國家安全生產上海礦用設備檢測檢驗中心電器檢驗站站長 夏文剛
礦用防爆電氣產品經過這幾年的發展,已經取得了許多的進步，煤礦電氣自動化技術，煤礦安全生產監控系統等自動化產品達到了一定的水平，機電一體化技術、電力電子調速技術在煤礦井下運輸機械、提升機械和采煤機械中開始得到廣泛應用。應該說經過多年發展，目前已形成較完整的防爆電工產品的制造體系，基本上滿足了煤礦井下當前供配電、井下機械化，及控制、保護的發展需要。
近幾年來，礦用防爆電器產品在樣式、規格上得到許多擴充，如礦用防爆高低壓軟起動器、礦用防爆變頻調速裝置、礦用防爆高低壓組合開關等一批新技術產品，也開始在煤礦井下得到了廣泛的應用。由于有持續、穩定的需求，我國的礦用電器產品生產已形成了一個較大制造產業，同行競爭也日趨激烈。如何避開價格競爭、避開低水平重復生產，通過技術創新來發展企業，成為我們每個礦用電器產品生產經營者思考的問題。企業成功發展的路線在哪里，唯獨只有技術的創新，通過開發高技術、高附加值的礦用電器產品來贏得市場。同時從社會效益來講，也只有通過技術創新發展采煤機械化、電氣化和自動化，才能促進建立真正意義上的本質安全的現代化礦井。
技術創新，是衡量一個企業是否具有先進性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領先于競爭者的重要指標依據。隨著我國礦用電器市場的迅猛發展，與之相關的核心生產技術應用與研發，必將成為業內企業關注的焦點。了解國內外礦用電器生產核心技術的研發動向、工藝裝備、技術應用及趨勢等對于企業提升產品技術規格，提高市場競爭力十分關鍵。雖然高低壓軟起動器、高低壓組合開關、變頻調速裝置等新產品的不斷開發，但這些產品在發展上還是受到許多的制約，許多防爆電器產品核心的組件依然依賴國外技術。這些核心組件的生產水平與國外同類產品還是有很大的差距。技術創新由初始研發到走向成熟一般要經歷三個階段：引入期、成長期和成熟期。在引入期時，技術發展很慢，往往要經過相當長的時間才能突破；例如，我們現階段的變頻調速裝置，約有50%的礦用防爆企業采用直接購買國外機芯組裝生產；40%的企業采用國內技術加以吸收利用，只有約10%的企業能做到自主開發生產。同時針對變頻器的EMC性能的研究還是處于初級階段，但是這種階段給予我們挑戰，如何克服變頻器輸出諧波對電網供電、監控設備的影響，成為許多企業攻克的目標，井下電網諧波治理也將成為下階段發展目標。當技術創新在成長期時，技術發展很快，技術性能迅速改進；例如，現階段的變頻牽引采煤機，利用變頻恒功率調速和PLC集中控制的特性，在采煤機的應用上日趨成熟，提高了采煤機的工作效率和可靠性，基本上取代了液壓牽引技術；又如液壓絞車集電、油、氣三能源為一體，操作繁雜、落后、噪音大、維護工作量也大，采用防爆變頻器技術后完全改變了生產工藝，得到煤炭企業用戶的認可。當技術創新進入成熟期時，技術相對穩定，不再有大的變化，技術進步體現為局部改進。例如，現階段的高低壓組合開關已接近現有國外水平，PLC、DSP、現場總線等電子技術的應用，對組合開關的穩定運行提供了技術支持，相關電纜引入裝置也基本達到了國產化，組合開關的單元式結構也取得了長足的進步。認識到技術創新的三個發展過程，才能準確定位我們產品的發展思路。
許多企業也認識到技術創新的必要性，但又苦于找不到突破口，針對目前產品的狀況，我們的技術創新目標在哪里呢？其實，以往的起動器、饋電開關、電控箱主要以分立元件電路進行保護，存在元件不穩定、漂移較大的缺點，單片技術在保護器上的應用，帶來了操作方便，性能穩定的優點；人機界面的配合應用使操作更加清晰，故障記憶功能，為煤礦企業分析問題提供了依據。技術的創新也是專注于自身產品性能的不斷提高。如某企業生產的GM系列采煤機用隔離開關在市場占有率已達90%以上，性能的穩定得到同行業的認可；某企業的小型化隔爆兼本安型水位控制起動器也得到行業和煤炭企業用戶的認可。許多企業的成功案例都值得我們學習和借鑒，企業應該改變盲目跟風的思想，在產品上一概求全，只考慮面的覆蓋，而忽視了對自身專長產品性能的提高。技術創新，擁有自主的知識產權，同樣也是我們礦用防爆企業發展的保障。
把握產品的發展趨勢，同樣就把握了市場，針對礦用產品的發展趨勢，提出礦用防爆電器方面以下三點：
第一、電器的基礎性能研究
