矿井变电所主变压器监控系统设计 毕业论文设计.doc

矿井变电所主变压器监控系统设计矿井变电所主变压器监控系统设计 mine main transformer substation monitoring system design 学院（部）： 电气与信息工程学院 专业班级： 电气工程及其自动化 07-6 班 学生姓名： 指导教师： 2011 年 5 月 25 日 i 矿井变电所主变压器监控系统设计 摘要摘要 本次毕业设计是有关变电所变配电设计和变电所监控系统微机保护系统方面的内 容。其中，变配电设计部分以淮南潘三矿为对象进行了配电选型计算和相关继电保护 的计算。对主要设备如主变压器，架空线路，母线和开关柜进行了选型计算及校验， 微机保护部分的设计选用 plc 进行硬件系统配置和软件的设计。 本文以第六章作为设计的重点，重点对变压器保护进行了研究和分析，如三段相 过电流保护，电流速断保护，纵差保护，零序电流保护等。 关键字：继电保护，关键字：继电保护，plcplc，变压器，变压器 ii mine main transformer substation monitoring system design abstract the graduation project is about changing power distribution substation transformer substation monitoring system design and microprocessor-based protection systems content. among them, the part of distribution design change to the three huai-nan pan mine the distribution for the selection of subjects related to computing and the calculation of relay protection. of major equipment such as main transformers, overhead lines, bus and switchgear for the selection of calculation and check, part of the design of microprocessor-based protection system, selected plc hardware system configuration and software design. chapter vi of this paper is designed to focus on, with a focus on transformer for research and analysis, protective devices and automatic control functions: such as three-phase overcurrent protection, the protection of accelerating charge protection, longitudinal differential protection， zero- sequence current protection. keywords: relay，plc，transformer i 目录 摘要.i abstractabstractii 1.绪论1 1.1 概述.1 1.2 变电所监控系统的组成及特点 1 1.2.1 变电所监控系统的组成1 1.2.2 变电所监控系统的特点2 1.3 变电所监控系统的功能及任务.2 1.3.1 变电所监控系统的功能.2 1.3.2 变电所监控系统的任务.2 2. 负荷计算4 2.1 电力系统负荷 4 2.2 负荷计算方法及内容 4 2.3 负荷计算的意义及过程 4 2.3.1 负荷计算的意义5 2.3.2 负荷计算的过程5 3.电气主接线的设计8 3.1 电气主接线的设计原则 8 3.1.1 安全性要求8 3.1.2 可靠性要求8 3.1.3 灵活性要求8 3.1.4 经济性要求8 3.2 电气主接线的设计步骤 9 3.3 电气主接线的选择 9 4.电气系统一次设备选型12 4.1 电气设备选择的一般条件 12 4.2.1 补偿电容器的选择13 4.2.2 主变压器的选择13 4.2.3 高压架空线的选择14 4.2.4 母线的选择14 4.2.5 高压开关柜的选择15 4.2.6 其它设备的选择16 5.短路电流计算18 ii 5.1 短路电流计算 18 5.1.1 最大运行方式下的计算19 5.1.2 最小运行方式下的计算20 6 变压器的主保护.21 6.1 变压器故障分析 21 6.2 瓦斯保护 21 6.2.1 瓦斯保护的范围.21 6.2.2 瓦斯保护的工作原理.21 6.2.3 瓦斯保护的装设.22 6.3 温度保护 22 6.3.1 变压器的温度保护.22 6.3.2 压力式温度计.22 6.3.3 变压器温度计的常见故障及检修23 6.4 电流速断保护.23 6.5 过负荷保护 24 6.6 零序电流保护 25 6.7 三相一次重合闸.25 6.8 变压器的纵差动保护 26 6.8.1 纵差动保护的原理及接线.26 6.8.2 适用范围27 6.8.3 纵差保护计算.27 6.9 变压器保护及其安装位置 30 6.10. 