第8章甲烷超限报警断电装置.pptx

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第八章甲烷超限报警断电装置第一节矿用断电控制器第二节机车载式甲烷报警断电仪复习思考题第一节矿用断电控制器一、矿用断电控制器的组成及其工作原理矿用断电控制器用于远程控制井下防爆开关、磁力开关或馈电开关上控制回路，以实现井下开关的自动断电。

矿用断电控制器具有执行井下监控分站发出的远程断电指令，自动控制井下设备开关高低压控制回路，实现远程断电的功能。

矿用断电控制器使用于煤矿井下所有装有交流控制开关回路的机电设备及所有具有爆炸危险的场所。

第一节矿用断电控制器矿用断电控制主要是用于实现甲烷闭锁、风电闭锁和甲烷风电闭锁功能，当掘进工作面局部通风机停止运转或风筒风量低于规定值时，或空气中甲烷浓度超限时，能自动切断被控设备电源的装置；当甲烷浓度低于复电浓度时，或与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。

因此，断电控制是矿井安全监控设备最基本、最重要的功能。

第一节矿用断电控制器

（一）矿用断电控制器的组成矿用断电控制器一般由分站断电控制信号输入电路、馈电状态回传输出电路、信息处理及控制电路（主板）、断电控制输出电路、馈电状态监测电路、显示电路、电源等组成。

第一节矿用断电控制器

（二）矿用断电控制器的工作原理矿用断电控制器工作原理如图8-1所示。

第一节矿用断电控制器1.馈电控制信号电路该电路一般由本质安全防爆隔离和抗干扰隔离的光电耦合器等电路组成，用于接收分站输出的断电控制信号，再传输给信号处理及控制电路。

第一节矿用断电控制器2.控制输出电路该电路一般由电磁继电器、驱动电路、消弧保护电路等组成，将信号处理及控制电路输出的断电器控制信号放大后，驱动电磁继电器动作，控制被控开关的控制回路。

第一节矿用断电控制器3.状态监测电路该电路用于监测受断电控制器控制的被控开关馈电状态。

一般有2种监测方式：

一种是直接监测被控开关的负载侧的电压，但这样会增加断电控制器的成本第一节矿用断电控制器另一种是通过监测被控开关的辅助接点关闭状态，间接监测被控开关的馈电状态。

另外，也可通过监测被控开关控制回路电压，间接监测被控开关的馈电状态，但这种馈电状态监测方法不如直接监测馈电开关负载侧电压或监测被控开关辅助接点有效。

第一节矿用断电控制器4.馈电状态回传电路该电路由本质安全防爆隔离和抗干扰隔离的光电耦合器等电路组成，是将监测电路监测到的被控开关馈电状态信号送分站。

第一节矿用断电控制器5.信号处理及控制电路该电路有采用单片机或数字电路等多种。

对于复用传输线的串行数字输入输出电路，信息处理及控制电路一般采用单片机完成串行数字通信、译码、逻辑控制等功能。

对于不复用传输线的开关量输入输出电路，信息处理电路比较简单，完成逻辑控制等功能。

第一节矿用断电控制器6.电源电路断电控制器一般由分站电源供电。

因此，其电源电路一般采用稳压器或AC/DC变换电路；也有采用交流供电，这样的电源电路就较复杂，一般由隔离降压变压器、整流电路、滤波电路、双重化限流限压电路（或稳压恒流电路）等组成。

