一种井下电气作业安全技术实际操作考核设备及考核方法与流程

本发明涉及特种作业考核领域，特别涉及一种井下电气作业安全技术实际操作考核设备及考核方法。

背景技术：

在矿井作业领域，井下电气是该行业中的高危作业之一，在矿井事故频发，操作不规范等大背景下，该行业操作的安全性问题一直以来备受关注，在设备操作过程中，稍有操作失误，就会酿成事故，因此对井下电气作业人员进行培训与考核的规范性的重要性突显而出；

当前井下电气培训和考试多采用3d软件进行，无法实现实物操作，不能直观感受到设备的存在，即使考试合格过后通过了考试，到矿井下作业人员仍然对井下设备生疏，极易酿成事故，因此需要设计一种能够实际操作的考核设备。

技术实现要素：

本发明提供一种井下电气作业安全技术实际操作考核设备及考核方法，可以解决现有技术中采用3d软件进行考试使得作业人员对井下设备生疏，易出现事故的问题。

一种井下电气作业安全技术实际操作考核设备，包括：

上级馈电柜，用于采集考生在停、送电安全操作考核中挂警示牌、转动隔离开关把手、按下分闸按钮以及按下合闸按钮的操作信息；

下级馈电柜，用于采集考生在停、送电安全操作考核中转动隔离开关把手、开合上盖、开合柜门、验电、放电以及按下分闸按钮、合闸按钮和漏电实验按钮的操作信息；

双电源真空电磁启动器，用于采集考生在停、送电安全操作考核中拿起便携式甲烷测量仪这一操作信息；以及

考核台，接收以上的采集信息，考核评分并显示。

较佳的，所述考核台内设有一上位机，所述考核台上设有与所述上位机连接的显示屏和输入设备；

所述上级馈电柜、所述下级馈电柜和所述双电源真空电磁启动器上均设有用于采集考生操作信息的控制器，各控制器均与所述上位机通讯连接；

所述上级馈电柜的一侧设有用于悬挂所述警示牌的挂钩、两个分别用于检测“挂警示牌”操作和检测隔离开关分合的光电传感器以及i/o检测电路，所述光电传感器和所述i/o检测电路均与所述控制器的i/o接口连接，所述i/o检测电路用于检测合闸按钮和分闸按钮的开关；

所述下级馈电柜的一侧设有用于检测隔离开关分合的光电传感器，所述下级馈电柜上盖的下侧设有用于检测上盖开闭的光电传感器，所述下级馈电柜内设有用于检测柜门开闭的光电传感器，所述下级馈电柜内还设有i/o检测电路，所述光电传感器和所述i/o检测电路均与所述控制器的i/o接口连接，所述i/o检测电路检测分闸按钮、合闸按钮和漏电实验按钮的开关，所述下级馈电柜上设有验电笔和放电电缆，所述控制器通过验电笔和放电电缆能够检测到考生是否进行了验电、放电操作；

所述双电源真空电磁启动器左侧上盖的下侧和右侧上盖的下侧分别设有用于检测左侧上盖开闭和右侧上盖开闭的光电传感器，所述双电源真空电磁启动器的上安装有一用于放置所述便携式甲烷测量仪的安装座，所述控制器能够检测到停止按钮的开关以及所述便携式甲烷测量仪被拿起这一操作。

较佳的，所述控制器芯片均采用stm32f103zet6，所述控制器与所述上位机通过485通讯线连接。

一种井下电气作业安全技术实际操作考核设备的考核方法，所述考核方法通过建立考核项目数据库，所述考核项目数据库中包括各考核项目名称及与各考核项目一一对应的评分项集合，各评分项集合中包括多项具有时间顺序的评分项目，并通过所述考核设备采集考生的操作信号，与对应考核项目的评分项进行对比，按照操作正确得分、缺失操作项或者操作错误项不得分进行评分，最终根据评分判断考生是否合格。

