1、 本科畢業設計說明書礦井變電所主變壓器保護設計transformer substation of mine protection design學院（部）：電氣與信息工程學院專業班級： 電 氣 07 1學生姓名： 指導教師： 2011年5月12日礦井變電所主變壓器保護設計摘要變壓器在電力系統中起轉換樞紐作用，煤礦供電系統主變的繼電保護是保證煤礦安全供電的重要工具，可以保障礦廠井下的安全和設備連續正常運轉。本論文介紹了110kv礦井變電所主變壓器保護保護裝置，指出了110kv礦井變電所主變壓器保護裝置的必要性。然后介紹了繼電保護的原理，再結合實際情況，提出了一套運用plc編程技術來設計110kv礦

2、井變電所主變壓器保護裝置的方案。該套綜合后備保護裝置的原理為:通過采集各種信號，由軟件程序進行處理，并判斷是否報警，處理后的數據用于顯示和存儲查詢。 本次畢業設計旨在完成煤礦110kv變電所主變壓器保護設計。文中著重進行了繼電保護裝置的plc硬件系統設計，進行了分析和說明，其中配上軟件設計即可實現該裝置對繼電保護的控制部分，硬件是該裝置的執行部分。另外給出了硬件的組成圖。關鍵詞：主變壓器，電氣設備，短路電流，繼電保護，plc硬件系統transformer substation of mine protection designabstracttransformer in the power c

3、onversion system, a pivotal role to play, mine protection of main transformer power supply system is to ensure that an important tool for coal mine safety supply, underground mines to protect the safety and equipment for normal operation. this paper describes the 110kv substation main transformer pr

4、otection of mine protection, pointed out the main transformer substation 110kv mine the need for protection. then introduced the principle of protection, combined with the actual situation, a set of application programming techniques to design plc mine 110kv substation main transformer protection pr

5、ogram. the set of comprehensive back protection device is: by collecting a variety of signals, processed by the software program, and determine whether the alarm, the processed data for display and storage of information.the graduation project in order to complete mine 110kv substation main transfor

6、mer protection. the paper has been focused on plc hardware system design in the relay protection device, analyze and explain, which can be achieved coupled with software designed to control part of the protection of the device, the hardware implementation is part of the device. another chart shows t

7、he composition of the hardware. keywords: the main transformer, electrical equipment, short-circuit current, relay protection, plc programming目錄摘要iabstractii1 緒論11.1 研究意義11.2 繼電保護原理和要求21.3 繼電保護的歷史回顧和展望31.4 繼電保護的現狀和我的一些看法41.5 設計內容52 變電站負荷計算和無功補償的計算62.1 負荷計算的內容和意義62.2 負荷統計62.2.1 負荷等級的規定72.2.2 負荷計算72.3

8、 無功補償92.3.1 電容器（柜）臺數的確定92.3.2 補償后10kv側的實際功率因數103 主接線的設計113.1 主接線設計原則113.2 主接線的方案與分析113.2.1 主變壓器高壓側接線113.2.2 主變壓器低壓側的接線124 主變壓器的選擇134.1 主變壓器選擇的原則134.2 主變壓器臺數和容量的選擇134.3 變壓器的選型結果134.4 全礦總負荷計算145 短路電流的計算155.1 確定基準值155.2 計算短路電路中各阻抗元件的標幺值155.2.1 變電所導體線路阻抗的計算155.2.2 主變壓器電抗的計算165.3 短路電流的計算165.4 沖擊電流的計算176

9、導體和電氣設備的選擇206.1 高壓斷路器和隔離開關選擇206.1.1 110kv側高壓斷路器和隔離開關選擇206.1.2 10kv側的高壓斷路器和隔離開關選擇216.2 互感器的選擇226.2.1 電流互感器的選擇226.2.2 電壓互感器的選擇246.3 高壓進線架空線路的選擇257 主變壓器繼電保護設計277.1 保護的裝設原則277.1.1 對變壓器保護裝置的要求277.1.2 電力變壓器應裝設的保護裝置277.2 變壓器保護整定計算277.2.1 縱聯差動保護整定277.2.2 電流速斷保護307.2.3 單相低電壓啟動的過電流保護307.2.4 過負荷保護307.2.5 零序電流整