第一节矿用断电控制器7.显示电路电路用来指示电源、馈电状态、输出状态等。

第一节矿用断电控制器二、矿用断电控制器主要功能及技术要求

（一）供电电源1.交流供电电源

（1）额定电压：

36V、127V、220V、380V、660V、1140V等，允许偏差25%+10%。

第一节矿用断电控制器

（2）谐波：

不大于10%。

（3）频率：

50Hz，允许偏差5%。

第一节矿用断电控制器2.直流供电电源电压范围为924V，周期与随机偏移应符合相关标准的规定。

（二）主要功能

（1）断电控制器应具有动合和动开接点输出功能。

动合和动开接点均能根据输入信号输出相应的控制状态且保持。

第一节矿用断电控制器

（2）断电控制器的输出应能满足交流或直流控制的需要。

（3）断电控制器应具有被控设备馈电状态监测、显示和信号输出功能。

（4）交流或直流供电的断电控制器应具有电源指示。

（5）断电控制器应具有输出状态指示。

第一节矿用断电控制器（三）主要技术要求

（1）采用双电平和无源输出的开关量信号应符合下列要求：

有源输出高电平电压应不小于+3.0V（输出电流为2mA时），有源输出低电平电压应不大于+0.5V（输出电流为2mA时）。

无源输出截止状态的漏电阻应不小于100k，无源输出导通状态的电压降应不大于0.5V（电流为2mA时）。

第一节矿用断电控制器

（2）输出控制接点容量应符合GB3836.42000的有关要求，能满足控制要求，并在相关标准中明确规定，但不得低于下列要求：

本质安全接点，直流24V/100mA。

非本质安全接点，交流660V/0.3A、380V/0.5A、36V/3A、直流60V/lA。

第一节矿用断电控制器（3）输出控制接点组数应能满足控制要求，并在相关标准中明确规定，但至少有1组动合和动开接点。

（4）输出控制接点参数：

机械接点，导通电阻100M。

电子接点，导通压降2V；截止漏电流0.3mA。

第一节矿用断电控制器（5）分站至断电控制器最大传输距离不得少于2km。

（6）输出控制距离应能满足控制要求，并在相关标准中明确规定。

（7）从接收到控制信号到输出相应控制状态的时间应不大于0.5s。

第一节矿用断电控制器三、电磁启动器及馈电开关控制

（一）电磁启动器控制隔爆型磁力启动器由交流接触器、控制电路、过载保护元件和隔爆外壳等组成。

交流接触器直接把电网电压加到电动机的定子绕组上，使电动机在全电压下启动。

隔爆型磁力启动器主要用于煤矿井下交流电动机直接启动、停止和反转，并对电动机及有关电路进行保护。

第一节矿用断电控制器最常用的矿用隔爆型磁力启动器有QCS83、QC815、QC810、DQZBH、BQD和QJZ系列等多种类型，其中QC83系列目前已经禁止使用,已不具备煤矿矿用产品安全标志。

按矿用隔爆型直空电磁起动器（MT1112011）生产的QBZ系列矿用隔爆型电磁启动器第一节矿用断电控制器按照矿用隔爆型电磁起动器用电子保护器（MT1751988）生产的QBC系列矿用隔爆型电磁启动器，已经能够完全取代QC83系列矿用隔爆型电磁启动器，其电气性能和安全性能明显提高。

第一节矿用断电控制器隔爆型磁力启动器按接触器主触头灭弧介质的不同可分为空气式和真空式。

空气式磁力启动器主回路采用空气式交流接触器，主要用于启动不频繁的电气设备。

空气式磁力启动器具有结构简单、维护方便、价格便宜等优点，但极限分断能力较低，短路保护必须采用熔断器。

第一节矿用断电控制器置于隔爆外壳内的空气式交流接触器散热条件差，因此，应降容使用，降容大小一般通过实验确定。

真空式磁力启动器主电路采用真空式交流接触器。

密封在真空容器中的交流接触器的主触头，其电弧不会外喷，因此，具有分断能力强、燃弧时间短、触头磨损小、电寿命长、安全可靠等优点，适用于煤矿井下启动频繁的电气设备。

第一节矿用断电控制器真空式交流接触器会产生操作过电压，并且真空管真空度的保持和检测也存在一些困难。

真空式电磁启动器的结构与空气式电磁启动器基本相同，不同的是增加了过电压保护。

第一节矿用断电控制器隔爆型磁力启动器由隔爆外壳、交流接触器、换相隔离开关、保护电器（包括熔断器、热继电器和电动机综合保护）、控制电路、控制变压器等组成。

第一节矿用断电控制器如图8-2所示。

第一节矿用断电控制器就地控制时，将旋转开关转到近控档，按启动按钮，通过中间继电器控制主电路交流接触器线圈接通电源，三相交流接触器闭合，向被控设备供电。

同时，交流接触器的辅助常开触点闭合，使控制电路自保。

按停止按钮，接触器线圈失电、主触头分断，被控设备断电。

发生故障时（如短路、过载、断相），热继电器或电动机综合保护器均按要求的时间动作，切断被控设备的电源。

第一节矿用断电控制器远距离控制时，将旋转开关转到远控档，通过远方的控制按钮进行控制。

程序控制时，将第一台启动器的旋转开关转到近控档或远控档，第二台及以下启动器的旋转开关转到程序挡，并调整时间继电器，使它延时的时间符合要求，然后通过第一台的近控或远控按钮进行控制。