较佳的，包括如下步骤：

一、上位机接收考试管理员通过输入设备输入的指令进入考试模式，上位机根据所要考核的项目生成评分项；

二、考生根据所要考核的项目进行考试，控制器检测到考生在考试中的操作并将操作信号传输至上位机，上位机接收信号并与评分项对比，根据对比结构计算出考生得分。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

对考生的各项考核进行仿真模拟，从而实现考生在模拟考试合格即能达到对现场设备的熟练操作，减少井下设备的实践学习时间，同时也能作为实际操作的入门模拟练习；

本发明采用井下设备进行考核，并采用5v供电，安全可靠，方便作业人员熟悉井下设备，避免因生疏而发生的安全事故；

每个柜体上均设有用于采集考生操作的控制器，控制器将考生的操作传输至上位机，上位机将考生的操作通过考核台的显示屏展示出来，方便考官查看，上位机能够自动进行评分，减少考官的工作量，提高效率。

附图说明

图1为本发明实操柜体的结构示意图；

图2为本发明的考核台的结构示意图；

图3为本发明的上级馈电柜的结构示意图；

图4为本发明的系统框图；

图5为本发明的下级馈电柜开盖后的俯视图；

图6为甲烷监控分站的结构示意图；

图7为局部接地的电路图；

图8为拨码开关的电路图；

图9为继电器控制电路图；

图10为本发明458通讯的电路图；

图11为本发明用于检测按钮开关的电路图；

图12为本发明总电源输入口的电路图；

图13为本发明的控制器的电路图。

附图标记说明：

1-考核台，2-上级馈电柜，3-下级馈电柜，4-双电源真空电磁启动器，5-便携式甲烷测量仪，6-安装座，7-警示牌，8-甲烷监控分站。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1至图13所示，本发明实施例提供的一种井下电气作业安全技术实际操作考核设备，包括实操柜体(如图1所示)、考核台1(如图2所示)、甲烷监控分站8(如图6所示)，其中实操柜体部分包括上级馈电柜2、下级馈电柜3、双电源真空电磁启动器4、便携式甲烷测量仪5、验电笔、警示牌7和远程馈电断电器；

上级馈电柜，用于采集考生在停、送电安全操作考核中挂警示牌、转动隔离开关把手、按下分闸按钮以及按下合闸按钮的操作信息；

下级馈电柜，用于采集考生在停、送电安全操作考核中转动隔离开关把手、开合上盖、开合柜门、验电、放电以及按下分闸按钮、合闸按钮和漏电实验按钮的操作信息；

双电源真空电磁启动器，用于采集考生在停、送电安全操作考核中拿起便携式甲烷测量仪这一操作信息；以及

考核台，接收以上的采集信息，考核评分并显示。

在考试时有一些需要手指口述的考核项目(如检查仪器、防护用品、取得送电许可)由考生指出或说出即可，涉及到的相关工具均为井下作业常用工具且也能够通过考核台1的显示屏来展示，从而方便考生指出或口述，因此并未在图中画出；

图1为本发明实操柜体的结构示意图，相邻两个柜体通过电缆连接，图中未画出电缆；

所述考核台1内设有一上位机，所述考核台1上设有与所述上位机连接的显示屏和输入设备；

所述上级馈电柜2、所述下级馈电柜3和所述双电源真空电磁启动器4上均设有用于采集考生操作信息的控制器，多个所述控制器均与所述上位机通讯连接，所述上位机根据所述控制器采集到的操作信息依次生成操作动画并通过所述显示屏显示；

如图3所示，所述上级馈电柜2的一侧设有用于悬挂所述警示牌7的挂钩以及两个分别用于检测“挂警示牌”操作和隔离开关分合的光电传感器以及i/o检测电路，图3中警示牌7的右侧即为光电传感器，当考生挂警示牌7时，光电传感器检测到警示牌并输出一个信号至控制器，控制器再将信号传输至上位机，上位机记录考生进行了挂警示牌这一操作；

