《煤矿安全规程》（2022 版） 第442 条规定“井下不得带电检修电气设备，严禁带电搬迁非本安型电气设备、电缆，采用电缆供电的移动式用电设备不受此限。”目前，矿用隔爆型低压防爆启动开关是煤矿井下必备的电器设备，在煤矿井下使用范围广、数量多、安装和拆除频繁，如果检修和处理故障过程中，未严格执行工作票断掉上级电源，或工作人员误送电和停错电，均极易发生人身触电、电弧烧伤、瓦斯爆炸等事故。

煤矿井下防爆开关的“三开一防”功能（开盖报警、开盖断电、开盖闭锁、防止非专职人员擅自开盖操作） 主要是通过在矿用机电设备中，用螺栓紧固的接线腔（盒） 中安装相应的装置来实现。现有的防爆启动开关上接线腔内同时包含电源进线和出线端子，因此“开盖断电”功能要求在防爆启动开关打开上端盖时，不仅防爆启动开关要断开自身的出线电源，而且还必须要将上级开关进行断（开）电。防爆开关“开盖断电”功能示意如图1 所示。

现有“开盖断电”功能实现方式及优缺点

经过对徐州矿务集团有限公司本部及异地矿井的大量调研、查阅资料、现场分析，发现目前矿用隔爆型启动开关“开盖断上级电源”的专利技术有2 种：一种是每一台机电启动开关利用外设网线汇集到总站，再通过微机系统处理，最后通过智能开关RS485 通信接口传输信号来实现；另一种是在开关内部增加试验电阻、行程开关，利用上级馈电开关的漏电保护功能来实现。

第1 种方案可靠、稳定；但安装、调试复杂，要建立网络识别系统，并且需要全部更换成智能开关，投入较大，不适应采掘工作面流动的电气设备的移挪、不便于质标化整理且不易于生产厂家推广使用。

第2 种方案简单、可靠、科技含量小，资金投入少，又能对机电设备的漏电检测系统进行远方检验；但如果上级开关出现漏电跳闸动作，变电所没有选择性，不知故障点在什么位置，查找起来比较麻烦。

利用电力载波通信实现“开盖断电”

在电力系统中有一种通信方式叫做电力载波通信，即利用现有电力线路，通过载波方式将开关量数字信号进行传输，最大特点是无需重新架设网络，利用现有供电线路，在输送电流的同时传送载波信号，即可进行数据传递，经济可靠。电力系统中典型电力载波示意如图2 所示。

通过上述调查研究，笔者将2 种“开盖断电”方案的优点同电力载波通信技术相结合，提出了一种不外设电缆，配置不同波段频率载波的收/发系统，可实现开关跳闸的选择性，通过已有电力电缆传输断电信号，实现开关开盖切断上级电源的新功能技术方案。该技术方案无需购买计算机及网络系统等硬件设备，也无需另外敷设线路，且有选择性强的高性能载波传输信号技术装置。

煤矿井下供电方式主要采用中央变电所（采区变电所） －移动变电站－馈电总开关－馈电分开关－防爆启动开关的模式，移动变电站、馈电开关作为总开关，总开关保护器均具备信号传输功能。只要是在同一个变压器的供电系统内，即可使用载波信号传输装置。具体设计是在隔爆真空电磁启动开关接线腔（电源进线接线端子） 中增加行程开关和1 个波段的载波发射机，采区变电所内增设与从馈电引出的载波频率对应的载波接收机，构成开盖断上级电源系统。煤矿井下开关断上级电源的载波收/发机原理如图3 所示，煤矿井下开关断上级电源的载波系统架构如图4 所示。

载波通信方案的具体功能实现

由图1 可知，如果实现“开盖断电”功能，需要在馈电开关和启动开关内安装开关闭锁装置，主要包括：矿用载波接收机1 套、发射机1 套、行程开关1 个、固定无源的行程开关底座1 个，具体接线如图5、图6 所示。需要强调的是，防爆电气设备的防爆规定：在隔爆真空电磁启动开关和馈电开关接线腔（电源进线接线端子） 内加装无源行程开关和一定波段的载波发射机、接收机、有源电池等，需要厂家协同。改变隔爆腔空间问题和对现有的设备改造后，需开关厂家重新订做防爆设备，产品检验合格并取得防爆合格证和煤安标志后方可投入煤矿井下使用。

