验 指 导
（矿业系）
矿业工程系 2010-11
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实 书
实验1 矿井通风系统工作原理及全矿井反风演示
一、实验目的
1、通过矿井通风系统模型运行的动态演示，认识通风系统的构成，功能和原理，了解各部分的工作方式。
2、通过模型操作，了解全矿井反风的工作原理、操作和过程。
二、实验内容
通过矿井通风综合模拟实验装置演示矿井通风系统工作原理及全矿井反风方法。
三、仪器设备
通风参数综合试验台
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
1、矿井通风系统工作原理演示
通风系统主要由主要通风机、通风巷道和通风设施构成，主要通风提供系统通风的动力；通风巷道构成井下风流流动的通道，并承担相应的采掘工作任务；通风设施完成对井下风流进行调节控制的作用，实现风流的按需分配。
2、全矿井反风演示
全矿井反风是为了防治矿井主要进风区域火灾扩大而采取的必要通风控制措施。《煤矿安全规程》规定，矿井通风系统必须具有全矿井反风的功能，且反风风量不小于正常通风量的40%。
矿井反风主要有两种方法，一是风机反转反风，即通过调整风机叶片的角度或将电机反转使得风流由扩散器反向流入矿井，实现矿井反风；第二种方式是不改变通风机的运转方式，通过事先修建好的反风巷道和快速调节装置，使风流通过反风道流入井下，从而改变井下风流的方向。
六、实验步骤
1、矿井通风系统工作原理演示
讲解模型通风系统的构成和各部分的功能；调节装置的作用； 2、全矿井反风演示
讲解通风系统反风装置的构成、反风操作及效果观察;
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七、实验结果处理
无
八、实验注意事项
本实验为演示实验，教师和实验室人员进行操作，学生以观察和记录为主。实验应按操作说明进行，未经许可，学生不得改变模型上的装置和仪器。
九、预习与思考题
1、通风系统由哪些部分构成，各部分的主要功能是什么？ 2、如何改变系统中工作面的风量和风向？
3、矿井为何要进行全矿井反风？要求达到的反风风量是多少？
4、进行全矿井反风的方法有哪些？为何矿井反风风量会少于正常状况下的通风风量？
十、实验报告要求
1、根据实验模型，绘制通风系统示意图，标志系统内风流流动的路线；对系统的构成、各部分的功能和风流调节的方法进行阐述；
2、根据实验模型绘制通风系统反风装置的示意图，并说明正常通风状况下和反风时期风流流动的路线，以及反风操作的具体内容。
实验2 采矿学实验 实验2.1 井田开拓方式实验
一、实验目的
掌握各种井田开拓方式，掌握巷道名称、位置、巷道间的联系及布置方式，建立起空间概念；了解各种井底车场的布置方式；能够根据模型绘制开拓巷道布置平面图和剖面图。
二、实验内容
立井、斜井、平硐以及综合开拓开拓方式，各种井底车场形式。
三、实验原理、方法和手段
采用剖视方法表现井下开拓巷道布置的空间关系，通过模型展示各种井底车场的概念。由老师解说，学生观摩。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点，采用集中授课形式。
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五、实验条件
各种井田开拓方式的模型和各种井底车场的模型。
六、实验步骤
1．观看模型，听指导教师讲述；
2．自己对每个模型进行观察和描述，建立起空间概念。
七、思考题
1、立井开拓方式的特点，主要生产系统的运行路线？ 2、斜井开拓方式的优缺点和适应条件。 3、井底车场的组成？并说明调车过程。
八、实验报告
实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分： 1、实验预习
在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。
2、实验记录
学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作和观察到的现象如实地记录下来。
3、实验报告
主要内容包括对实验中的现象、实验的关键点等进行整理、解释、分析总结，回答思考题。学生选择一种开拓方式的模型，绘制平面图和剖面图，并说明各个生产系统，包括运煤、运料、提矸、通风、排水等；选择一种井底车场模型，绘制调车线路图，并说明调车方式。
九、其它说明
学生要遵守实验室管理的相关规定，服从实验员指挥，注意实验安全。
实验2.2 准备方式实验
一、试验内容
通过本实验的学习，使学生巩固课堂知识，了解和掌握井田采区、盘区和带区的巷道布置方式，建立其空间概念；根据所观察的试验模型能够绘制出矿井采区、盘区和带区主要生
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产系统平面图和剖面图。
二、试验目的
熟悉和掌握矿井采区、盘区和带区主要生产系统及所需平巷的布置及层间联系方式。
三、试验原理、方法和手段