第一节矿用断电控制器1.磁力启动器的主要技术参数

（1）额定工作电压。

额定工作电压Ue与额定工作电流Ie共同决定着磁力启动器的接通与分断能力。

磁力启动器的额定工作电压有380V、660V、1140V3种。

第一节矿用断电控制器

（2）额定发热电流。

额定发热电流是指接触器等电器元件安装在确定的外壳内，在规定的工作条件下所承载的最大电流。

额定发热电流有40A、100A、160A、315A、400A5种。

第一节矿用断电控制器（3）额定控制电源电压。

额定控制电源电压是指提供给控制电路的电压。

交流有6V、12V、24V、36V、42V、127V、220V、380V、660V，直流有6V、12V、24V、48V、110V，200V，其中，先导电路电压不高于36V。

第一节矿用断电控制器（4）动作性能。

动作性能是指控制电源电压在额定控制电压的波动范围（75%110%）。

磁力启动器应能可靠闭合，并当控制电压不低于60%额定控制电源电压时处于吸合状态的启动器不应释放。

第一节矿用断电控制器（5）磁力启动器应具有失压保护、过载保护和短路保护，并可根据需要设断相保护、主电路漏电闭锁保护、控制电路绝缘监视保护等。

2.QCS83系列和QC283系列磁力启动器及其控制QCS83系列和QC283系列磁力启动器都是QC83系列磁力启动器的改进型。

第一节矿用断电控制器QCS83-80型磁力启动器的交流接触器为CJ8-100型，其他与QC83-80型相同。

QCS83-120型交流接触器为CJ8-150型，限流热继电器为JR9-300型，用交流接触器CJ8-10代替中间继电器，其电气工作原理与QC83-120型相近。

第一节矿用断电控制器QC283隔爆型磁力启动器解决了空气接触器接通或分断主电路、分断能力小、同时分断线路时产生的强电弧给供电系统带来不安全因素的问题。

用国产CJZ-300/1140（或CZK2-200/600）型真空接触器和JDB型电动机综合保护器，更换QC83系列磁力启动器中的空气接触器和JR-4型过流热继电器，其他元器件原则上不动。

第一节矿用断电控制器改进后的QC283隔爆型磁力启动器，具有分断能力强、寿命长、操作频率高的特点，特别适用于井下电动机频繁启动的要求，能保障设备的长期可靠运转。

第一节矿用断电控制器QCS83系列和QC283系列磁力启动器的电气工作原理与QC83系列磁力启动器的工作原理相似，为保证安全监控装置的故障闲锁功能，用矿用断电控制器的常开触点串联在最先启动的继电器回路中。

QCS83-80型磁力启动器无先导继电器，其交流接触器型号为CJ8-100，线圈的额定工作电压为36V，额定工作电流为1.95A。

第一节矿用断电控制器QCS83-120型磁力启动器用CJ8-10型交流接触器作先导继电器，先导继电器的额定工作电压为36V，额定工作电流为0.2A。

QCZ83-225g2B型磁力启动器有先导继电器，型号为SJZ1-2，先导继电器额定工作电压为36V，额定工作电流为1.7A。

因此，矿用断电控制的常开接点容量应不小于上述值。

第一节矿用断电控制器下面以QC83-120D、QC83-225D型磁力启动器为例说明QCS83系列和QC283系列磁力启动器的控制。

QC83-120D、QC83-225D型磁力启动器电气原理。

第一节矿用断电控制器如图8-3所示。

第一节矿用断电控制器其中，磁力启动器的交流接触器XLC由先导继电器ZJ控制；JDB型电动机综合保护器，具有过负荷短路、断相、漏电闭锁功能。

第一节矿用断电控制器从图8-3中可看出，通过控制先导继电器就可控制磁力启动器。

因此，为保证安全监控装置的故障闭锁功能，矿用断电控制器控制磁力启动器应采用常开接点控制。

将9至9a端导线拆除，常开接点串在9至9a之间。

第一节矿用断电控制器

（二）隔爆型馈电开关及其控制隔爆型馈电开关用来接通和分断承载的正常电流，并能在规定的异常条件下（如短路），在一定的时间内分断承载的异常电流，分断后1次回路中具有明显的断口。

