黃 春

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400039）

饋電傳感器主要用于煤礦井下饋電狀態(tài)檢測，判斷隔爆開關(guān)是否可靠斷電，饋電傳感器的運行可靠性直接關(guān)系安全監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，是保障瓦斯礦井安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)[1-2]。

煤礦井下饋電狀態(tài)檢測技術(shù)主要有3 種：接觸式饋電、感應(yīng)式饋電和觸點檢測饋電。接觸式饋電直接感知隔爆開關(guān)負(fù)荷側(cè)線纜電壓變化，即在電氣上將傳感器與被控開關(guān)負(fù)荷側(cè)線纜直接聯(lián)接，實現(xiàn)饋電狀態(tài)檢測[3]，該饋電技術(shù)原理簡單，井下已廣泛應(yīng)用，目前只能實現(xiàn)1 140 VAC 及以下電壓等級饋電狀態(tài)檢測，隨著饋電電壓等級升高，勢必增大傳感器體積以提高傳感器的絕緣強(qiáng)度，傳感器的安裝維護(hù)將會極其復(fù)雜，同時還可能存在不安全因素。電場感應(yīng)式饋電[4-7]針對3 300 VAC 及以上電壓等級設(shè)計，傳感器將探頭插入負(fù)荷側(cè)線纜接線腔，感應(yīng)腔內(nèi)電場變化識別負(fù)荷線纜的饋電狀態(tài)。觸點檢測饋電感知井下開關(guān)輔助觸點狀態(tài)變化，實現(xiàn)隔爆開關(guān)負(fù)荷側(cè)線纜饋電狀態(tài)檢測[8-10]，該方式可應(yīng)用到煤礦井下所有電壓等級饋電狀態(tài)檢測，但該方式接線錯誤可能導(dǎo)致安全風(fēng)險，如果將斷電儀斷電輸出觸點與自身觸點饋電接口直接連接，系統(tǒng)將無法正確感知斷電指令是否執(zhí)行。因此，開發(fā)具有自診斷功能的觸點檢測饋電斷電器，實時感知斷電儀是否正確接入被控設(shè)備，對于提高觸點檢測饋電斷電器可靠性，提升煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)智能化水平，保障煤礦安全生產(chǎn)，具有重要意義。

1 觸點檢測饋電斷電器工況

1）觸點檢測饋電斷電器工作原理。觸點檢測饋電斷電器利用繼電器的無源觸點控制隔爆開關(guān)的脫扣線圈，隔爆開關(guān)執(zhí)行脫扣動作實現(xiàn)斷電操作；斷電器檢測防爆開關(guān)的無源輔助觸點狀態(tài)，實現(xiàn)隔爆開關(guān)負(fù)荷側(cè)線纜饋電狀態(tài)檢測。觸點檢測饋電斷電器工作原理框圖如圖1。

圖1 觸點檢測饋電斷電器原理框圖Fig.1 Principle block diagram of contact detection feed breaker

2）問題分析。觸點檢測饋電斷電器饋電輸入對象是防爆開關(guān)的無源觸點，斷電器自身的斷電輸出也是無源觸點，如果將斷電器自身的斷電輸出作為斷電器的饋電輸入，斷電器將與被控對象防爆開關(guān)脫離。安全監(jiān)控系統(tǒng)仍可展示斷電器實時工作狀態(tài)，給監(jiān)察監(jiān)管人員帶來斷電動作執(zhí)行假象，存在安全風(fēng)險。觸點檢測饋電斷電器脫離被控對象工作框圖如圖2。

圖2 觸點檢測饋電斷電器脫離被控對象工作框圖Fig.2 Principle block diagram of contact detection feed breaker separating from controlled object

3）自診斷功能需求。針對觸點檢測饋電斷電器接線錯誤，導(dǎo)致煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)無法準(zhǔn)確感知被控對象的斷電狀態(tài)問題。亟需研發(fā)具有自診斷功能的觸點檢測饋電斷電器，實時檢測饋電線路接線準(zhǔn)確性，提升饋電檢測可信度。