我國80年代初開始應用真空管，目前礦用防爆型真空開關在井下已普及使用。真空管的運用為煤礦井下安全供電起了很大的作用，如礦用隔爆型真空電磁起動器產品，具有較強極限分斷能力，適合于礦井下電機頻繁起動，維護量少；礦用隔爆型真空饋電開關的全分斷時間小，與快速漏電保護配合，提高了防觸電和防瓦斯爆炸的安全性。真空接觸器、真空斷路器的需求量非常的大，但目前市場上，真空管的質量卻參差不齊，許多生產工藝還是停留在80年代初的基礎上，與國外的工藝比較起來還是有較大差距。在真空管的應用上也是存在操作過電壓的影響，以及真空度的保證問題，真空度的下降，容易在井下產生漏電事故，影響生產，出現事故，一些企業也開始致力于真空管電器的研究，以及漏氣保護的研究，在漏氣保護、真空管粘連保護方式上已取得進展，這為今后的井下電器安全運行提供保證。隨著電子技術的不斷發展，利用功率電子器件取代真空管實現對電機的啟?？刂?，將是發展方向，在煤電鉆綜保的控制中已被使用，如可控硅的無觸點關斷控制，增加了使用壽命，安全可靠。大功率可控硅在起動器上的應用也改變了傳統起動器的性能。功率電子器件運用給防爆電氣產品的性能和可靠性能賦予新的生命力的同時,也給產品的防爆和安全技術要求帶來新的課題。
第二、低壓饋電開關的選擇性漏電研究
漏電保護是煤礦井下電器三大保護之一，其保護的可靠性影響到煤礦安全生產。目前的低壓饋電開關的選擇性漏電保護原理仍基于零序電壓、零序電流的保護方式；另外采用外加直流對供電網絡的絕緣情況進行連續監視方式。由于供電網絡的加長及屏蔽電纜的應用，以及變頻器等功率電子器件應用等原因，使井下供電網路復雜，在選擇性漏電保護上存在許多雜散性，分布電容的不確定性，這些都對漏電保護提出了要求。利用先進的數字化采集技術，如何分析井下分布電容狀況，實現精準的選擇性跳閘切斷故障支路而不影響其他工作支路，保證井下可靠安全供電也是急需研究的新課題。
第三、礦用交流變頻器產品的發展
由于科學技術的不斷進步和發展，大功率電子電器在井下應用發展速度很快，其中交流變頻調速裝置具有效率高、故障率低、控制性能好等優點，能明顯改善生產工藝，越來越受煤礦生產行業的重視，礦用變頻調速裝置過去主要用于采煤機電牽引部件等100kW左右的調速，一般前級有專用變壓器來供電，對電網影響小。但隨著變頻器技術不斷成熟，從上世紀80年代電牽引采煤機成功運用開始，煤礦生產設備如通風機、絞車、提升機、空壓機等機械設備上都開始采用變頻調速技術，不但改變傳統的生產工藝，主要還體現在高效節能上。如礦井主扇風機選型按礦井生產服務年限最大風量要求，從建井到生產直到礦井報廢，每個時期需風量不同，差別很大，采用機械方式的調節風量造成大量電能浪費，煤礦主扇風機通過采用變頻器技術節約能量十分可觀；又如采掘工作面的局部通風機安裝地點多，運行時間長，是耗能大戶，由于煤礦開采不斷延伸，較長時間內所需風量遠遠小于通風機的供風能力，針對這種大馬拉小車現狀，采用變頻調速技術節能效果也十分明顯，由于變頻器效率高、調速性能好，能實行電制動及無級調速節約電能，煤礦井下更廣泛采用變頻技術是必然趨勢。但目前無論產品開發和檢測技術都跟不上生產發展需要。
按照地面變頻調速裝置應用經驗，要用好變頻調速裝置，一定要把供電、變頻器電機、生產機械結合生產工藝作為系統來研究，對電網的諧波采取合適的抑制措施。為了適應煤礦變頻電氣技術發展，研究礦用大功率變頻設備的性能、變頻器EMC的研究和波抑制措施的效果等技術問題，為礦用變頻器技術科研、設計和生產領域，提供一個技術先進的測試平臺迫在眉捷。
如何進行EMC的檢測，使得礦用變頻器能夠在煤礦井下“綠色”使用，減少對煤礦生產的危害也就成為下階段檢測部門研究重要課題。
我國是世界第一產煤大國，煤炭是我國的第一大能源，針對以上三點的發展趨勢，通過技術創新發展采煤機械化、電氣化，加快對煤礦現代化建設具有重要的意義。為適應企業技術創新發展的要求，我們檢測機構將不斷提升能力，提供先進的檢測手段、試驗方法。國家安全生產上海礦用設備檢測中心為應對技術發展的需要，也不斷地提高自身檢驗能力和水平，如3.4m的大規格防爆試驗槽已列入計劃項目，以適應大型礦用電氣設備的檢測需要；礦用防爆變頻器的檢驗能力將提升到1000kW的水平，以適應大容量高壓電機、高壓變頻器的試驗需要。我們檢測部門將以先進檢測技術支持為手段，加強與企業的交流合作，為礦用防爆電器產品技術創新和安全管理做好技術支撐。
(此文為國家安全生產上海礦用設備檢測檢驗中心電器檢驗站夏文剛站長在全國防爆電器行業廠長會議暨防爆電器分會五屆三次會員大會上作的報告)