隔爆型馈电开关用于额定电压不大于1140V电网中的配电总开关、馈出开关和分支开关，也可以控制不频繁启动的大容量电动机。

第一节矿用断电控制器常用的隔爆型馈电开关有DWKB系列、BKD系列、KBZ系列等。

隔爆型馈电开关可分为独立使用的馈电开关和与移动变电站配套使用的馈电开关。

独立使用的馈电开关具有完整的隔爆外壳，可直接用于煤矿井下的供电系统中。

第一节矿用断电控制器与移动变电站配套使用的馈电开关必须安装在移动变电站低压侧方可形成完整的隔爆外壳。

隔爆型馈电开关有空气式和真空式2种。

隔爆型馈电开关由隔爆外壳和以断路器为主的本体两部分组成。

本体上设有脱扣器、信号辅助装置和电流互感器等。

外壳由主腔、壳盖和接线盒3部分组成。

第一节矿用断电控制器低压断路器一般由触头系统、灭弧室、自由脱扣机构、操作机构、过电流脱扣器、欠电压（失压）脱扣器、分励脱扣器、辅助触头、框架等组成。

其中道电流脱扣器、欠电压脱扣器、分励脱扣器或电子脱扣器是断路器保护和控制电路。

第一节矿用断电控制器过电流脱扣器是短路和过流的保护电路。

当回路发生过载或短路时，电磁式过电流脱扣器的衔铁被吸动，断路器跳闸。

过电流脱扣器的动作时间长短与过电流大小成反比，过电流越大，动作时间越短，当电流大到一定程度时可发生瞬时断开。

第一节矿用断电控制器前者称为反时限过电流脱扣器，后者称为瞬时过电流脱扣器。

反时限过电流脱扣器用双金属片制成，或者由继电器与互感器共同完成。

瞬动过电流脱扣器都是电磁脱扣器。

新研发的半导体脱扣器可实现反时限和瞬动两种动作。

第一节矿用断电控制器一般断路器的每一极与一个过电流脱扣器串联。

三极断路器有3个脱扣器，但也可装设两个脱扣器。

在瞬动电磁式过电流脱扣器中设有阻尼装置，可得到短延时动作的过电流脱扣器，以实现选择性断开，短延时在0.11.0s之间。

第一节矿用断电控制器欠电压脱扣器在电网电压低于35%额定电压时使断路器分断。

欠电压（失压）脱扣器也多为电磁式，当主电路电压消失或降至一定数值以下时，其电磁吸力不足以继续吸持衔铁，在弹簧的作用下，衔铁的顶板推动脱扣器半轴，从而使断路器断开。

第一节矿用断电控制器分励脱扣器一般用来遥控分断断路器。

分励脱扣器由控制电源供电。

它是一个电磁铁，通常按操作人员的命令或继电保护信号使其线圈通电，其衔铁（或铁芯）动作，从而使断路器分断电路。

第一节矿用断电控制器为保证安全监控设备的故障闭锁功能，对隔爆型馈电开关的控制应采用矿用断电控制器的常闭触点，通过控制分励脱扣线圈，从而达到控制馈电开关的目的。

第一节矿用断电控制器电子式脱扣器由信号检测、过电流保护、触发单元、执行单元和稳压电源等组成，具有过载延时、短路瞬动及欠电压延时等保护功能。

断路器可同时采用电磁式过电流脱扣器和电子式脱扣器，也可以只采用其中一种。

第一节矿用断电控制器矿用隔爆型馈电开关主要有DWKB系列、DZKD系列、KBZ系列、BDK系列等。

DW80系列隔爆型馈电开关在矿井中已被禁止使用。

第一节矿用断电控制器1.DZKD和DWKB系列馈电开关及其控制DZKD系列和DWKB系列矿用隔爆型馈电开关均采用了DW15型断路器及其配套的电子脱扣器，由于其工作原理及技术参数相近，因此，这里只介绍DZKD系列矿用隔爆型馈电开关。