10、定308 基于plc的繼電保護二次回路設計328.1 plc概述328.1.2 plc的應用領域與優點328.1.3 plc的工作原理338.2 繼電保護二次回路系統358.2.1 二次回路基本構成框圖358.2.2 保護信號采集電路368.2.3 穩壓電源（+24v）378.3 plc外部配線及外圍元件構成系統378.4 斷路器控制信號回路改造398.4.1 斷路器控制信號回路應滿足的要求398.4.2 斷路器操作plc控制系統408.5 母線分段斷路器的自動投入42總結44附錄45參考文獻46致謝471 緒論畢業設計是我們在校期間最后一次綜合訓練，它將從思維、理論以及動手能力方面給予我們嚴

11、格的要求。使我們綜合能力有一個整體的提高。它不但使我們鞏固了本專業所學的專業知識，還使我們了解、熟悉了國家能源開發策略和有關的技術規程、規定、導則以及各種圖形、符號。它將為我們以后的學習、工作打下良好的基礎。1.1 研究意義電力是能源工業、基礎工業，在國家建設和國民經濟發展中占據十分重要的地位，是實現國家現代化的戰略重點。電能是發展國民經濟的基礎，也是各種工廠企業的主要動力形式，做好電力規劃，加強電網建設，就尤為重要。而變電站在改變或調整電壓等方面在電力系統中起著重要的作用。它承擔著變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調整電壓的責任。煤礦行業是我國能源開采的重頭行業，其電力系統的正常運行

12、不僅關系著開采的有序進行，更關系著數以千計的生命安全。所以身系整個煤礦電力安全的煤礦變電所保護系統的設計顯得尤為重要。煤礦主變壓器在整個礦區供電系統中起轉換樞紐作用，它的安全運行直接關系到整個系統連續穩定地工作。煤礦供電系統主變的繼電保護是保證煤礦安全供電的重要工具，可以保障礦廠井下的安全和設備連續正常運轉。現代大型變壓器容量大、電壓等級高、造價昂貴、結構復雜，一旦因故障而遭到損壞，影響范圍很大，且檢修時間長，檢修難度大，在經濟上也必然遭受很大的損失。繼電保護的順利開展，在消除電力故障的同時，也就對社會生活秩序的正常化，經濟生產的正常化做出了貢獻，不僅確保社會生活和經濟的正常運轉，還從一定程度

13、上保證了社會的穩定，人們生命財產的安全。前些年北美大規模停電斷電事故，就造成了巨大的經濟損失，引發了社會的動蕩，嚴重的威脅到了人們生命財產的安全。可見，電力系統的安全與否，不僅僅是照明失效的問題，更是社會安定、人們生命安全的問題。所以，繼電保護的有效性，就給社會各方面帶來了重大的影響。繼電保護是一種電力系統的反事故自動裝置，它在電力系統中地位十分重要，沒有繼電保護是現代化的電力系統不可或缺的部分。隨著我國電力工業的迅速發展，繼電保護裝置廣泛應用于電力系統中，成為電網及電氣設備安全可靠運行不可替代的保證。電力系統在生產過程中，有可能發生各類故障和各種不正常情況。其中故障一般可分為兩類：橫向不對稱

14、故障和縱向不對稱故障。橫向不對稱故障包括兩相短路、單相接地短路、兩相接地短路三種，縱向對稱故障包括單相斷相和兩相斷相，又稱非全相運行。電網在發生故障后會造成很嚴重的后果： 1）電力系統電壓大幅度下降，廣大用戶負荷的正常工作遭到破壞。 2）故障處有很大的短路電流，產生的電弧會燒壞電氣設備。 3）破壞發電機的并列運行的穩定性，引起電力系統震蕩甚至使整個系統失去穩定而解列瓦解。 4）電氣設備中流過強大的電流產生的發熱和電動力，使設備的壽命減少，甚至遭到破壞。 不正常情況有過負荷、過電壓、電力系統振蕩等.電氣設備的過負荷會發生發熱現象，會使絕緣材料加速老化，影響壽命，容易引起短路故障。繼電保護被稱為是

15、電力系統的衛士，它的基本任務有：1）當電力系統發生故障時，自動、迅速、有選擇地將故障設備從電力系統中切除，保證系統其余部分迅速恢復正常運行，防止故障進一步擴大。 2）當發生不正常工作情況時，能自動、及時地選擇信號上傳給運行人員進行處理，或者切除那些繼續運行會引起故障的電氣設備。 可見繼電保護是任何電力系統必不可少的組成部分，對保證系統安全運行、保證電能質量、防止故障的擴大和事故的發生，都有極其重要的作用。在礦區主變壓器運行發生故障或異常時，繼電保護可以實現在最短時間和最小區域內，自動從系統中切除故障設備，也可以向電力監控警報系統發出信息，提醒電力維護人員及時解決故障，這樣繼電保護不僅能有效的防