灯光、电动演示，并采用多种剖视方法表现井下采准巷道布置系统及空间关系，由老师演示、解说，学生观摩。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点，采用集中授课形式。
五、实验条件
1．缓倾斜近距离中厚煤层采区巷道布置模型； 2．近水平煤层石门盘区巷道布置模型； 3．近距离煤层联合布置采区模型。
六、试验步骤
1．参观模型；
2．对试验模型进行拆卸和拼装；
3．观察矿井采区、盘区和带区主要生产系统及所需平巷的布置及层间联系方式。
七、思考题
1、说明准备方式的涵义、要求及分类。 2、采区式准备方式的类型及应用。 3、盘区式准备方式的类型及应用 4、带区式准备方式的类型及应用
八、实验报告
实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分： 1、实验预习
在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。
2、实验记录
学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作和观察到的现象如实地记录下来。
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3、实验报告
根据模型的参观，绘制矿井采区、盘区和带区主要生产系统平面图、立面图和剖面图，并提出矿井采区、盘区和带区巷道布置的改进方案。
九、其它说明
学生要遵守实验室管理的相关规定，服从实验员指挥，注意实验安全。
实验2.3 采煤方法实验 一、实验目的
掌握走向、倾向长壁采煤方法，急倾斜煤层采煤方法以及房柱式采煤方法，能够建立其回采巷道布置的空间概念。
二、实验内容
走向长壁采煤方法，倾向长壁采煤方法，急倾斜煤层采煤方法，房柱式采煤方法等。
三、实验原理、方法和手段
采用剖视方法表现各种采煤方法巷道布置的空间关系，通过模型展示采煤工作面的生产过程。由老师解说，学生观摩。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点，采用集中授课形式。
五、实验条件
各种采煤方法的模型。
六、实验步骤
1．观看模型，听指导教师讲述；
2．自己对每个模型进行观察和描述，建立起空间概念。 3．针对每种采煤方法，理解其工艺流程。
七、思考题
1、走向长壁采煤方法的特点，主要生产系统的运行路线？ 2、倾向长壁采煤方法的优缺点和适应条件。 3、房柱式采煤方法的通风系统和运输系统？
八、实验报告
实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分： 1、实验预习
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在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。
2、实验记录
学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作和观察到的现象如实地记录下来。
3、实验报告
主要内容包括对实验中的现象、实验的关键点等进行整理、解释、分析总结，回答思考题。选择一种采煤方法的模型，绘制平面图，并说明各个生产系统，包括运煤、运料、提矸、通风、排水。
九、其它说明
学生要遵守实验室管理的相关规定，服从实验员指挥，注意实验安全。
实验2.4 采煤工艺实验 一、实验目的
掌握普采、综采和综放采煤工艺的基本工序、辅助工序和设备配套，了解采煤工作面顶板支护方式及其时空关系。
二、实验内容
普通机械化采煤工艺、综合机械化采煤工艺、综采放顶煤工艺。
三、实验原理、方法和手段
通过模型展示采煤工作面的工艺过程。 由老师解说，学生观摩。
四、实验组织运行要求
根据本实验的特点，采用集中授课形式。
五、实验条件
各种采煤工艺模型。
六、实验步骤
1．观看模型，听指导教师讲述；
2．自己对每个模型进行观察和描述，建立起工艺流程概念。 3．针对每种采煤工艺，理解其工艺流程和设备配套。
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七、思考题·
1、普通机械化采煤的特点，工作面设备有哪些？支护方式及其使用条件？ 2、综合机械化采煤工艺的特点，设备配套，进刀方式，移架方式等。 3、综放工艺流程，放煤支架类型，放煤方式，放煤步距等。
八、实验报告
实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分： 1、实验预习
在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。
2、实验记录
学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作和观察到的现象如实地记录下来。
3、实验报告
主要内容包括对实验中的现象、实验的关键点等进行整理、解释、分析总结，回答思考题。选择一种采煤工艺的模型，绘制平面布置图（包括必要的剖面图）。
九、其它说明
学生要遵守实验室管理的相关规定，服从实验员指挥，注意实验安全。