变压器各个保护动作时限配合 .30 7 plc 实现变压器保护.32 7.1 可编程控制器概述.32 7.1.1 可编程控制器的产生背景及定义.32 7.1.2 可编程控制器的基本特点.32 7.1.3 可编程控制器的基本结构.33 7.1.4 可编程控制器的发展方向.34 7.1.5 plc 控制系统设计流程35 7.1.6 西门子 s7-200d 的简介.36 7.2 实现 plc 保护系统设计37 7.2.1 硬件设计37 7.2.2 程序设计39 iii 7.2.3 模拟量输入程序.40 7.2.4 保护动作程序.42 8.基于组态王 6. 0 的变电所监测监控系统43 8.1 引言 43 8.2 工业组态软件的选择及特点 43 8.3 变配电监测监控系统主要窗口及实现功能 43 8.4 基于组态王的变电所监控系统组成原理 44 8.4.1 分布式控制系统组成44 8.4.2 监控系统的硬件构成44 8.4.3 组态王软件与单片机的通信46 8.4.4 监控组态软件的设计与实现47 8.5 系统主要性能指标 .48 总结.49 参考文献.50 致谢.51 1 1.1.绪论绪论 1.11.1 概述概述 80 年代以来，我国微型计算机及其应用技术发展很快，在电力系统继电保护和自 动装置的领域里影响深远。虽然我国在计算机保护方面的研究工作起步较晚，但进展 迅速，并卓有成效。 在我国,微机继电保护的发展大体上经历了三个阶段:第一阶段为以单 cpu 硬件结 构为主，数据采集系统由逐次逼近式的 ad574 芯片构成，硬件及软件的设计符合我国 高压线路保护装置的“四统一”设计标准，特点是采用单 cpu 结构及多路转换的 adc 模数转换模式，以 1984 年华北电力学院研制的 mdp-1 型微机保护为代表；第二阶段为 以多个单片机构成的多 cpu 硬件结构为主，数据采集系统为 vfc 电压一频率转换原理 的计数式数据采集系统硬件，软件的设计方面，利用多 cpu 的特点，强化了自检和互 检功能，使硬件故障可定位到插件，对保护的跳闸出口回路，具有完善的抗干扰措施 防止拒动和误动，代表产品为华北电力学院研制的 wxh-11 和 wxb-11 型保护；第三阶 段为以高性能的 16 位单片机构成的硬件结构为主，具有总线不引出芯片，电路简单的 特点，抗干扰能力进一步加强，完善了通信功能，为变电站综合自动化系统的实现提 供了强有力的环境，其代表产品为北京四方公司开发的 csl-101 系列的线路保护和 cst-200 系列的变压器保护。 本课题针对 110kv 变电所，对变电站中各种主要设备和二次保护进行研究和设计。 涉及的主要包括：负荷计算、主变压器的选型、110kv 架空线和母线的选型及校验、 10kv 母线的选型、短路电流的计算、并联电容器和高压开关柜的选择、继电保护的整 定计算等，其中以变电所主变压器的微机监控作为重点。 1.21.2 变电所监控系统的组成及特点变电所监控系统的组成及特点 1.2.1 变电所监控系统的组成 110kv 变电所微机远程监控系统由主站设备（pc 机）和远端设备 plc 监控单元两 部分构成。系统硬件由主机及其外部设备，多台 plc 智能控制单元及其外部设备，rs- 485 接口组成。远端设备安装在变电所内（每路一台） ，主要完成对模拟量的采集和检 测，将运行状态和数据发送给主站，并能接收主站发送来的命令。主站设备是一台装 有监控软件的 pc 机，安装在控制中心或值班室，进行设置参数或控制，通过串口和远 端设备相连。远端设备站软件可以管理整个系统的所有远端设备，如，当远端送来的 被控对象出现异常信息时，主站会提示报警，将数据存入数据库中，并能提供历史数 据查询及数据曲线的绘制等。上位机与下位机的通信采用主从式 rs-485 接口通信网络。 2 1.2.2 变电所监控系统的特点 110kv 变电所采用微机远程监控系统后，对于一次系统没有影响，一次设计仍按常 规设计。二次系统的设计除保护外，在开关柜上有测量与控制信号，控制室的控制与 信号屏上仍有一套测量与控制信号，这两套测量信号与控制都进入计算机，为了减小 二次回路的负担，减少事故隐患，设计的工作量，工程投资及日后的维护工作，取消 了保护屏、信号屏、控制屏及测量表计，仅保留开关柜上的一部分。变电所二次系统 功能在采用微机监控后没有发生改变，而且在某些方面还得到加强。在采用变电站成 套微机保护后，二次回路设计变化较大。微机保护以一个配电回路为单位，把这一回 路的测量、保护及控制信号由一个独立的 plc 来完成，形成一个独立完整的微机监控 单元。此外，系统抗干扰能力强，可扩展性好。可对全厂供电系实现远距离测量、监 控，值班人员可以随时观察到整个供电系统的运行情况，出现事故时监控系统能立即 报警并进行打印记录，工作人员可以通过这些信息迅速判断事故发生地点、查找事故 发生原因 ，并及时做出相应的处理，从而减少停电的时间。