图6 防爆启动开关接线中的电源进线和负载接线为一腔，在开关的电源腔固定1 个行程开关，行程开关为常开触点，接在有源载波发射机震荡三极管回路中。当上级馈电开关电源未停电，且低压开关上盖被误打开时，行程开关抬起，常闭触点闭合，接通有源载波发射机震荡三极管回路，发射一定的频率信号，通过电源主干线路传输，变电所相应馈电开关接收机接到信号后，立即执行断开电源并闭锁的动作，实现“开盖断电”功能，从而保证人身安全。当恢复开关盖时，行程开关受到开关盖的压力，触点断开，馈电开关未检测到开盖信号，馈电开关允许正常人工复位合闸供电，从而解决了上级馈电开关电源正常供电时，下级启动开关误打开防爆外壳而跳电，如果此时有人想对上级馈电开关解锁送电，但因复不了位而送不上电的问题。

载频发送器工作原理

载频发送器采用ZF2 型晶体管有线载频发送器，分为振荡器、缓冲级、功率放大输出级、电源4 部分。电源由黄色线（插式从1、8 两脚） 引进36 V交流电，经二极管进行桥式全波整流。R8、C6 滤波后形成直流电供输出级，另外经R4、2CW5，产生12V直流稳压供给振荡器用。ZF2 型晶体管有线载频发送器电气原理如图7 所示。

振荡器：由BG1、T1、C1、R3、C2 等组成电感三点式振荡电路，C1 为谐振电容器，C2 为偶合电容器，R1、R2 为偏流电阻，R3 为负反馈电阻，T1 初级线圈作为BG1 的负载并作为振荡器的电感线圈。当BG1 通电瞬时，由R3 把T1 上的电压从线圈抽头上耦合到BG1 发射极，由于发射级和基极电压同相，基极微小的电流变化被放大后，到发射级输出又被耦合到基极再进行放大，这样的正回授不断循环，就形成了振荡。由于T1、T2 的谐振作用，使电路只产生一个固定频率的振荡，R3 的作用能使振荡器稳定在一定的幅度，并使频率比较稳定。

缓冲级：由BG2、C8、R5、W、C4组成。

功率放大输出级：由BG3、T2、C5 组成，从C4 输出的信号经BG3 组成丙类放大、经T2 谐振电路耦合到次级线圈，并和C7、T3 组成一个串联谐振电路，该电路只能将这个频率的信号发送至运载线上，因此改善了振荡波形，减小了二次谐波，加上功率输出级能减少负载变化对振荡器频率的影响，且扩大了输出频率信号。

载频接收器工作原理

载频接收器采用SJ2 型晶体管有线载频接收器，分为电源、输入放大级、耦合回路、继电器输出4部分。SJ2型晶体管有线载频接收器电气原理如图8 所示。

电源：从黄色线（插式由1、8 两脚） 引入36 V交流电经二极管进行桥式全波整流。BG3 为电压调整管，DW为稳压管，整流后的脉动直流电经BG3、2CW5、R6、C7 组成稳压电路，稳压滤波后变为12V的直流电供给整个电路使用。该稳压电路可以保证外交流输入电压在30~40 V变化时，持续输出12V的稳定电压。

输入放大级：由绿色或蓝色线（插式由4、5 两脚） 引入载频信号，经由C1、T1 的初级线圈组成串联谐振电路，选频后偶合到次级，BG1 将谐振到遥控信号加以放大，R1、R2 是BG1 的偏流电阻，R2、R4 并起稳定工作点作用，C2、W1 为负反馈电路调整，W1 可以调节接收器灵敏度，经双调谐回路送入BG2进行二次放大。

耦合回路：C4、T2、Cx、T3、C5 组成双调谐紧耦合回路，此回路谐振特征为双峰，与T1 的谐振特性相互补偿，可以加宽接收器的通频带。这样可以做到当发送器频率略有变化时，不影响接收器工作，整个谐振曲线近似矩形。加强了整机选择性，保证了适当的通频带。