实验2.5 现代化矿井仿真系统模拟 一、实验目的
通过本实验的学习，使学生巩固课堂知识，全面了解现代化矿井的地面地下生产系统，理解煤炭的生产流程，了解和掌握煤矿开拓的主要方式、采区巷道布置以及采煤方法，了解矿井运输、通风、辅助运输等主要生产系统，能够建立起巷道布置的空间概念等。
二、实验内容
矿井地面工业广场、开拓方式、准备方式、采煤方法及井下各大生产系统等。
三、实验原理、方法和手段
综采工作面、综掘工作面及矿井主要生产系统灯光、电动演示，并采用多种剖视方法表现井下开拓、采准及回采巷道布置系统及空间关系。
由老师演示、解说，学生观摩。
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四、实验组织运行要求
根据本实验的特点，采用集中授课形式。
五、实验条件
现代化矿井仿真模拟系统一套。
六、实验步骤
1、由教师介绍现代化矿井仿真模拟系统； 2、电动演示综采、综掘及主副井提升系统等； 3、光流演示通风、瓦斯抽放、煤流、运料和排水系统。
4、学生自己对每个模型运行步骤进行观察和描述，建立整个矿井空间的、系统的概念。
七、思考题
1、地面工业广场由哪些内容组成，并对地面生产系统进行说明。 2、矿井井巷分哪几类？并举例说明。
3、矿井主要生产系统有哪些？画出运输、通风及排水系统示意图。
八、实验报告
实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分： 1、实验预习
在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。
2、实验记录
学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作和观察到的现象如实地记录下来。
3、实验报告
主要内容包括对实验中的现象、实验的关键点等进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出自己的看法。选择一种开拓方法下的模型，绘制平面图，并描述矿井建设的开拓、准备和回采的各个环节，以及各个生产系统的组成和运行路线。
九、其它说明
学生要遵守实验室管理的相关规定，服从实验员指挥，注意实验安全。
实验3.1 QJZ系列隔爆兼本质安全型真空电磁启动器
一、实验目的与要求
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1、掌握电磁启动器的构造及闭锁装置； 2、理解电磁启动器的控制原理；
3、结合设备原理图分析电磁启动器的功能实现。
二、实验设备
隔爆兼本质安全型真空电磁启动器若干台；
三、实验内容与步骤
1、观察电磁启动器的外部结构并完成实验内容（样表格式如下）
型 号 顶 部 外 壳 结 构 接 线 柱 接 线 嘴 数 2、观察电磁启动器的闭锁装置并完成实验内容（样表格式如下）
步 骤 停止按钮按下， 观察隔离开关能否转动。 隔离开关置“合”位， 观察外盖能否打开。 打开外盖， 观察隔离开关能否合上。
观察结果 结 论 右 侧 左 侧 正 面 底 部 标 志 位 置 用 途 主回路 控制回路 10
3、观察电磁启动器内部结构并完成实验内容（样表格式如下）
型 号 电气元件 绝缘板正面 绝缘板背面 四、思考题
1、真空电磁启动器有什么特点？
2、结合附录A，说明真空电磁启动器如何实现控制功能？ 3、真空电磁启动器设置有哪些保护？
附录A QJZ-400/1140（660）电磁启动器
随着我国煤矿采掘综合机械化的发展，大功率的采掘设备不断出现，660V采区供电系统已经不能满足生产用电需要。为此，采区供电电压由660V提高到1140V，QJZ-1140型矿用兼本质安全型真空电磁启动器在煤矿井下开始使用。
1、用途及技术性能
QJZ-400/1140（660）智能型矿用隔爆兼本质安全型电磁起动器适用于煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险的场所，用在交流频率为50Hz，额定工作电压为1140v或660v的供电线路中，对三相鼠笼型感应电动机进行起动、停止和反转控制。同时对电动机及有关的线路进行保护。
启动器具有单台近控、单台远控、多台近控、多台远控等控制方式，多台控制方式为程序联锁控制；具有过载、短路、断相、漏电闭锁、过电压、欠电压、三相电流不平衡保护；具有保护功能自检测试、系统自检、网络通信等功能；具有电源、通信状态、运行、过载预警、故障等指示灯和液晶屏信号指示。
表1简要介绍该起动器的技术数据及型号含义。
表1 QJZ-400/1140（660）起动器的技术数据及型号含义
额定电压，v 额定电流，A 技术数据 极限分断能力，A 隔离开关分断能力，A 1140/660 300 4500 2400 过流整定范围，A 10 ～ 320 11
机械寿命，次 操作频率，次/h 100万 300 Q J Z – 400 / 1140额定电压，v型号含义 额定电流，A真空型隔爆兼本质安全型起动器 2、外形结构与壳内组件