日常工作时微机监控系统 还可以根据要求打印出各种测量数据，而不必象以前需要人工抄表记录，减轻了工作 人员的劳动强度，更为重要的是通过测控可合理地进行负荷调配、节约电能、降低能 耗、优化运行。 1.31.3 变电所监控系统的功能及任务变电所监控系统的功能及任务 1.3.1 变电所监控系统的功能 随着微机技术的不断发展，特别是网络技术的应用，变电所远程监控系统的范围 越来越广，功能也越来越强大。此变电所微机远程监控系统有如下功能： a)数据采集功能：系统对所有的模拟量、开关量进行实时和定时数据采集，定时 数据可根据设定的时间间隔自动转存于硬盘作为历史记录，并能报表打印。 b）数据处理功能：系统能对模拟量进行合理性的校验和上下限比较，对开关量进 行实时扫描，对事件记录输出并报警，对重要的历史数据进行处理并存盘。 c)可通过监控主机的键盘和鼠标对断路器进行控制操作。 1.3.2 变电所监控系统的任务 目前我国众多大中型企业都面临技术改造问题，随着监控的覆盖面的扩大，监控 系统的任务也日益繁重，系统技术改造是一项重要的技改工作。此微机远程监控系统 的主要任务就是监视变电站运行生产过程,实现各类操作控制，完成变电站生产过程的 监测与控制。所以该系统首先要能够实时采集全站生产过程中的各种实时信息，更新 数据库，为监控系统提供真实可靠的运行信息。能提供正常情况下的运行显示，调用 所有的数据，完成各种管理提示及统计报表等工作。实时监视生产过程中的各类异常 3 报警(如短路、过载、过压、欠压、过电流等)信号，并做出相应的处理。 此外，此系统不仅要在本地完成监视现场运行数据，对现场仪表进行标定，对操 作参数进行修改，实现各种先进控制，方便地完成对控制系统的监视、设置参数等功 能，而且在远程和异地也能实现控制系统操作和运行数据的传输，实现资源共享。 4 2.2. 负荷计算负荷计算 2.12.1 电力系统负荷电力系统负荷 电力系统负荷是指电力系统在某一时刻各类用电设备消耗的功率的总和。它们包 括异步电动机、同步电动机、整流设备、电热设备和照明设备等。由于消耗功率有有 功功率、无功功率、视在功率之分，因此电力系统负荷也包含有功负荷、无功负荷、 视在负荷三种，其单位发别用 kw、kvar、kva 或 mw、mvar、mva 表示。为了叙述 的方便，若非特殊说明，下述中的“负荷”泛指这三类负荷。 2.22.2 负荷计算负荷计算方法及内容方法及内容 负荷计算是供配电系统设计的基础，一般需要计算设备容量、有功功率、无功功 率、视在功率等。 目前，负荷计算的方法主要有：需用系数法、二项式法、利用系数法等。 需用系数法是在大量的测量与统计的基础上，给出各类负荷的需用系数，然后把 设备功率乘以需用系数，直接求出计算负荷。这种方法简单易行，在变（配）电所的 设计中被普遍采用。但是，当用电设备台数少而功率相差悬殊时，其计算结果往往偏 小，因而这种方法一般只适用于整个工程的负荷计算。 二项式法是把计算负荷看作由两个分量组成，一个分量是平均负荷，另一分量是 数台大功率设备工作对负荷影响的附加功率。这种方法虽然也比较简单，但由于过分 突出大型设备对电气负荷的影响，使计算结果往往偏大，而且方法本身所推荐的公式 和系数，仪限于机械加工工业，与变（配）电工程内负荷情况相差较大，使用起来比 较困难。 利用系数法是采用利用系数求出最大负荷的平均功率，再考虑设备台数和功率差 异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法是以概率论和数 理统计作为理论根据的，计算结果比较接近实际，适用范围较广，但囚计算过程繁琐， 实际工程中一般不使用。 本设计是以整个变电所为对象,故宜选用需用系数法来进行负荷计算。计算时我们 需要将用电设备分组，求出各组用电设备的总安装容量，然后查表得到各组用电设 in p . 备的需用系数及对应的功率因数和功率因数正切值，则 id k .i cos i tan )( cinidicj pkpp )tan( .iicicjc pqq 2 . 2 jcjcjc qps 5 2.32.3 负荷计算的意义负荷计算的意义及过程及过程 2.3.1 负荷计算的意义 由于在设备设计时，与设备配套的电动机的容量通常留有一定的裕度，即使电动 机功率完全符合设备的配套要求，由于使用的情况不同，也会影响电力负荷的大小。 因此，要进行工程的供电设计，必须首先将这些原始资料变成电力设计所需要的假想 负荷即计算负荷，然后根据计算负荷按允许发热条件来确定发电机组和变压器的 容量，选择供电系统的导线截面，确定提高功率因数的措施，选择及整定保护设备以 及校验供电电压的质量等等。所以，电力负荷的计算是整个供电工程设计的依据。在 方案设计与初步设计时，其电力负荷计算过小或过大，都会引起严重的后果。如负荷 计算过低可能使供电元件过热，加速其绝缘损坏，增大电能损耗，引起电气线路走火， 引发重大事故，影响供电系统的正常工作，甚至影响工程的战时指挥、通信联络等战 时作用的发挥。