所述光电传感器和所述i/o检测电路均与所述控制器的i/o接口连接，所述i/o检测电路用于检测合闸按钮和分闸按钮的开关；合闸按钮和分闸按钮的一端接控制器的i/o接口，另一端接地，未按下按钮时，输出高电平；按下按钮时，输出低电平，控制器根据高、低电平来判断考生是否按下按钮以及按下了其中的哪一个按钮，再将信号传输至上位机，上位机记录考生这一操作；

所述下级馈电柜3的一侧设有用于检测隔离开关分合的光电传感器，所述下级馈电柜3上盖的下侧设有用于检测上盖开闭的光电传感器，所述下级馈电柜3内设有用于检测柜门开闭的光电传感器，所述下级馈电柜3内还设有i/o检测电路，所述光电传感器和所述i/o检测电路均与所述控制器的i/o接口连接，所述i/o检测电路检测分闸按钮、合闸按钮和漏电实验按钮的开关，所述下级馈电柜3上设有验电笔和放电电缆，所述控制器通过验电笔和放电电缆能够检测到考生是否进行了验电、放电操作此处的按钮检测和光电传感器原理同上；

下级馈电柜3的喇叭口内也设有光电传感器，在接线操作时，考生将接线插入喇叭口内这一动作会被光电传感器检测到；

在检测验电操作时，考生会使用验电笔逐个与图5中所示的六个接线柱逐个验电，在验电笔与接线柱接触时会输出一个电压值，控制器通过a/d接口将电压转化为信号，在将信号传输至上位机，上位机记录考生这一操作；

在检测放电操作时，将三相专用接地线对地或下级馈电柜3的外壳接触，相应的位置处设有放电点，考生在考试时，使用三相专用接地线与放电点接触，会输出一个电压值，控制器通过ad检测到这一操作并传输至上位机，上位机记录考生这一操作；

所述双电源真空电磁启动器4左侧上盖的下侧和右侧上盖的下侧分别设有用于检测左侧上盖开闭和右侧上盖开闭的光电传感器，所述双电源真空电磁启动器4的上安装有一用于放置所述便携式甲烷测量仪5的安装座6，所述控制器用于检测所述便携式甲烷测量仪5是否被拿起这一操作以及检测停止按钮的开关，此处的按钮检测原理同上，便携式甲烷测量仪5拿起操作的检测原理也与按键检测原理相同；

如图13所示，本发明对局部接地部分也进行了改造，能够通过i/o检测到考生是否做了“接地”这一步骤；

局部接地极连接有一接地母线以及接地导线，接地极串联一80k电阻接地并与控制器的i/o接口连接，接地母线串联一43k电阻接地，接地导线串联一15k电阻接地；

进一步的，考核台1上设有一仿真电话，通过a/d检测来检测考生是否有拿起电话完成取得停送电许可这一操作；

进一步的，本发明的光电传感器均接有一20k分压电阻，以避免烧坏i/o接口；

多个所述控制器芯片均采用stm32f103zet6，所述控制器与所述上位机通过485通讯线连接；每个柜体内有相对应的程序，以应对不同柜体的不同操作需求，下传指令与上传指令交互发送与接收，每个馈电柜有自己独立的地址码，通过485通讯能够实现上位机与多个柜体之间信号的传输；

本发明还提供一种井下电气作业安全技术实际操作考核设备的考核方法，所述考核方法通过采集多个控制器在各自柜体上检测到的考生的操作信号，通过采集到的信号得知考生的操作内容，并按考核项目的评分项以及操作正确得分、每缺一项操作或操作不正确不得分的考核标准对操作内容进行评分，最终根据评分判断考生是否合格；