第一节矿用断电控制器DZKD系列矿用隔爆型低压馈电开关是用于综采工作面315630kVA移动变电站配套使用的低压总开关。

其主要技术参数如下：

配电变压器容量为315kVA、500kVA、630kVA。

额定电压为1140V、660V。

额定电流为400A（1140V）、440A（660V）。

第一节矿用断电控制器通断能力（功率因数0.3）为7500A（1140V）、9100A（660V）。

长延时过流整定范围为0.41.0倍额定电流。

瞬时过流整定范围为310倍额定电流。

第一节矿用断电控制器馈电开关由DW15-600型自动空气开关、半导体脱扣器和检漏继电器组成，具有欠压、短路、过载、断相和漏电保护及机械闭锁等多种保护功能。

DW15系列200630A低压空气断路器，适用于交流50Hz，额定绝缘电压1140V，额定工作电压380V、660V、1140V，第一节矿用断电控制器额定工作电流200630A的低压交流配电系统，作为分配电能及过载、欠电压和短路保护设备使用；可作为380V电动机的过载、欠电压、短路保护设备使用；在正常条件下，也可作为线路不频繁转换及电动机不频繁启动之用。

第一节矿用断电控制器为保证安全监控设备的故障闭锁功能，对DZKD系列矿用隔爆型馈电开关的控制，应采用矿用断电控制器的常闭触点，两端分别接分励按钮AN2两端。

由于电子脱扣器分励线圈的工作电压为直流50V、电流0.8A，因此，矿用断电控制器的触点容量应不小于直流50V、0.8A。

第一节矿用断电控制器2.KBZ系列馈电开关及其控制KBZ系列矿用隔爆型真空馈电开关具有过载、短路、欠压、失压、漏气和漏电保护，电容电流补偿功能，可实现远方分闸，适用于煤矿井下电压1140V或660V，电流400A或600A的中性点不接地的三相交流电网中，作为配电总开关或分支开关；也可作为大容量电动机不频繁启动之用。

第一节矿用断电控制器KBZ系列矿用隔爆型真空馈电开关主要技术参数如下：

额定电压为660V或1140V。

额定电流为400A。

最大分断能力为7500A。

第一节矿用断电控制器分断时间0.03s。

电寿命为3000次。

机械寿命为15000次。

工作制式为长期。

第一节矿用断电控制器

（1）DKZB-400/1140矿用隔爆型真空馈电开关及其控制。

为保证监控设备的故障闭锁功能，对DKZB-400/1140矿用隔爆型真空馈电开关的控制，应采用矿用断电控制器的常闭触点并接在可控硅SCR两端（“外接远方分励”）处。

第一节矿用断电控制器DKZB-400/1140矿用隔爆型真空馈电开关分励脱扣线圈F的工作电压为直流60V，吸合工作电流为0.96A。

因此，矿用断电控制器的触点容量应不小于直流60V、0.96A。

第一节矿用断电控制器

（2）KBZ-630/1140矿用隔爆型真空馈电开关及其控制。

KBZ-630/1140型馈电开关与DKZB-400/1140型馈电开关原理相近，按下电动分闸开关SB1（SB1并接在可控硅两端），分励线圈F得电，断路器跳闸断电。

第一节矿用断电控制器因此，为保证安全监控设备的故障闭锁功能，将矿用断电控制器的常闭触点并接在电动分闸开关SB1两端，以实现对KBZ-630/1140型馈电开关的控制。

第一节矿用断电控制器KBZ-630/1140型馈电开关分励脱扣线圈的工作电压是直流48V，吸合工作电流为0.43A。

因此，矿用断电控制器的触点容量应不小于直流48V、0.43A。

第一节矿用断电控制器3.BKD系列矿用隔爆型真空馈电开关及控制BKD系列矿用隔爆型真空馈电开关有：

BKD-400Z/380、660Z（F）型BKD4-400Z/660、1140型。

第一节矿用断电控制器BKD1-400Z/380、660Z（F）型矿用隔爆型真空馈电开关及其控制如下所述。

本系列矿用隔爆型真空馈电开关适用于煤矿井下交流50Hz、电压660V或380V、额定电流400A以下线路中，作为配电总（分）开关；当配电线路出现过负荷、短路或漏电时，能自动切断电路，并具有过流和漏电选择保护。