反之，如果负荷计算过大，将使发电机组和变压器的容量过大，以及 供电线路截面过大，相应的保护整定值就会定得过高，从而降低了电气设备保护的灵 敏度；也会使工程的一次性投资增加，过大的设备在长期负荷率严重不足的情况下运 行也不经济。因此，负荷计算的正确与否，将直接关系到工程的供电质量和经济指标， 必须认真对待。 一般说来，当电力负荷值大于实际使用负荷的 10%时，变压器容量要增加 11%12%， 电线电缆等有色金属的消耗量也要增加 10%一 20%，同时还会增加变压器无功功率所造 成的有功电力损耗。由此可见，电力负荷计算在供电设计中，特别是在确定变压器容 量时所占据的重要位置。故正确地选择计算负荷方法与特征参数，对电气设计具有特 别重要的意义。 2.3.2 负荷计算的过程 原始资料负荷计算表见表 2-1： 高压电动 机 设备容量使用容量顺 序 设备 负荷 名称 电 压 (k v)型 式 额定 容量 (kw) 总 台 数/ 工 作 台 数 总容 量 (kw) 工作 容量 (kw) 需用 系数 kx costan pj (kw) qj (kvar) sj (kva) 1主井 提升 机 10同 步 40001/1400040000.950.90.48380018244215 6 2副井 提升 机 10直 流 1700/ 2200 2/2390039000.90.61.3335104668.35840.6 3通风 机 10同 步 30002/1600030000.742-0.9-0.482226-1068.52469.2 4压风 机 10同 步 5505/4275022000.75-0.9-0.481650-7921830 5瓦斯 泵 10异 步 8004/2320016000.750.750.88120010561598.5 6制冷 降温 系统 10200020000.70.750.88140012321864.9 7地面 低压 系统 0. 38 80000.80.750.88640056328525 8井下 高压 负荷 1060000.80.71.02480048966856.4 9变电 所总 计 2498617447.830475 表表 21 潘北矿变电所原负荷表潘北矿变电所原负荷表 其具体计算如下： 1.主井提升机的容量计算： n .p0.95 40003800pjkxkw tan3800 0.481824varqjpjk kvaqjpjsj421518243800)( 2222 2.副井提升机的容量计算： n .p0.9 39003510pjkxkw tan3510 1.334668.3varqjpjk kvaqjpjsj 6 . 5840 3 . 46683510)( 2222 3.通风机的容量计算： n .p0.742 30002226pjkxkw 7 tan22260.481068.5varqjpjk （） kvaqjpjsj 2 . 2469 5 . 10682226)( 2222 ）（ 4.压风机的容量计算： n .p0.75 22001650pjkxkw tan16500.48792varqjpjk （） kvaqjpjs( 2222 ）（ 5.瓦斯泵的容量计算： n .p0.75 16001200pjkxkw tan1200 0.881056varqjpjk kvaqjpjsj 5 . 159810561200)( 2222 6.制冷降温系统的容量计算： n .p0.7 20001400pjkxkw tan1400 0.881232varqjpjk kvaqjpjsj 9 . 186412321400)( 2222 7.地面低压系统的容量计算： n .p0.8 80006400pjkxkw tan6400 0.885632varqjpjk kvaqjpjsj852556326400)( 2222 8井下高压负荷的容量计算： n .p0.8 60004800pjkxkw tan4800 1.024896varqjpjk kvaqjpjsj 4 . 685648964800)( 2222 9变电所总得容量计算： p380035102226 1650 1200 1400640048002486pjjkw 8 q18244668.3( 10658.5)( 792) 1056 12325632489617447.8varqjjk 2222 ()2498617447.830475sjpjqjkva 3.3.电气主接线的设计电气主接线的设计 电气主接线又称为电气一次接线，它是将电气设备以规定的图形和文字符号，按 电能生产、传输、分配顺序及相关要求绘制的单相接线图。主接线代表了发电厂或变 电站高电压、大电流的电气部分主体结构，是电力系统网络结构的重要组成部分。它 直接影响电力生产运行的可靠性、灵活性，同时对电气设备选择、配电装置布置、继 电保护、自动装置和控制方式等诸多方面都有决定性的关系。因此，主接线设计必须 经过技术与经济的充分论证比较，综合考虑各个方面的影响因素，最终得到实际工程 确认的最佳方案。 3.13.1 电气主接线的设计原则电气主接线的设计原则 电气主接线设计的基本原则为：以下达的设计任务书为依据，根据国家现行的 “安全可靠、经济适用、符合国情”的电力建设与发展的方针，严格按照技术规定和 标准，结合工程实际的具体特点，准确地掌握原始资料，保证设计方案的可靠性、灵 活性和经济性。 