16、止設備的損壞，還能降低相鄰地區供電受連帶故障的機率。同時還可以有效的防止電力系統因種種原因，而產生時間長、面積廣的停電事故，是電力系統維護與保障最實用最有效的技術手段之一。1.2 繼電保護原理和要求電力系統從正常情況運行到故障或不正常運行時，它的電氣量（電流、電壓的大小和它們之間的相位角等）會發生非常顯著的變化，繼電保護就是利用電氣的突變來鑒別系統有無發生故障或不正常運行狀態，根據電氣量的變化測量值與系統正常時的電氣參數的對比來檢測故障類型和故障范圍，以便有選擇的切除故障。一般繼電保護裝置由測量元件、邏輯元件和執行元件組成。測量元件將保護對象（輸電線路、主變、母線等電氣設備）的電氣量通過測量元

17、件（電流互感器和電壓互感器）轉換為繼電保護的輸入信息，通過與整定值（繼電保護裝置預先設置好的參數）進行比較，鑒別被保護設備有無故障或是否在正常狀態運行，并輸出相應的保護信息。邏輯元件根據測量元件的信息，判斷保護裝置的動作行為，如動作于跳閘或信號，是否需要延時跳閘或延時發信。執行元件則根據邏輯元件輸出的信息，送出跳閘信息或報警信息至斷路器的控制回路或報警信號回路。繼電保護根據電力系統的要求，對于直接作用于斷路器跳閘的保護裝置，有以下幾個基本要求。1）選擇性電力系統發生故障時，繼電保護的動作應具有選擇性，它僅切除故障部分，不影響非故障部分的繼續運行，保證最大范圍的供電，盡量縮小停電范圍。2）快速性

18、電力系統由于其實時性的特點，當發生故障時要求繼電保護裝置盡快動作，切除故障，這樣可以。、系統電壓恢復快，減少對廣大用戶的影響；、電氣設備的損壞程度降低；、防止故障進一步擴大；、有利于閃絡處絕緣強度的恢復，提高了自動重合閘的成功率。一般主保護的動作時間在12s以內，后備保護根據其特點，動作時間相應增加。 3）靈敏性 繼電保護裝置反映故障的能力稱為靈敏性，靈敏度高，說明繼電保護裝置反映故障的能力強，可以加速保護的起動。4）可靠性根據繼電保護的任務和保護范圍，如果某一保護裝置應該動作而未動作則稱為拒動；如果電力系統在正常運行狀態或故障不在保護范圍內，保護裝置不應動作而動作了則稱為誤動。繼電保護的拒動

19、和誤動將影響裝置的可靠性，可靠性不高，將嚴重破壞電力系統的安全穩定運行。裝置的原理、接線方式、構成條件等方面都直接決定了保護裝置的可靠性，因此現在的保護裝置在選用時盡量采用原理簡單、運行經驗豐富、裝置可靠性高的保護。除了以上四個基本的要求外，在實際的選用中，還必須考慮到經濟性，在能實現電力系統安全運行的前提下，盡量采用投資少、維護費用低的保護裝置。1.3 繼電保護的歷史回顧和展望改革開放以來，我國經濟的快速發展刺激著電網的快速發展，尤其是近幾年全國各個地區出現的缺電現象直接促進了大規模機組的投產和電網建設進程的急劇加快。同時隨著現代社會對電網供電可靠性的要求的不斷提高，就需要我們繼電保護發揮更

20、加重要的作用，針對系統出現的故障能及時切除，確保電網的安全穩定經濟運行。我國繼電保護的發展大體經歷了以下幾個跨越：1）60年代中期獨立研制并生產了第一套高壓電網復雜保護，即整流型距離保護；2）60年代末到80年代中期我國廣泛采用晶體管型保護；3）到80年代末，集成電路保護已形成完整系列，逐步取代晶體管保護；4）1984年微機線路保護通過鑒定并獲得應用，此后，不同原理、不同種類的微機保護相繼研制生產，取得了引人注目的成果，到90年代，我國繼電保護技術已完全進入微機保護數字式時代。從以上的發展過程來看，繼電保護技術總是根據電力系統的需要，不斷地從相關的學科中吸取最新成果而發展和完善自身的。總的來說