QJZ-400/1140（660）智能型矿用隔爆兼本质安全型电磁起动器外形如图1所示。起动器结构分为方形隔爆外壳和芯架小车两部分。
隔爆外壳分为上空腔（接线空腔）和下空腔（主空腔），它们是两个独立的隔爆部分。启动器前门为快开门结构，门上装有启动、停止/测试、上翻/复位、下翻/复位、设置五个按钮。还装有一个液晶显示观察孔，用于了解启动器的运行状态、运行数据、故障种类及参数设置等。
隔离开关手柄装在隔爆外壳的右侧，具有正-停止-反三个位置，可在电动机停止时隔离电源和换向。隔离开关与接触器间，通过隔离开关的辅助常开触点实现电气联锁，防止带负荷分、合隔离开关。但在紧急情况下，如接触器主触点粘连时，允许隔离开关分断负荷电路。隔离开关与前门设有机械闭锁，保证只有隔离开关在停的位置时，前门方可打开；前门打开后，不能操作隔离开关。
启动器的主腔内装有芯架小车，电气元件均安装在芯架小车上，启动器前门打开后，芯架小车可沿导轨拉出，以方便安装和检修。芯架小车与箱体采用接插件实现电气连接。
内部元件分为四部分安装：外壳装配部分、壳上芯板装配部分、折页式芯板装配部分和前门装配部分。
（1）外壳装配部分：主空腔右侧装有HGZ-400/1140A型真空隔离换向开关，可在起动器的正面操作。在操作手把的上方装有停止按钮，停止按钮和隔离开关之间有可靠的机械闭锁，即只有按下停止按钮，才能转动换向开关手把。
在换向开关的上方装有电流互感器组，在上、下空腔隔板间装有过压保护装置。接线空腔内装有动力线和控制线接线柱。
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图1 QJZ-400/1140（660）智能型矿用隔爆兼本质安全型电磁起动器
（2）壳上芯板装配部分：主要装有CJZ-400、1140真空接触器、控制变压器、熔断器等。CJZ – 400/1140真空接触器的吸合线圈为直流线圈。
（3）折页式装配部分：为了便于检修和维护，折页式芯板上安装了大部分控制和保护元件、零部件及各种电子插件，松开其固定螺丝，芯板可以经折页转动并拉出壳体。
（4）前门装配部分：主要装有起动按钮、复位按钮、转换开关和指示元件。前门和换向开关手把间有可靠的机械闭锁，当转动换向开关手把时闭锁螺杆将前门锁住，前门不能打开，只有将螺杆拧进去，前门才能打开，此时换向开关手把不能转动，保证了开门一定是在断电状态。
3、工作原理
启动器的电气原理接线如图2所示，其控制和保护电路由电源变压器TC提供工作电源。电源变压器有三个副绕组，分别输出12V、36V和36V/21V电压。其中12V绕组提供控制板电源；独立36V绕组提供继电器及接触器线圈回路的工作电源；36V/21V复合绕组提供智能保护器的工作电源。
1）控制原理
（1）启动前的准备工作：闭合隔离开关QS，TC一次侧绕组得电，系统开始自检，除电源指示灯PWR和通信指示灯COM之外的其余指示灯被闪亮，液晶屏显示“系统自检”字样。
自检完毕，指示灯熄灭，绿色电源指示灯PWR被点亮，液晶屏显示“欢迎使用”字样，此时系统处于待命状态。
需要改变电动机控制方式时，在待命状态下用“上/复位、下/复位、设置”三个按钮进行参数设定，并将控制方式选择开关SA置于相应的位置。
控制和保护电路有电后，控制板中2K继电器得电吸合串接在绝缘检测回路中的辅助触点2K。通过A7引脚，智能保护器内部的绝缘检测漏电闭锁保护线路开始对电网对地绝缘电
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阻进行检测。如果电网对地绝缘电阻RJ正常（1140V电网中，RJ<44K欧姆），智能保护器闭合A8与A9引脚间的内部连接，为启动电动机做准备。
（2）单台远控：单台控制时，将控制方式选择开关SA置于“远控”位置，同时将“是否近控”项参数设置为0，将“是否单台”项参数设置为1。
启动时，按下远方启动按钮2SB，控制板中的继电器1K和1s延时继电器KT均得电。 继电器1K得电，将进行下列动作：控制板中辅助触点1K-1断开，引发继电器2K失电，打开串接于绝缘检测回路中的辅助触点2K，断开电网对地绝缘检测回路。
延时继电器KT延时1s后，将进行下列动作：闭合触点KT-1，接通如下中间继电器KO控制回路：36V交流绕组上端 -> 熔断器3FU -> 保护器A8脚 ->
-> 保护器A8与A9脚间的内部连接 -> 保护器A9脚 -> 本地停止按钮1SB-stop ->
-> 控制板选择开关SA-> 远方停止按钮2SB-stop -> 控制板中延时触点KT-1 –> -> 控制方式选择开关SA -> KO线圈 -> 36V交流绕组下端。
中间继电器KO得电，将进行以下动作：闭合触点KO-5实现自保，闭合触点KO-4，接通如下接触器KM控制回路：36V交流绕组上端 -> 熔断器3FU -> 隔离开关辅助触点QS ->
-> 触点KO-4 -> 接触器线圈KM -> 36V交流绕组下端。
接触器KM线圈得电，将进行以下动作：闭合主触点KM，使电动机启动；断开辅助触点KM-1，增加主回路与保护器间的断点，以加强绝缘，防止主回路高压串入综合保护器。
电动机正常运行时，白色运行指示灯RUN亮，液晶屏显示当前电压、电流值，表明系统正常运行。