因此，变电所主接线的设计必须满足安全、可靠、灵活、经济的基本要求。 3.1.1 安全性要求 安全包括设备安全和人身安全。因此，电气主接线必须遵照国家标准和电气设计 规范，正确设计电气回路，合理选择电气设备，严格配置正常监视系统和故障保护系 统，全面考虑各种保障人身安全的技术措施。 3.1.2 可靠性要求 可靠就是变电所的主接线应能满足各级负荷对供电可靠性的要求。提高供电可靠 性的途径很多，例如，设置备用电源并采用备用电源自动投入装置、多路并联供电等。 电气设备是供电系统中最薄弱的元件，为了使供电系统工作可靠，接线方式应力求简 单清晰，减少电器设备的数目。 3.1.3 灵活性要求 灵活就是在保障安全可靠的前提下，主接线能够适应不同的运行方式。例如负荷 较轻时，能方便地切除不必要的变压器，而在负荷增大时，又能方便的投入，以利于 9 经济运行。检修时操作简单，不致中断供电等。 3.1.4 经济性要求 经济是在满足以上要求的前提下，尽量降低建设投资和年运行费用。但是，在投 资增加不多或经济许可的情况下，应尽量提高供电可靠性，减少停电损失。 确定供电方式还应考虑未来用电负荷的发展。有的工厂和企业是分期建设的，由 于没有分析研究进一步发展情况下如何做到使原有的接线方式易于合理改造，致使接 线方式零乱、复杂，互不衔接而影响了供电的可靠性和灵活性，在基建投资上也造成 极大的浪费。 3.23.2 电气主接线的设计步骤电气主接线的设计步骤 电气主接线的设计是发电厂、变电站整体设计的重要内容之一。 实际的发电厂、变电站的工程设计是按照工程基本建设程序设计的，按实施进程 一般分为四个阶段：初步可行性研究、可行性研究、初步设计、施工图设计。其设计 工作量大、专业划分较细。考虑到我们学生的设计时间不长，以实际工程设计的方式 完成全部设计工作显然是不可能的。因此，在设计内容上主要侧重教学需要，掌握主 要的和基本的电力工程设计与工程计算方法，这相当于实际电气初步设计的程度。 电气主接线设计的一般步骤： 1原始资料分析。根据下达的设计任务书的要求，在分析原始资料的基础上，各 电压等级拟订可采用的数个主接线方案。 2对拟订的各方案进行技术、经济比较，选出最好的方案。各主接线方案都应该 满足系统和用户对供电可靠性的要求，最后确定何种方案，要通过经济比较，选用年 运行费用最小的作为最终方案，当然，还要兼顾到今后的扩容和发展。 3绘制电气主接线图。按工程要求，绘制工程图，图中采用新国标图形符号和文 字代号，并将所有设备的型号、主要参数、母线及电缆截面等标注在图上。 3.33.3 电电气主接线的选择气主接线的选择 采用单母线分段接线，其接线如图 3-1 所示。根据电源的数目和容量，母线可分 为 23 段。当负荷量较大且出线回路很多时，还可以用几台分段断路器将母线分成多 段。段数分得越多，故障时停电范围越小，但使用的断路器数量越多，其配电装置和 运行也就越复杂，所需费用就越高。与一般单母线接线相比，单母分段接线增加了分 段断路器 qf 以及两侧的隔离开关。 10 w1 w2 qs1 qf qs2 l1 l2 l3 l4 图图 3-1 单母分段接线图单母分段接线图 qf1 qf2 qf3 qf4 qf5 qf6 qf7 qf8 110kv 110kv 10kv 10kv 图图 3-2 电气系统一次设备主接线图电气系统一次设备主接线图 单母分段接线能够提高供电的可靠性和灵活性。当任一段母线或某一台母线隔离 开关故障及检修时，自动或手动跳开分段断路器 qf,仅有一半线路停电，另一段母线上 的各回路仍可正常运行。重要负荷分别从两段母线上各引出一条供电线路，就保证了 足够的供电可靠性。两段母线同时故障的几率很小，可以不予考虑。当可靠性要求不 高时，也可以用隔离开关 qs 将母线分段，故障时将会短时全厂停电，待拉开分段隔离 11 开关后，无故障线路即可恢复运行。单母线分段接线除具有简单、经济和方便的优点 外，可靠性又有一定的提高，因此，在中、小、型发电厂和变电所中仍被广泛应用， 具体应用如下： （1）610kv 配电装置总出线回路数为 6 回及以上，每一分段上所接容量不宜超 过 25mw. （2）3560kv 配电装置总出线回路数为 48 回时。 （3）110220kv 配电装置总出线回路数为 34 回时。 单母线分段接线的缺点主要有： （1）当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，必须断开接在该分段上的全部电 源和出线，这样就减少了系统的发电量，并使该段单回路供电的用户停电。 （2）任一出线断路器检修时，该回路必须停止工作。 由以上述所述，本实验电气设备一次主接线图可选择如图 3-2 所示。 12 4.4.电气系统一次设备选型电气系统一次设备选型 4.4.1 1 电气设备选择的一般条件电气设备选择的一般条件 电气设备应能满足正常、短路、过电压和特定条件下安全可靠地要求，并力求技 术先进和经济合理。