继电器输出：T2 次级将放大的信号供给BG2，进行丙类功率放大，当信号进入BG2 时，产生基极电流，从而使BG2 由截止状态变成导通状态，使继电器动作，接通触点，红色线（插式为2、3 两脚常闭，6、7 两脚常开） 接通外部电路，使防爆馈电开关断开并闭锁。

由上述可知，通过加入载波发射器和载波接收器，在启动器开关在开盖检修过程中，打开启动器开关上盖时，通过微动开关断开载波发射器的振荡三极管BG1 的基极封锁电路，使载波发射器通过动力电缆线向变电所发送固定频率高频信号，变电对应的同一台变压器系统中馈电开关内载波接收器收到信号后，载波接收器内继电器J1 吸合，接通馈电开关的保护回路，实现上级馈电开关自动断电并闭锁，在开盖断电的过程中，交流36 V 电源无法供电，电池E 作为备用电池，可以持续为载波发射器电路供电，保持载波发射器始终发射信号给载波接收器，电池E的供电时间大概为24~48 h；且该装置能够在变电所显示是哪一台启动开关被打开而造成的掉闸事故，大幅方便了查找工作；只有在恢复好被打开启动器的上盖情况下，即接通载波发射器的振荡三极管BG1 的基极封锁电路时，载波发射器停止发送高频信号，变电所的馈电开关收不到载波信号才能人工手动送电，否则显示闭锁无法复位送电，实现了煤矿井下供电提出的“三开一防”功能。

试验效果与下一步改进

经过在地面开关进行反复试验，隔爆真空电磁启动开关电源侧加上载波发/收机所提出的研究方案进行优缺点比较，得出以下结论：

优点

（1） 闭锁上级开关，断电反应灵敏。在现用的开关上加上载波发射机即可实现，无需更换开关和改变原有防爆面。

（2）无需外接网线和监视屏蔽线，只需上级引下级开关电源线，便于实现标准化，并减少资金投入。

（3） 实现了选择性，在变电所馈电分闸后，可根据开关状态指示，利用载波动作的频段来确定是哪一台启动开关被打开而导致的上级馈电分闸并闭锁的，选择性好，便于查找。

缺点

（1） 启动器接线腔内安放载波发射机，馈电开关内放接收机，压线空间小，还需开关厂家进行防爆试验，对防爆性能进行重新验证。

（2） 该方案对载波机质量的可靠性要求较高，同时在载波发送装置中含有电池，需要专人定期进行检查和更换；另外，动力载波在供电线路传输过程中，会受到外来谐波干扰，载波信号传输中也会干扰其他监测监控信号，装置偶尔会出现误显示等问题。

下一步改进方向

针对上述缺点，制定了下一步改进方向：①按照《煤矿矿井机电设备完好标准》及相关规定进行检查、调试，改变电路接线，消除干扰源，地面调试效果较好后进一步开展煤矿井下试验；②进一步增加语音报警功能，发现故障时及时提醒值班人员，减少停电处理时间；③将载波通信装置中的电池改为充电式电池，利用启动开关电源，增加1 套带保护性能的电池充电装置，正常运行时对电池进行浮冲，保证电池电量；④对于载波传播过程中的抗干扰问题，目前，煤矿井下动力线基本都是屏蔽电缆，抗干扰性能较强，载波收/发起始端控制电缆也均需使用屏蔽电缆，并采取屏蔽电缆一端接地的方式，解决这类干扰问题。

结 语

笔者通过将电力载波通信技术与“三开一防”要求相结合，提出了一种利用煤矿井下供电电缆进行载波通信，通过防爆启动开关中安全的载波发生器和馈电开关中安装的载波接收器进行通信，可实现带电打开防爆启动开关接线腔即可使上级防爆馈电开关断开并闭锁的“开盖断电”功能。该装置进一步提升了供电设备的本质安全水平，大幅减少了因违章作业导致的人员触电事故，从设备的根本上解决了不带电检修的难题。对于提高煤矿供电安全性、可靠性而言，具有广阔的发展前景，且此装置适应性强，对于煤矿井下不同厂家的大部分低压馈电和启动器均可使用。

责任编辑： 李金松