环为：otcotco，即在一台馈电开关上首先进行开断预期短路电流操作，然后进行2次先接通再开断预期短路电流操作，时间间隔为180s。分断后还须进行相当于通电操作循环总次数（电寿命）5%的通断额定电流操作，用以检验产品分断短路电流操作后是否能够在Ue、Ie条件下正常接通和断开电路、随后验证工频耐压、温升及过载脱扣特性，只有当这一组试验项目全部检验合格后才能判定短路性能即短路分断能力检验合格。验证产品在实际使用过程中不仅能够满足接通、分断规定次数的短路电流的要求，而且在分断短路电流之后还必须能够继续正常使用，尽管短路分断能力被损坏或降低了，但是在过载时必须能够可靠断开故障电流。对用于配电的防爆开关设备而言，出于实现选择性保护的功能要求，额定短时耐受电流能力试验同样也是必不可少的检验项目，此项目是反映防爆开关设备动、热稳定性能水平的重要指标，既是衡量防爆开关设备承受规定短路延时状态下I2t所产生焦耳热的能力，又考核了产品承受由I2t所产生的热应力和峰值电流产生的电动力的耐受能力及短延时分断能力，同样要求产品在短时耐受电流能力试验之后还必须能够继续正常使用，随着煤矿井下配电系统容量增大、技术的提升和对短路状态下选择性保护性能要求的提高，额定短时耐受电流性能越来越受到煤矿用户重视而成为短路性能检验的重要项目。对于矿用防爆高压配电装置而言，相关的国家标准、行业标准对短路性能的检验比低压产品要求更高更严，由此可见短路性能检验的严酷、复杂程度，这对保证煤矿井下煤炭生产的安全、高效意义尤为重要。由于试验完成后会损坏或降低产品的性能和可靠性、同时对试验设备和供电条件都有非常高的要求，并非普通的检验机构、生产企业和煤矿用户试验条件所能够达到，所以短路性能检验一直都只是型式检验项目。1.3 保护性能检验防爆开关设备的保护性能检验项目主要有短路保护、反时限过载保护、主电路漏电保护和漏电闭锁、欠压保护等，为了验证产品保护性能是否正常可靠，前述有关标准将保护性能检验列为产品型式检验和出厂检验必做项目，以验证防爆开关设备在设计、制造、用户进货验收、维护修理等各阶段必须具备的保护性能及保护的可靠性。短路保护检验是为了验证产品主电路中的电流值在达到短路动作整定值时，保护器或脱扣器能够发出分闸信号，使产品瞬时断开主电路，无任何人为延时，分断全过程所需时间为产品的固有动作时间，起到保护负载和线路免遭短路电流破坏的作用。反时限过载保护检验是为了验证产品主电路中的过载电流维持到对应的反时限动作时间时，保护器或脱扣器能够发出分闸信号，使产品断开主电路，因为是反时限动作特性，所以在一定电流范围内保护器或脱扣器动作时间与电流大小成反比，同时还具备返回特性。其目的是在负载和线路可承受范围内即不会对负载和线路造成损害的前提下，允许过载电流维持一定的时间，避免不应有的跳闸断电，如果达到动作时间则断开线路。大功率电动机起动是最典型的例子。在检验机构、生产企业和煤矿用户均采用多磁路变压器和调压器为主元件的试验设备实施检验，试验设备通常是以低电压大电流状态工作，在412V电压下输出相当于防爆开关设备312倍额定电流的单相试验电流，试验时将防爆开关的三相串联连接，以满足短路和过载保护性能大电流试验要求。配电开关主电路漏电保护和控制开关主电路漏电闭锁性能检验目的在于在线路中发生漏电故障时，防爆开关设备能够瞬时断开主电路或阻止接通主电路，对保护煤矿井下人员的人身安全作用至关重要，本项目检验一般采用可变电阻箱模拟漏电电阻接入漏电测试相和外壳之间，由高到低逐级调节电阻箱阻值，当阻值下降到规定动作值时，应实现主电路漏电闭锁阻止接通主电路或漏电保护动作断开主电路，然后逐级上调电阻箱阻值，到规定值时可解除主电路漏电闭锁。因煤矿井下电力系统中性点不接地，漏电电流值为毫安级，应注意保证试验电阻的精度等级达到要求，才能确保在规定的电阻值允差范围内做出的检验结果正确可靠。1.4 其他电气性能检验在电气性能检验中温升试验也是不可或缺的重要项目，因为必须通过温升试验才能考核验证产品在长期承载额定电流工作状态下规定部位的温升是否符合标准规定的温升极限，考核验证产品导体损耗和铁磁损耗引起的发热不会影响产品性能、不会损坏或降低产品绝缘水平。由于温升影响因素主要在结构和主电路截面及电接触形式等方面，这些因素不变时只需型式试验即能验证，再者因试验设备、试验周期、操作繁杂等因素的限制，所以温升试验不需列入出厂检验项目。通常制造厂和煤矿用户在检验时采用回路电阻测试仪测量产品直流电阻的方法检验主电路各连接部位接触是否正常即可。对于隔爆兼本质安全型的防爆开关设备，考虑到本安电路制造过程可能产生的缺陷和电子元器件性能参数的分散性，本安电路参数检验也是型式检验、出厂检验必做项目，包括本安电路安全火花试验和本安供电变压器试验，以保证本安电路输出的最大功率低于点燃瓦斯气体所需的最小能量并控制在设计的安全系数范围内。 2 结语矿用防爆开关电气性能检验是验证产品的设计和制造最终是否符合相关国家标准、行业标准所规定的要求必不可少的过程，更是保证矿用防爆开关在煤矿井下安全、可靠运行的重要质量保障措施。只有真正深入理 解检验项目与产品实际运行工况相对应所验证电气技术性能指标的重要意义，运用科学严谨、合理可行的试验方法，采用技术先进、功能完善试验设备，不断提高检验人员基础理论水平和实际操作能力，才能完成对产品电气技术性能要求的准确验证。