2 自診斷功能電路

2.1 自診斷功能電路原理

針對觸點檢測饋電斷電器斷電輸出為無源觸點，引入固定頻率直流脈沖信號，加載至斷電器斷電輸出無源觸點，當(dāng)斷電器饋電狀態(tài)檢測電路檢測到固定頻率直流脈沖信號，則判斷饋電斷電器接線錯誤。自診斷電路原理框圖如圖3。

圖3 自診斷電路原理框圖Fig.3 Principle block diagram of self-diagnosis circuit

2.2 固頻直流脈沖信號發(fā)生器

固定頻率脈沖發(fā)生器電路原理圖如圖4。

圖4 固定頻率脈沖發(fā)生器電路原理圖Fig.4 Circuit schematic diagram of fixed frequency pulse generator

固定頻率脈沖發(fā)生器電路主要由微控制單元（MCU）、光耦、隔離電源模塊、金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOS 管）等組成。MCU 產(chǎn)生固定頻率脈沖信號，經(jīng)MOS 管Q1驅(qū)動光耦U1，光耦驅(qū)動Q3，實現(xiàn)固定頻率脈沖信號的驅(qū)動輸出；R1起限流目的，避免MOS 管Q3漏極直接接地導(dǎo)致隔離電源模塊DC1燒毀；隔離電源模塊DC1和光耦U1形成隔離屏障，實現(xiàn)固定頻率脈沖信號由本安側(cè)至非本安側(cè)的隔離轉(zhuǎn)換。

2.3 觸點脈沖融合信號檢測電路

觸點脈沖融合信號檢測電路原理如圖5。

圖5 觸點脈沖融合信號檢測電路原理圖Fig.5 Schematic diagram of contact pulse fusion signal detection circuit

觸點脈沖融合信號檢測電路主要由微控制單元、光耦、MOS 管、二極管、電阻等構(gòu)成，主要實現(xiàn)觸點饋電信號檢測及固定頻率脈沖信號檢測功能。無源觸點饋電檢測過程，MCU 供電控制口輸出低電平，開通光耦U1、驅(qū)動MOS 管Q1，接通隔離電源ISO-VCC，MCU 將通過饋電檢測口檢測到觸點饋電接點的閉合或斷開狀態(tài)。固定頻率脈沖信號檢測過程，MCU 供電控制口通過光耦U1、驅(qū)動MOS 管Q1，斷開隔離電源ISO-VCC，MCU 將在繼電器閉合狀態(tài)，通過饋電檢測口檢測是否存在固定頻率脈沖信號。

3 自診斷斷電器程序

3.1 饋電斷電檢測

饋電斷電檢測流程如圖6。

圖6 饋電斷電檢測流程Fig.6 Feeder & breaker detection flow

觸點檢測饋電斷電器上電啟動后，執(zhí)行開機(jī)閉鎖延時，斷電器輸出斷電狀態(tài)。延時結(jié)束若無斷電器斷電指令，執(zhí)行復(fù)電操作，判斷繼電器工作狀態(tài)，閉合狀態(tài)，啟動接線狀態(tài)自診斷，診斷完成進(jìn)入饋電狀態(tài)檢測，斷開狀態(tài)，直接進(jìn)入饋電狀態(tài)檢測。

3.2 接線狀態(tài)自診斷

接線狀態(tài)自診斷流程如圖7。

圖7 接線狀態(tài)自診斷流程Fig.7 Wiring state self-diagnosis flow

當(dāng)繼電器工作在閉合狀態(tài)，啟動固頻直流脈沖信號發(fā)生器，MCU 檢測饋電檢測口是否存在固定頻率脈沖，有固定頻率脈沖則判斷斷電器輸出接線錯誤，反之則接線正常，檢測完畢關(guān)閉固頻直流脈沖信號發(fā)生器。

4 結(jié) 語

介紹了煤礦井下饋電檢測技術(shù)，重點分析觸點檢測饋電斷電器工作原理，接線錯誤可能導(dǎo)致的安全風(fēng)險問題。針對該問題，引入固定頻率直流脈沖信號，加載至斷電器斷電輸出無源觸點，當(dāng)斷電器饋電狀態(tài)檢測電路檢測到固定頻率直流脈沖信號，則判斷斷電器接線錯誤，實現(xiàn)斷電器錯誤接線自診斷。自診斷電路可有效識別斷電器接線錯誤，保證饋電信號準(zhǔn)確可信。