停止电动机运转时，按下远方停止按钮2SB-stop或本地停止按钮1SB-stop，中间继电器KO失电释放，断开触点KO-4，从而断开接触器KM线圈供电回路，KM线圈失电释放，断开主触点KM，电动机停止运行。
（3）单台近控：单台近控时，将控制方式选择开关SA置于“近控”位置，同时将“是否近控”参数项设置为1，将“是否单台”参数项设置为1。
启动时，按下起动器本身的启动按钮1SB，停止时按下停止按钮1SB-stop即可,控制原理与远方控制基本类似，此处不再赘述。
2）保护原理
（1）保护装置的动作：过载、短路、断相、三相不平衡信号由电流互感器TA输出至保护器引脚A4、A5和A6，保护器将引脚电流值与相应整定值对比,判断是否发生相应故障，如下面所述。
若发生过载，保护装置按整定的延时时间延时动作；若发生短路，保护装置瞬时动作；若电网发生断一相的故障，则断相电流为0，其余两相电流不为0，保护延时10s动作；当一相电流<0.6IN或>1.6IN，其余两相电流为IN时，视为不平衡，保护延时15s动作。
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当电网电压U>115%UN时，过电压保护动作；当电网电压U<%75UN时，欠压保护动作。当发生过压保护或欠压故障时，保护装置延时20s动作。
以上任何一种保护动作后，接于保护器A8、A9端子的保护出口继电器触点断开，中间继电器KO失电释放，接触器KM线圈失电释放，其主触点KM断开，电动机停止运行。
U V WTC12VQS1FU1140V660VKM0V3FU36VKO-1近36V21V4FU0VTAA1A2A3A4A5A6KO-3KM-1KO-2RC2KA20智能保护器A8A9SA远1SB-stop1SB远近QSKO-4控制板KT-1KMKO2K1K-1KO-51K2SBKT2SB-stopA10A11A12A13A14A152SB分闸1SB合闸上/复位下/复位设置/漏电试验A78+1+PE液晶显示屏U V W
图2 QJZ-400/1140(660)智能型矿用隔爆兼本质安全型电磁启动器原理图 发生故障后，停止运行的电动机不能立即启动运行，需要操作人员根据启动器屏幕提示，查明故障原因并进行处理。故障排除后，操作人员按压“上/复位”或“下/复位”按钮解除系统闭锁，电动机方可启动运行。
接触器主触点KM处于分断状态时，若负载线路绝缘电阻降到允许值以下，则漏电闭锁保护瞬时动作，其出口继电器触点断开，中间继电器KO无电，起到漏电闭锁作用；当负载线路绝缘电阻恢复正常后，方可解除闭锁。（对漏电闭锁保护，电压为1140V，对地绝缘电阻小于44Kk时动作,大于50 K时闭锁；电压为660V,对地绝缘电阻小于22K时动作,大于28 K时解锁。）
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（2）保护装置的指示信号：发生过电压、欠电压、过载、断相、三相不平衡故障时、红色指示灯FLT闪亮，同时液晶屏显示延时倒计时秒数；延时完毕，红色故障指示灯转为常亮，并且保护装置动作，此时液晶屏显示故障种类。
发生过载时，黄色过载预警指示灯OVE每秒闪亮一次。
发生短路故障时，保护装置动作，红色指示灯FLT常亮，液晶屏显示“系统短路”。 （3）保护装置参数查询与设置
a、参数查询： “上/复位、下/复位”按钮为翻页按钮。当反复按压“上/复位”按钮时，可在液晶屏上依次看到“电压等级、额定电流、短路倍数、本机地址、波特率、是否近控、是否单台”7个参数。按压“下/复位”按钮时，查看顺序与上述相反。
b、参数设置：待命状态下，可以进行参数修改，方法见操作手册。参数设置情况见表2。
表2 启动器的参数设定
序号 1 2 3 4 5 6 7 参数设定范围 电压等级（0-660v/1-1140v） 额定电流（0～430A） 短路倍数（0～10倍） 本机地址（0～31） 波特率（0-2.4kbps/1-4.8kbps/2-9.6kbps/3-19.2kbps） 是否近控（0-否/1-是） 是否单台（0-否/1-是） 出厂设定值 1 300 8 2 1 1 1 16
实验3.2 矿用隔爆型低压自动馈电开关
一、实验目的与要求
1、掌握馈电开关的构造及闭锁装置； 2、理解馈电开关的控制原理；
3、结合设备原理图分析馈电开关的功能实现。
二、实验设备
自动馈电开关若干台；
三、实验内容与步骤
1、观察自动馈电开关的外部结构并完成实验内容（样表格式如下）
型 号 顶 部 外 壳 结 构 接 线 柱 接 线 嘴 数 2、观察自动馈电开关的闭锁装置并完成实验内容（样表格式如下）
步 骤 停止按钮按下， 观察隔离开关能否转动。 隔离开关置“合”位， 观察外盖能否打开。 打开外盖， 观察隔离开关能否合上。 17
右 侧 左 侧 正 面 底 部 标 志 位 置 用 途 主回路 控制回路 观察结果 结 论
3、观察自动馈电开关内部结构并完成实验内容（样表格式如下）
型 号 电气元件 绝缘板正面 绝缘板背面 四、思考题
1、自动馈电开关有什么特点？
2、结合附录A，说明自动馈电开关如何实现控制功能？ 3、自动馈电开关设置有哪些保护？