上位机具有训练系统、模拟考试系统和考试系统，通过进入不同的系统来完成训练和考试功能；

井下电气作业安全技术考试包括以下科目：

井下低压电气设备停、送电安全操作(简称k1，必考科目)；

井下风电、甲烷电闭锁接线安全操作(简称k2)；

井下电气保护装置检查与整定安全操作(简称k3)；

井下电缆连接与故障判断安全操作(简称k4)；

井下变配电运行安全操作(简称k5)；

井下电气设备防爆安全检查(简称k6)。

上位机会从k2-k6中随机抽取一个科目与k1组成试卷；

井下低压电气设备停、送电安全操作(k1)的考试内容及考生操作内容如下：

一、停电准备

1、检查仪器、防护用品

确认便携式甲烷测量仪5、停电牌、放电导体、电工工具等齐全、完好；绝缘胶靴、确认工作服等个人防护用品齐全、完好，此处需考生手指口述。

2、取得停、送电许可

按照停电计划及时与停、送电联系人取得可靠联系，正确操作为；考生使用考核台1上的电话并模拟打电话。

3、检查甲烷

确认电气设备附近20m范围内风流中的甲烷浓度不超过1.0％，正确操作为：考生拿起便携式甲烷测量仪5。

二、停电安全操作

1、停待检修开关

正确操作为：考生按下下级馈电柜3的分闸按钮，断开真空接触器→分断隔离开关并闭锁。

2、停上一级开关

正确操作为：考生按下上级馈电柜2的分闸按钮，断开真空接触器→挂警示牌7。

3、验电、放电

正确操作为：考生打开下级馈电柜3的上盖→使用验电笔或验电笔(未在图中画出)对图5中的六个接线柱逐个验电→再使用三相专用接地线对地或外壳逐项放电。

三、送电安全操作

1、检查

确认开关内个电气元件安装齐全、完好；确认开关内无任何遗留的检修工具或材料；此处需考生手指口述。

2、合盖

正确操作为：考生拆下三相接地线→合上开关外壳，紧固连接螺栓。

3、为上一级开关送电

正确操作为：考生拿起考核台1上的电话模拟与停送电联系人取得联系→再拿起便携式甲烷测量仪5→取下警示牌7→确认真空接触器在分闸状态→接触隔离开关闭锁→闭合隔离开关→按下合闸按钮→确认电源指示灯亮起。

4、为检修开关送电

正确操作为：考生确认真空接触器处于分闸状态→解除隔离开关闭锁→闭合隔离开关→按动合闸按钮→确认电源指示灯亮起。

上述→即表示操作顺序，考生需按照顺序进行操作，操作顺序正确得分，顺序错误不得分，控制器通过i/o检测或a/d检测的方式检测考生做了上述正确操作中的哪些，并将操作信号传输至上位机，上位机再与评分项对比，最终得出考生在这一科目的考试成绩。

井下风电、甲烷电闭锁接线安全操作(k2)的考试内容及考生操作内容如下：

一、接线前安全检查

停电可靠，作业环境安全；电气设备无失爆现象；电气设备安装位置正确、安装条件满足要求，此处需考生手指口述。

二、闭锁开关接线安全操作

正确操作为：打开动力设备控制开关(闭锁开关)接线箱盖→将控制电缆正确引入接线箱→将控制电缆线芯与控制开关闭锁接点正确连接。

三、局部通风机控制开关接线安全操作

1、接线

正确操作为：打开局部通风机控制开关接线箱盖→将控制电缆正确引入控制开关接线箱→将控制电缆线芯与局部通风机控制开关闭锁接点正确连接。

2、检查

正确操作为：确认各开关完好，盖好接线箱盖→拿起便携式甲烷测量仪5确认甲烷浓度不超过1.0％→解除闭锁→送电试验→确认风电闭锁灵敏、可靠(局部通风机停电时，闭锁开关自动断电)

四、甲烷监控分站接线安全操作

1、接线

正确操作为：打开甲烷监控分站控制开关接线箱盖→将控制电缆正确引入接线箱→将控制电缆线芯与甲烷监控分站控制开关闭锁接点正确连接。

2、检查

正确操作为:确认各开关完好，盖好接线箱盖→拿起便携式甲烷测量仪5确认甲烷浓度不超过1.0％→解除闭锁→送电试验→确认甲烷电闭锁灵敏、可靠(甲烷超限时，断电仪接点打开，闭锁开关自动断电)。