通常电气设备选择分两步，第一按正常工作条件选择，第二按短 路情况校验其热稳定性和电动力下的动稳定性。 1.按正常工作条件选择电器 （1）额定电压 电器的额定电压是其铭牌上标明的线电压，电器允许最高工作电压不应小 n u alm u 于所在电网的最高工作电压。由于实际电网的线路首端通常高于末端电压 5%10%， 加上调压和负荷的波动，因此规定了电网最高运行电压不得超过电网额定电压 sm u 的 1.1 倍。因此选择是应满足。 ns u1.1 almns uu 一般电器的最高工作电压，当额定电压在 220kv 及以下时为 1.15,额定电压为 n u 330500kv 时为 1.1,因此选择电器时可采用式： n u nns uu （2）额定电流 导体和电器的额定电流是指在额定环境温度下，电气设备长期工作允许的电 n i o 流。应不小于该回路在各种合理运行方式下的最大持续工作电流，即： n i max i n i max i （3）环境条件对电器和导体额定值的修正 环境温度（或冷却介质温度）影响散热条件，我国目前生产的电器的额定环境温 度=40，裸母线的=25，如环境温度高于 40，不超过 60时，其长期允许 o o 电流按下式修正。 1 1 10 ai an a ii 式中，实际环境温度()； i 长期发热允许温度； 1a 环境温度为 40时电器的额定电流。 n i 选电器时，还应考虑电器安装场所的环境条件，如户内户外、海拔、污秽、地震 等。 2.按短路情况校验热稳定和动稳定 13 （1）热稳定的校验 电器设备一般由厂家提供了热稳定电流和热稳定时间 t，回路中短路电流产生的 t i 热效应，则热稳定校验式为 k q t t i 2 k q （2）动稳定的检验 短路冲击电流通过电器产生的电动力，应不超过厂家的规定，即应满足动稳定。 算式由厂家给出的允许参数值的形式决定，如 es i sh i es i sh i 式中，短路冲击电流的幅值及其有效值； sh i sh i ，厂家给出的动稳定电流幅值及有效值。 es i es i 4.2 电气设备选择 4.2.1 补偿电容器的选择 由=24986pj jpkw =17447.8qj jqvark =30475sj)( 22 qjpj 22 8 . 1744724986 kva 可知:= =0.698 则=0.820.9，tan pj qj coscos 可以选择=0.95 作为计算基准。为了提高系统功率因数，应并联电容器作为补偿cos 装置。应该补偿的无功功率为： =9220 c q)95. 0tan(cos)82. 0tan(cospjvark 查资料知应该选择型号为 tbb10-1200/200 的电容柜，并且电容柜的数量为： 个8 ) 10 10 (1200 9220 )( 22 n c u u q q n 实际补偿的容量为：q=8*1200=9600。此时功率因数vark 0.90 符合要求。954 . 0 ) 24986 9600 8 . 17447 (arctancoscos 4.2.2 主变压器的选择 14 系统经过无功补偿后总的无功为： var 8 . 78479600 8 . 17447kqj 实际的视在功率为： kvaqjpjsj26189 8 . 784724986)( 2222 查资料可知变压器型号可选择为：sfl1-31500/110，拟选用两台,其接法为 yn,y0。该变压器参数如表 4-1 所示： 表表 4-1 变压器参数变压器参数 容量/电压 (kva/kv) 短路损耗 k pkw 空载损耗 0 p w 空载电流 (%) 0 i 阻抗电压 (%) k u 31500/110190310500.6710.5 4.2.3 高压架空线的选择 由以上变压器参数，可以得出 kw s sj ppop n kt 38.162) 31500 26189 (19005.31).( 22 rk s su is q n jk n t va26.2497 31500100 26189 5 . 10 100 67 . 0 31500 100 % 100 % 2 2 0 则在 110kv 侧： kwpj38.251482498638.162 var06.10345 8 . 784726.2497kqj kvaqjpjsj04.2719306.1034538.25148)( 2222 则线路上电流为： 27193.04 142.73 33 110 n sj ia u 根据规定，当最大负荷利用小时数h，长度超过 20m 以上，均应按经济5000 max t 电流密度选择架空线。由经济电流密度曲线可查得导体的经济电流密度 a/mm 。9 . 0j 2 则：查表可知选 lgj-185 型架空线。 2 142.73 158.6 0.9 i smm j 4.2.4 母线的选择 按长期发热允许电流选择母线截面，由所选变压器可得其最大持续电流为： 15 =1818.7a n n u s i 3 j 103 31500 计算 40 c 时的温度修正系数： k=0.816 al ial 2570 4070 查表选用两条()的矩形铝导体， i=2375a1080 al =0.816 c i 40al 7 . 