附录A 矿用隔爆型低压自动馈电开关
自动馈电开关中的“馈电”即配送电能。这种开关适用于具有瓦斯和煤尘爆炸危险的煤矿井下，可用来控制和保护低压馈电线路。馈电开关是自身带有自动跳闸机构的控制开关，有过电流和漏电保护装置，当线路中发生过电流、短路或漏电时，能自动跳闸，切断电路。
自动馈电开关一般为手动、自动控制合闸，跳闸有手动和自动跳闸两种方式。在正常工作时用手动合闸和分闸；当被保护线路发生故障时，开关能自动跳闸。
根据内装断路器不同，馈电开关可分为两种类型：空气断路器类型（如DW系列）和真空断路器类型（如BKD系列）。
（一）DW80-200馈电开关 1、型号含义及适用适合
D-自动开关； W-万能式； 8-矿用防爆； 200-额定电流
适用于煤矿井下的低压供电线路中，可作为采区变电所低压馈电开关或工作面配电点的低压开关。
2、基本结构及工作原理
如图1所示，DW80系列矿用防爆空气型自动馈电开关，是由隔爆外壳、三相自动馈电开关和保护装置组成的防爆低压电器。
开关的外壳采用钢板焊接后装在滑橇支架上，在外壳的顶部装有电缆接线盒，外壳为圆筒形转盖式结构。圆筒结构盖子盖上以后再旋转一定角度，盖子就被壳体内部的止口卡住，盖子右侧的停止按钮与隔离开关手把之间有机械闭锁装置，这样使盖子只有在切断电源时才
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能打开，以保证操作和维护人员的安全。
L1L2L3KMMYA1I>I>YA3YA2WVU去检漏继电器
图1 DW80型隔爆自动馈电开关接线图
开关的主要电气部件有装在绝缘板上部的手动三相接触器，在接触器的触头上安装有消弧罩。在接触器下边的三相出线上装有电流脱扣器，它是电磁式继电器，当电流超过整定企值或发生短路时，电流继电器使三相接触器自动跳闸，切断电源； 在中间一相上装有分励脱扣线圈，它的一端和中间一相相接，另一端引到出线盒的分励脱扣线圈端子上。通常分励脱扣线圈与漏电继电器联合使用，漏电继电器用来控制脱扣线圈作漏电保护用。
三极自动空气断路器（KM）：KM装在绝缘板的上部，动触头由耐弧触头、辅助触头和主触头三部分组成。合闸时，耐弧触头先闭合，其次辅助触头闭合，最后主触头闭合。分闸时，顺序相反。这样可使电弧只在耐弧触头和静触头间产生，从而避免烧坏主触头。为加强开关的灭弧能力，在三相触头上装有灭弧罩。这种开关的切断能力可达数千安。
瞬时动作的过电流脱扣器（YA1，YA2）：装在接触器动触头的下过，当被保护线路发生短路和过电流故障时，脱扣器瞬时动作，其衔铁作用于开关的脱扣机构，使开关跳闸。调节连接于衔铁上的弹簧拉力，可改变过流脱扣器的动作电流值。
脱扣线圈（YA3）：其一端接于断路器负荷侧的一相上，另一端引至接线盒的端子上。它与检漏继电器配合使用，对低压系统进行漏电保护。
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（二）BKD630/1140(660) 智能型矿用隔爆型真空馈电开关
下面介绍目前煤矿井下常用的较先进的BKD630／1140（660）智能型矿用隔爆型真空馈电开关的用途、结构和工作原理。
1、用途及技术性能
BKD-630/1140(660)智能型矿用隔爆型真空馈电开关，其额定电流为630A，额定电压为1140V和660V，适用于瓦斯煤尘爆炸危险的矿井井下，作为移动变电站低压侧开关，或单独作为配电系统总开关或分路配电开关使用。
本馈电开关具有过载、短路、过电压、欠电压、漏电和漏电闭锁保护；具有断路器故障检测、保护功能自检测试、系统自检、网络通信等功能；具有电源、通信状态、运行、过载预警、故障等指示灯和液晶屏信号指示。当主回路出现过载、短路或漏电故障时，馈电开关能根据要求自动切断电源，对被控侧设备实现保护。
馈电开关的隔爆外壳呈方形，分为上下两个空腔，即接线腔和主腔。接线腔在主腔的上方，其内装有全部主回路和控制回路的进出线端子。接线腔两侧各有两个主回路电缆喇叭口和各有一个控制回路电缆喇叭口。主腔在接线腔下方，其内装有全部电气元件。
真空断路器QF装在主腔内中央偏右侧。电源开关SA装在腔内右侧，其操作手柄在壳体右侧，有“通”和“断”两个位置。开关SA右旋时接通电源变压器T的电源，馈电开关处于待命状态；左旋时SA断开，切断电源变压器电源，此时断路器QF也处于断开状态，可以打开前门进行检修。
前门为铰链门，当前门关闭时，前门与壳体由上下扣块与左右齿条扣住；当前门打开时，前门支撑在壳体左侧的铰链上。门上装有合闸、分闸、上翻/复位、下翻/复位、设置/试漏五个按钮。还装有一个液晶显示观察孔，用于了解开关的运行状态、运行数据、故障种类及参数设置等。
2、综合保护器组成原理
本开关的保护部分以微控制器为核心，原理框图如图2所示。主要功能模块如下。 1）微控制器系统输入回路
（1）电流信号处理模块是一种A/D转换器件，它将电流互感器二次侧的电流模拟量转换成数字量，送至微控制器系统板输入端口PORT1；
（2）电压信号处理模块也是一种A/D转换器件，它将电压模拟信号转换成数字信号，送至微控制器系统板输入端口PORT2；零序电压信号处理模块及零序电流处理模块将各自的模