井下电气保护装置检查与整定安全操作(k3)的考试内容及考生操作内容如下：

一、漏电保护装置检查与整定安全操作

1、检查漏电保护装置

考生确认电网绝缘状况良好；

电气开关安装平稳、可靠，馈电开关外观无“失爆”现象；

局部接地极、辅助接地极连接良好；

“跳闸”试验正常；

2、整定漏电保护装置

考生确认开关处于合闸状态；

电子式漏电保护装置，调整开关定位到与实际使用的电源电压相同的档位，完成动作电阻值整定；

微电脑综合保护装置，设置正确的电源电压，完成动作电阻值整定。

二、保护接地装置安装与拆除安全操作

1、安装局部接地极

正确操作为：考生确认局部接地极、接地母线、接地连接导线及螺栓等连接件完好→将接地母线的一端与局部接地极连接，另一端与接地导线一端连接后→将局部接地极埋设于水沟中或其他就近的潮湿处→将接地导线的另一端与电气设备的接地螺栓连接，确认各连接正确、可靠。

2、拆除局部接地极

正确操作为：考生拆除接地导线与电气设备的连接螺栓→拆除接地导线与接地母线的连接螺栓→取出水沟中的局部接地极→拆除接地母线与局部接地极的连接螺栓→清理作业现场→回收材料、工具等物品。

三、过流保护装置检查与正整定安全操作

1、检查过流保护装置

考生检查电气开关安装平稳、可靠；

各处导线良好，无破损及受潮情况；

各处接头、触点良好，无松动、无脱落烧毁现象；

内部元件、插件板等无松动、无破损；

2、整定过流保护装置

考生确认开关处于合闸状态；

整定短路电流和过负载电流；

整定过流时间；

试验整定结果。

井下电缆连接与故障判断安全操作(k4)的考试内容及考生操作内容如下：

一、井下电缆连接安全操作

1、去护套

考生需按照接线盒规格去掉橡套电缆外护套→露出一定长度的电缆线芯。

2、进线

考生将做好的电缆头依次穿入压线嘴、金属护圈和密封胶圈→把电缆线芯穿入进线嘴。

3、接线

考生操作外护套进入接线室5～15mm→将密封胶圈、金属护圈、压线嘴等依次入位→上紧压线嘴(压紧度以手拉无串动、搬动不松动为准)→紧固压线板。

4、压线、合盖

考生去掉多余的电缆线芯→将每相线芯(包括地线)逐个压在接线柱上→紧固接线柱螺栓→确认接线及紧固情况良好→清除接线腔内杂物→擦净接线盒防爆面→涂防腐油脂→盖好上盖→紧固上盖螺栓→检查连接电缆引出引入装置有无“失爆”现象。

二、井下电缆故障判断安全操作

1、判断单相接地故障

考生在放电操作后，将电缆的一端“开路”分岔→在电缆的另一端，将兆欧表的e端和l端中的一端“接地”或连接铠装电缆铠装层→将兆欧表的另一端依次连接三相主线芯，分别测试每相线芯对地的绝缘电阻值→测得某一相绝缘电阻值为零或很低时，可判断为单相接地故障→确认读数为零或很低的一相为接地相。

2、判断相间短路故障

考生在放电操作后，将电缆的一端“开路”分岔→在电缆的另一端，将兆欧表的e端和l端分别与电缆两相主线芯连接→测得绝缘电阻值为零时，可判断为相间短路故障。

3、判断断相故障

考生在放电操作后，将电缆的一端“短接”→在电缆的另一端，将兆欧表的e端和l端分别连接任意两相主线芯，逐个测试主线芯之间的绝缘电阻值→测得绝缘电阻值无限大时，可判断为断相故障→确认与其他两相主线芯之间的绝缘电电阻都为无限大的一相为断相的一相。