181819382375 (1) 热稳定校验 假想断路器固有分闸时间为 0.5s,电弧燃烧持续时间为 0.05s,主保护动作时间为 0.06s,所以短路持续时间=0.15+0.05+0.06=0.26s k t skatiti k 22222 k 1172477.502 . 026 . 0 477.50q 22 min 11 s1.14 11724201600 87 sk kqmmmm c 所选母线截面满足热稳定要求。 (2) 动稳定校验 计算导体固有震动频率： 2 0 0 22 0.289 1121121.55 10278155 1.2 rh fhz l 故,求母线的相间应力1 -7 2-72 1.73 10 i/1.73 10 (56.1) /0.75/ m726/ sh fann m 22323 0.3330.333 0.1 0.82.13 10bhmm 2 2 6 2 726 1.2 490870 10 1010 2.13 10 fl papapa 满足动稳定要求。 4.2.5 高压开关柜的选择 通过每个设备负荷的高压开关柜的电流 n usi3/ max 根据上述公式通过各设备负荷的开关柜的电流计算如下: 1 主井提升机：ai36.243 103 4215 max 2 副井提升机：ai 2 . 337 103 6 . 5840 max 16 3 通风机：ai56.142 103 2 . 2469 max 4 压风机：ai 7 . 105 103 1830 max 5 瓦斯泵：ai26.92 103 1598 max 6 制冷降温系统： ai67.107 103 9 . 1864 max 7 井下高压负荷：ai 9 . 395 103 4 . 6856 max 根据上述计算值，查资料选取各设备开关柜和进线开关柜如下： 设备开关柜型号:gg-1a(f2)zs01 额定工作电流：50-1200a 额定工作电压: 10kv 隔离开关：gn19-10c1q 真空断路器：zn7-10x 操动机构：cd10 电流互感器：lajq-10 高压避雷器：hy5w-10 外形尺寸(mm)：1281 3150 2050 4.2.6 其它设备的选择 表表 4-2 各种电气设备的选择各种电气设备的选择 17 短路时间为短路保护装置实际最大的动作时间与断路器的断路时间之和，即 op t oc t ,过流保护动作时间为 0.5-0.7s,保护动作时间小于 30ms 取 0.6s，分闸 ock tt op t 时间 0.06s 计算数据高压断路器隔离开关电压互感器电流互感器 lw21-126cgwj3-126jcc-110lcw-110 u=110kv126kv110kv110kv110kv ij=165.3a 2000a 630a300/5 ka17 . 6 i )3( 1k 40ka ka 7 . 15 3( ） sh i 55ka55ka jj t 2)3( 17 . 6 ti 4020.711624 动稳定校验 shn ii 1es 2k ka 6 . 633002150 动稳定倍数=150 es k 热稳定校验 jnt titik )3(2 1 ）（ 25.50613 . 075 2 ）（ 18 5.5.短路电流计算短路电流计算 系统图及等效电路图: 图图 5-1 系统原理图系统原理图 图图 5-2 等效电路图等效电路图 5.15.1 短路电流计算短路电流计算 选定基准容量：，基准电压： mvas10000j kvukvu j 10110 2j1 ， 点短路基准电流为： 1 k 1 j ika20.50 1153 10000 点短路基准电流为： 2 k 2j ika550 5 .103 10000 最大运行方式和最小运行方式下系统阻抗为： 0 . 80 . 3 maxmin xx， 架空线电抗标幺值： 变压器电抗标幺值： 14. 5 115 10000 2034 . 0 22 101 av j u s lxx 33.33 5 . 31 10000 100 5 . 10 100 % x 32 nt j k s s u x 19 则总阻抗为处： 1 k 处： 2 k 5.1.1 最大运行方式下的计算 a. 三相短路 i.处： 1 k123 . 0 14 . 8 11 1max )*3( max1 x id 短路电流有名值：kaiii jdd 17 . 6 2 . 50123 . 0 1 )*3( max1 )3( max1 冲击电流：kaii dsh 7 . 1517 . 6 55 . 2 28 . 1 )3( max1 )3( max1 冲击电流有效值：aii dsh k32 . 9 51 . 1 )3( max1 )3( max1 ii.处： 2 k04 . 0 81.24 11 2max )*3( max2 x id 短路电流有名值：kaiii jdd 2255004 . 0 2 )*3( max2 )3( max2 冲击电流：kaii dsh 1 . 562255 . 2 28 . 1 )3( max2 )3( max2 冲击电流有效值：aii dsh k22.3351 . 1 )3( max2 )3( max2 b. 