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拟量转换为数字量，送至分开关漏电试验模块；
（3）主开关漏电保护模块检测主回路对地绝缘电阻R，并将通过R的直流电流值模拟量转为数字量，送至微控制器系统板输入端口PORT3。
（4）短路保护及过载长延时保护电流整定值拨码盘数据量输入模块，将用户设置的各种整定值送至微控制器系统板输入端口PORT4。
（5）开关量输入模块将各种开关量（如欠压试验信号等）送至微控制器系统板输入端口PORT5。
2）微控制器系统板输出回路
（1）微控制器系统板通过输出端口PORT6向继电器触点信号输出模块发送跳闸信号； （2）微控制器系统板通过输出端口PORT7向数据状态显示模块发送主回路状态信息；
电压信号处理欠压试验主回路开关数据状态显示电流互感器过流试验微控制器系统电流信号处理继电器触点信号输出零序电压信号处理短路保护及过载长延时保护电流整定值拨码盘数据量输入零序电流互感器零序电流信号处理分开关漏电试验主开关漏电保护环节总开关漏电试验复位开关量输入
图2 综合保护器原理框图
3、馈电开关工作原理
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如图3所示。馈电开关的主回路由真空断路器、电流互感器组成。真空断路器实现对主回路的通断控制，电流互感器用于向保护装置提供主回路的电流信号。
辅助回路通过微控制器为核心的智能保护器实现对主回路控制、保护及试验功能，并通过显示器件显示馈电开关的不同工作状态。
远方分励KR高压闭锁风电闭锁KHKWKCYVYR50VSA1140V660V1FU240V3FU2VC2FU1VCKP12SBQF1KO1KO2KOYO1SB300ms10sKT2QF36V4FUKLKT112V36V21V0V5FUA17A19A20A7A8综合板、控制板KP1KP2A1A2A11A12A13A4A9A142SB分闸1SB合闸上/复位下/复位设置/漏电试验QF4QF56FUTATANA10A18QF2QF3KL3KL2R4KO2KL1智能保护器A15A5A6A16A3C-1C-4MODBUS输出设置/漏电试验8+1+PE液晶显示屏U V W
图3 BKD-630/1140（660）智能型隔爆真空馈电开关原理接线图
1）电源模块：电源模块由电源变压器和综合板组成。电源变压器有五个副绕组，以下是各个副绕组的交流输出情况：
50V绕组经1VC整流后向分励脱扣器YR、欠压脱扣器YV，以及闭锁继电器KC供50V
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直流电；
240V绕组经2VC整流后向合闸线圈YO供240V直流电。 36V绕组直接向中间继电器KO、漏电检测继电器KL供电。 12V绕组直接向控制板供电。
36V及21V复合绕组向智能保护器供电。
2）控制环节: 如图3所示，断路器QF的合闸由电磁铁YO完成，分闸由电磁铁YR完成。断路器可电动分合闸和自动跳闸，也可手动机械分闸。
（1）系统自检：闭合电源开关SA，电源电压器T有电。此时除电源指示灯PWR和通信指示灯COM无显示，其余指示灯全部点亮，液晶屏显示“系统自检”字样。自检完毕后，控制板中时间继电器KT1和KT2闭合，绿色指示灯PWR点亮，液晶屏显示“欢迎使用”字样，系统进入待命状态。
（2）合闸：按下合闸按钮1SB，中间继电器KO有电吸合，其常闭触点KO3打开，切断漏电闭锁绝缘监测回路；常开触点KO1和KO2闭合，合闸线圈YO有电，断路器主触点QF合闸，辅助触点QF4闭合，辅助触点QF5打开，进行自保。
控制板中300ms延时触点，延时300ms后断开，线圈KO失电释放触点KO1和KO2，随着线圈YO失电，避免因长时通电而烧坏。而断路器借助触点QF4和QF5实现自保功能，保持合闸状态；此时白色指示灯RUN点亮，液晶屏显示当前电压、电流值，系统正常运行。
（3）分闸：按下分闸按钮2SB，分励脱扣器YR得电，导致断路器主触点QF断开。 随后辅助常闭触点QF1断开，分闸线圈YR失电；常闭触点QF2闭合，准备接通漏电闭锁绝缘检测回路。触点QF4断开，QF5闭合，控制板中10s延时触点延时结束后闭合，漏电检测继电器KL得电吸合其常开触点KL1，接通漏电闭锁绝缘检测回路，系统漏电检测功能打开。KL得电1s后，时间继电器KT1和KT2闭合，准备接通中间继电器线圈KO所在回路。
分闸过程结束，白色指示灯RUN熄灭，绿色指示灯PWR点亮，系统进入待命状态。 3）保护装置的动作
（1）过流保护整定及检测：主回路过载与短路信号I由电流互感器TA输出至智能保护器。过载保护的电流整定值Igzz应等于或略大于额定工作电流值IN；系统短路保护的电流整定值Idlz最小为3IN，整定值通过各自的拨码盘进行分别设定。
当微控制器检测到主回路有过流I出现，进行下列动作：若I>Idlz，立即使KP1触点接通YR所在回路，进行电动分闸，打开断路器主触点QF，同时使KP2触点断开KO所在回路，使断路器不能合闸。