第一节矿用断电控制器BKD1-400Z/380、660Z（F）型馈电开关接线柱中都有K端子可外接控制开关，用来实现远方分闸。

K端子与电路中的KJ继电器、过流插件中J继电器和断路器吸合线圈Q的电气关系第一节矿用断电控制器如图8-4所示。

第一节矿用断电控制器当馈电开关正常工作时，继电器J吸合，常开触点J闭合，断路器吸合线圈Q带电吸合。

当K端子输入低电平时，继电器KJ吸合，其常闭触点KJ断开，过流插件中的J继电器失电，常开触点J恢复断开状态，断路器吸合线圈Q失电，断路器跳闸。

第一节矿用断电控制器因此，为保证安全监控设备的故障闭锁功能，应用矿用断电控制器的常开触点控制BKD1-400Z/380、660Z（F）型馈电开关的分断，将矿用断电控制器的常开触点分别接在K端子和地线上。

由于KJ继电器是微型直流继电器，工作电流不大于50mA，所以矿用断电控制器的触点容量应不小于直流24V、50mA。

第一节矿用断电控制器4.断电控制接点容量目前煤矿井下主要采用的4种系列矿用隔爆型馈电开关。

为实现矿井安全监控设备的故障闭锁功能，通常将矿用断电控制器的常闭触点并接在馈电开关分励开关上进行控制。

当煤矿井下甲烷达到或超过断电浓度时，断电控制器动作，馈电开关分励。

矿用断电控制器的触点容量应不小于交流660V、0.38A，或直流60V、0.96A。

第一节矿用断电控制器四、甲烷风电闭锁装置煤矿安全规程规定所有矿井必须装备矿井安全监控系统，矿井安全监控系统必须具备甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。

当主机或系统电缆发生故障时，系统必须保证甲烷断电仪和甲烷风电闭锁装置的全部功能。

第一节矿用断电控制器安全监控设备必须具有故障闭锁功能：

当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或故障时，必须切断监控设备所监控区域的全部非本质安全型电气设备并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。

第一节矿用断电控制器

（一）风电闭锁掘进工作面的局部通风机停止工作后，工作面及其附近巷道会聚集瓦斯、煤尘及其他有害气体。

如果这时工作面和巷道中的电气设备仍然带电工作，就有可能成为引起瓦斯、煤尘爆炸的火源。

根据一些典型事故的分析，绝大多数由电火花引起的瓦斯爆炸事故是在上述情况下发生的，因此十分危险。

第一节矿用断电控制器为消除这种事故隐患，要求在局部通风机停止运转时，能立即切断局部通风机供风的巷道中的一切电源，这就是风电闭锁。

其作用是防止停风或瓦斯超限的掘进工作面在送电后产生电火花而造成瓦斯燃烧或爆炸。

局部通风机本身也是电气设备，在它停止运行一段时间后恢复送电时，如果瓦斯浓度超限，同样有可能引起瓦斯爆炸。

第一节矿用断电控制器为确保安全，在恢复局部通风机通风之前必须按煤矿安全规程的规定先检查瓦斯。

此外，在局部通风机开动后，掘进工作面和巷道中的有害气体，需要经过一段排放时间才能稀释到安全浓度。

因此，在局部通风机恢复送电后也不能立即接通掘进电源，而是应该先检查工作面及巷道中的瓦斯浓度。

第一节矿用断电控制器由于开动局部通风机和恢复工作面及巷道的供电之前都必须检查瓦斯，所以，在采用风电闭锁时，在闭锁电路中不允许采用时间继电器来延时自动接通掘进电源，而必须由指定人员开动局部通风机和人工恢复掘进电源。

在掘进工作面使用甲烷自动检测报警断电装置，只准人工复电。

第一节矿用断电控制器风电闭锁是用2台磁力启动器进行连锁控制，其中1台接通风机，另1台接掘进工作面电气设备，实现先通风后通电，风机停转时，掘进工作面电源也同时被切断。

第一节矿用断电控制器

（二）甲烷电闭锁甲烷电闭锁是指掘进工作面中设置的甲烷监测装置，当监测到工作环境中甲烷浓度超限时，自动切断动力电源，停止供电，只有甲烷降低到规定值以下时