两相短路 i.处： 1 k107 . 0 2 3 )*3( max1d )*2( max1 iid 短路电流有名值： kaiid3 . 5 2 3 )3( max1d )2( max1 冲击电流： kaii shsh 6 . 13 2 3 )3( max1 )2( max1 冲击电流有效值： kaii shsh 07 . 8 2 3 )3( max1 )2( max1 14.1314 . 5 8 14 . 8 14 . 5 3 1max1min 1min1max xxx xxx 47.46 8 .24 2 21max2min 2 1min2max xxxx x xxx 20 ii.处： 2 k03 . 0 2 3 )*3( max2d )*2( max2 iid 短路电流有名值： kaiid05.19 2 3 )3( max2d )2( max2 冲击电流： kaii shsh 58.48 2 3 )3( max2 )2( max2 冲击电流有效值： kaii shsh 77.28 2 3 )3( max2 )2( max2 5.1.2 最小运行方式下的计算 a. 三相短路 i.处： 1 k076 . 0 14.13 11 1min )*3( min1 x id 短路电流有名值：kaiii jdd 82 . 3 1 )*3( min1 )3( min1 冲击电流：kaii dsh 74 . 9 28 . 1 )3( min1 )3( min1 冲击电流有效值：aii dsh k77 . 5 51 . 1 )3( min1 )3( min1 ii.处： 2 k022 . 0 47.46 11 2min )*3( min2 x id 短路电流有名值：kaiii jdd 1 . 12 2 )*3( min2 )3( min2 冲击电流：kaii dsh 86.3028 . 1 )3( min2 )3( min2 冲击电流有效值：aii dsh k27.1851 . 1 )3( min2 )3( min2 b. 两相短路 i.处： 1 kkaiid066 . 0 2 3 )*3( min1d )*2( min1 短路电流有名值： kaiid31 . 3 2 3 )3( min1d )2( min1 ii.处： 2 kkaiid019 . 0 2 3 )*3( min2d )*2( min2 kaiid48.10 2 3 )3( min2d )2( min2 21 短路电流有名值： 6 6 变压器的主保护变压器的主保护 6.16.1 变压器故障分析变压器故障分析 电力变压器的故障可分为油箱内部故障和油箱外部故障。油箱内部故障有绕组的 相间短路、匝间短路、单相接地短路。这些故障所产生的电弧可能烧坏绕组的绝缘和 铁心，使绝缘材料和变压器油气化，可能引起油箱爆炸，酿成火灾。油箱外部故障主 要是套管和引出线上发生的相间短路与接地短路。 变压器的不正常工作情况主要有：变压器过负荷，外部故障引起的过电流，油箱 内部的油面降低等。根据故障分析变压器一般装设相应的保护装置。 6.26.2 瓦斯保护瓦斯保护 6.2.1 瓦斯保护的范围 瓦斯保护的范围是变压器内部多相短路、匝间短路，匝间与铁心或外皮短路，铁 心故障(发热烧损)，油面下降或漏油，分接开关接触不良或导线焊接不良。瓦斯保护 的优点是不仅能反映变压器油箱内部的各种故障，而且还能反映差动保护所不能反映 的不严重的匝间短路和铁心故障。此外，当变压器内部进入空气时也有所反映。因此， 是灵敏度高、结构简单、动作迅速的一种保护。其缺点是不能反映变压器外部故障(套 管和引出线)，因此瓦斯保护不能作为变压器各种故障的唯一保护。瓦斯保护抵抗外界 干扰的性能较差，例如剧烈的震动就容易误动作。如果在安装瓦斯继电器时未能很好 地解决防油问题或瓦斯继电器不能很好地防水，就有可能漏油腐蚀电缆绝缘或继电器 进水而造成误动作。 6.2.2 瓦斯保护的工作原理 瓦斯保护（气体保护）反应油箱内部部故障及油面降低而动作。其中轻瓦斯保护 作用于信号，重瓦斯保护作用于跳闸。 瓦斯保护是变压器内部故障的主要保护元件，对变压器匝间和层间短路、铁心故 障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油 浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强 烈程度随故障的严重程度不同而不同。瓦斯保护就是利用反应气体状态的瓦斯继电器 (又称气体继电器)来保护变压器内部故障的。在瓦斯保护继电器内，上部是一个密封的 22 浮筒，下部是一块金属档板，两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自 的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接 点断开.档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微 故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于