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若I 负荷电机启动过程中，瞬间电流会大于其额定工作电流，为避免馈电开关的过载保护误动作，微控制器会根据负荷是否处于启动阶段做出相应处理：如果负荷处于启动阶段，微控制器将延时15s后再检测线路工作电流。 图4显示了微控制器进行过流保护的工作过程，图中假设IgzzIN，Idlz7IN。 采样主回路电流INI>7IN？NI>IN？YY发跳闸信号根据过载倍数计算延时T设置延时Y延时到？N 图4 过流保护的工作流程 （2）异常电压的保护整定及检测：回路异常电压信号U由综合保护器供电电源传入。欠压保护的整定值Uqyz一般设为Uqyz0.75UN；过压保护的整定值Ugyz一般设为 Ugyz1.15UN，整定值通过各自的拨码盘进行分别设定。 当微控制器检测到电网电压U<0.75UN时，设置延时时限20s。欠压延时期间，若电压恢复正常，微控制器进入正常检测状态；否则立即使KP1触点接通欠压脱扣器YV所在回路，进行电动分闸，打开断路器主触点QF，同时使KP2触点断开KO所在回路，使断路器不能合闸。 当微控制器检测到电网电压U>1.15UN时，设置延时时限20s。过压延时期间，若电 24 压恢复正常，微控制器进入正常检测状态；否则立即使KP1触点接通YR所在回路，进行电动分闸，打开断路器主触点QF，同时使KP2触点断开KO所在回路，使断路器不能合闸。 同样，因电压故障导致断路器跳闸后，微控制器会保持KP1和KP2故障时的输出状态，并显示相应的异常电流值。只有按下复位按钮，才能解除闭锁，允许开关重新合闸送电。 （3）漏电保护：作总馈电开关时，漏电保护采用附加直流电源绝缘检测保护原理（原理图中未标示），通过检测电网对地绝缘电阻的大小判别供电干线有无漏电；作分支馈电开关时，漏电保护采用零序电流方向保护原理，实现选择性漏电保护，由零序电流互感器TAN向智能保护器提供零序电流信号。 分开关漏电保护采用零序电流方向原理和总开关漏电保护采用附加直流电源绝缘检测原理相互配合，当某分支线路发生漏电故障时，该分支上的分开关选择性漏电保护动作；若分开关漏电保护拒动，经过一定时限，上级总开关的无选择性漏电保护动作，对故障分支进行后备保护。 当微控制器判断主回路有漏电故障，进行下列动作：瞬时使KP1触点接通YR所在回路，进行电动分闸，打开断路器主触点QF，同时使KP2触点断开KO所在回路，使断路器不能合闸。 （4）漏电闭锁保护整定及检测：智能保护器中的漏电闭锁保护采用附加直流电源绝缘检测保护原理，通过A18接入主回路，检测电网的绝缘电阻R。 电网U=1140V时，绝缘电阻值闭锁值Rbsz整定为44K，绝缘电阻值解锁值Rjsz整定为50K。当微控制器检测到R<44K时，瞬时使KP2触点断开KO所在回路，使断路器不能合闸；只有当检测到R>50K时，微控制器才将KP1及KP2触点状态进行复位，解除漏电闭锁。 电网U=660V时，绝缘电阻值闭锁值Rbsz整定为22K，绝缘电阻值解锁值Rjsz整定为28K。 4）保护装置的信号指示 发生过压和欠压故障时，红色指示灯FLT闪亮，同时液晶屏显示延时倒计时秒数；延时完毕，FLT变为常亮，相应保护装置动作，液晶屏显示故障种类。 发生过载故障时，黄色指示灯OVE每秒闪亮一次，相应保护装置动作，液晶屏显示故障种类。发生短路或漏电故障时，红色指示灯FLT点亮，相应保护装置动作，液晶屏显示故障种类。 25 5）保护装置的试验 试验保护装置时，应在断路器处于分断状态下进行。按压分闸按钮2SB进入系统测试程序。此时每按一次2SB，试验项目按“过载—>短路—>过压—>失压”顺序依次进行，保护装置若正常，则出现相应的信号显示。 每试验完一次，系统实现闭锁，按“复位”按钮解除闭锁后，方可进行下一项试验。 按压“设置/漏电试验”按钮后，在运行中漏电保护装置动作，停止时漏电闭锁动作，则说明保护装置工作正常。 6）保护参数的查看与设置 （1）参数的查看：按压“上/复位、下/复位”按钮，可以在液晶屏上查看电压等级、额定电流、短路倍数、本机地址、波特率、总开关／分开关等6个参数的状态。 （2）参数的设置：系统待命状态下，通过按压“上/复位、下/复位”按钮查找到要修改的系统参数，再按“设置”按钮，系统进入参数设置状态。 在参数设置状态，通过按压“上/复位、下/复位”钮设置参数值。 参数设置完毕后，再次按压“设置”按钮，系统进入参数查看状态。 系统参数设置情况见表1。 表1 馈电开关的系统参数设定 序号 1 2 3 4 5 6 参数设定范围 电压等级（0-660v/1-1140v） 额定电流（0-630A） 短路倍数（3-10倍） 本机地址（0-126） 波特率（0-2.4kbps/1-4.8kbps/2-9.6kbps/3-19.2kbps） 总开关/分开关（1-总开关/0-分开关） 出厂设定值 1 630 7 2 1 0 5、MODBUS网络通信功能 系统进入MODBUS通信状态时，蓝色通信指示灯COM被点亮。 利用MODBUS网络通信，可实现上位机与各从机之间的通信。通信时上位机发出请求，从机回复。通过这种工作方式，上位机及时了解各从机的工作状态， 26 27 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容