井下变配电运行安全操作(k5)的考试内容及考生操作内容如下：

一、操作票填写

考生依据不同的“工作票”内容，填写“操作票”；

联系电力调度部门，及时核对“操作票”中的具体操作事项；

掌握“操作票”的全部内容和安全注意事项。

二、操作票执行

1、操作准备

确认高压绝缘手套、电工绝缘胶靴等个人防护用品齐全、有效；

确认操作工具齐全、完好；

确认井下停、送电前，确认甲烷浓度不超过1.0％。

实行一人操作、一人监护。

2、对票操作

考生按照操作票上的工作内容进行操作

3、报告及记录

考生及时、准确地报告操作情况及存在的问题；

做好“操作票”操作记录并保存；

三、井下变配电运行故障判断与处理

考生在模拟操作装置上查找和判断变配电运行故障(至少查找两种)→在模拟操作装置上进行故障处理操作→填写变配电故障处理记录→报告故障处理结果。

井下电气设备防爆安全检查(k6)的考试内容及考生操作内容如下：

一、防爆安全检查准备

1、检查准备

确认工具、量具齐全、完好，能够满足防爆检查要求；

确认甲烷浓度不超过1.0％。

2、停电、闭锁、挂牌

考生对需停电检查的电气设备进行停电和闭锁操作；

考生挂上停电警示牌；

3、验电

考生使用专用验电工具对电气设备进行验电，确认电气设备处于断电状态。

4、放电

考生使用专用放电导体(导线)对电气设备进行放电，确认电气设备无残余电荷。

二、防爆安全检查

1、检查隔爆接合面

考生检查接合面的间隙、宽度和表面粗糙度合格、无锈蚀、无油漆，无砂眼和机械伤痕。

2、检查隔爆外壳

考生检查防爆标志清晰、合格、无裂纹、开焊，变形、凹坑等缺陷、非加工面无明显氧化层脱落。

3、检查紧固件及其衬垫。

考生检查螺栓、螺母、弹簧垫圈、金属垫圈等紧固件齐全，螺母上满扣，压平弹簧垫圈；同一部件采用相同规格的紧固件；衬垫材料合格，位置正确。

4、检查电缆引入装置

考生单手在接线嘴附近抽动或转动电缆时，电缆不得被拉出或旋转；

一个电缆引入装置内只使用一个密封圈；

密封圈无破损、老化、变形；密封圈与电缆护套、接线嘴之间无包扎物；

密封圈内径与电缆外径的间隙、密封圈外径与接线嘴内径的间隙合格；

闲置的接线嘴分别用密封圈、挡板、金属挡环依次装入并压紧；

5、检查连锁装置

考生检查连锁装置功能完好，内部电气元件齐全、无损伤；

检查保护装置动作可靠，能够保证电源接通后打不开盖，开盖后送不上电。

三、防爆安全检查结果处理

考生确认电气设备无“失爆”现象，挂上防爆检查“完好”牌，填写并粘贴“防爆合格证”；

确认电气设备有“失爆”现象，指明“失爆”原因，落实现场处理措施；

填写防爆检查记录，及时报告检查及处理结果。

在判断井下电缆故障时，考生使用只能改造的兆欧表可以检测出电缆单项对地、电缆相间的绝缘、有无断相的情况，并根据绝缘情况实现兆欧表指针的偏转与信号的上传；

在验电和放电操作中，经过智能改造的验电笔与放电夹可以在验电、放电时检测到端口有无验电、放电操作，并将结果上传考台电脑；

在局部接地中，局部接地极与接地母线、接地导线、设备螺栓的连接和拆除通过智能控制器的ad检测并上传信号；

考核方法还包括如下步骤：

一、上位机接收考试管理员通过输入设备输入的指令进入考试模式，上位机根据所要考核的项目生成评分项；

二、考生根据所要考核的项目进行考试，控制器检测到考生在考试中的操作并将操作信号传输至上位机，上位机接收信号并与评分项对比，根据对比结构计算出考生得分。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。