21、，繼電保護技術的發展可以概括為4個階段、2次飛躍。4個階段是電磁型（整流型）、晶體管型、集成電路型、微機型。第1次飛躍是由電磁型到晶體管型，主要體現在保護由電磁式向靜態式轉變，保護裝置弱電化、無觸點化、小型化和低功耗。第2次飛躍是由集成電路型到微機型，主要體現在保護由模擬式向數字式轉變，保護裝置智能化和信息化。 電力系統繼電保護現已發展到了微機保護階段，微機繼電保護指的是以數字式計算機（包括微型機）為基礎而構成的繼電保護。以下各級電網所需的各種保護設備，目前我國的微機保護的研究和制造均已居于國際先進水平。在新的繼電保護理論研究方面，人工神經網絡在繼電保護中的應用在九十年代被廣泛研究。人工智能技

22、術如神經網絡、遺傳算法、進化規劃、模糊邏輯等在電力系統各個領域都得到了應用，電力系統保護領域內的一些研究工作也轉向人工智能的研究。專家系統、人工神經網絡（ann）和模糊控制理論逐步應用于電力系統繼電保護中，必將為繼電保護的發展注入了活力。由于電力系統的飛速發展對繼電保護不斷提出新的要求，電子技術，計算機技術與通信技術的飛速發展又為繼電保護技術的發展不斷注入新的活力。未來繼電保護的發展趨勢是向計算化，網絡化及保護，控制，測量，數據通信一體化智能化發展。1.4 繼電保護的現狀和我的一些看法目前，由于光纖成本的下降，直接促進了光纖保護的廣泛應用。在紹興電力局目前所屬的三座500kv變電所中，對于50

23、0kv線路的保護基本都采用了兩套光纖保護作為主保護，僅有少量線路還繼續沿用高頻保護，而220kv也有不少線路采用了光纖保護。光線保護通過光纖或數字通信設備直接將本端電流量傳輸到對端進行計算和保護內部整定值比較來作出判斷，考慮了通信系統時間延時的影響并進行了補償。由于采用兩端電氣量直接比較，所以光纖電流差動保護容易實現ct匹配和矢量變換功能，能滿足長線路變壓器組和“t”型接線及“”型接線線路保護的要求。多端線路保護時，光纖有環形或鏈形連接方式。光纖電流差動保護不存在與引入電壓有關的一切問題，不受系統振蕩、線路串補電容、平行線路互感、系統運行方式等的影響，具有天生的選相功能，動作速度快，克服了其它

24、縱聯保護問題，適用于一切電壓等級、一切形式的接地系統，而且這種數字式通信方式的抗干擾能力強、衰耗小，避免了高頻保護的缺陷。其得天獨厚的優點和逐漸降低的成本，相信在以后的發展過程中光線保護將會被更加廣泛的采用。 目前，我國已形成了繼電保護科研、設計、運行、制造的完整體系，擁有北京四方、國電南瑞、國電南自、許繼等多家技術型專業制造企業，能提供500kv及以下各級電網所需的各種保護設備。經過了各個階段的發展，每個廠家也開始形成了有特色的保護產品，而且國產保護的設計原則和技術性能更適合我國電網的需要。尤其是南瑞，在新產品研發、新技術拓展方面，成效顯著。本人在學習南瑞的保護過程中，認為南瑞的產品無論從保

25、護原理還是設計功能上，都有國外產品無法比擬的優勢。就如南瑞開發出的電流差動保護中的自適應功能，即通過微機處理，區外故障保護的起動電流極小，確保裝置不誤動，區內故障時保護裝置的起動量大，很大程度上提高了保護的靈敏度，確保保護可靠迅速起動，保證了繼電保護裝置快速動作切除故障，減少了保護拒動的可能性，提高了裝置的可靠性。而且國產保護繼續沿用了以前保護的優點，增加新的保護功能，更便于被運行人員所接受。 但是國產繼電保護也有一些問題，其一就是保護裝置原理復雜，過于考慮得面面俱到，導致主保護功能作用不突出，甚至影響了主保護的靈敏度，因小失大。其次就是硬件質量尚需加強，在我國變電所中，國產保護硬件維護率相對

26、較高。最后一點就是我國超高壓如500kv、750kv線路由于其特殊性，所需的技術含量高，可靠性要求突出，國產保護的采用相對較少，積累的經驗還比較欠缺，值得各大廠家關注，尤其是現在超高壓電網建設的不斷加強，市場需求極大。對于國外的保護，由于其運行所積累的經驗豐富，經過優勝劣汰的選擇，目前被廣泛采用的都是原理簡單，可靠性高，運行維護方便的保護裝置。就我局目前采用的國外保護，功能利用率低，一套保護基本只選用一個保護功能。如alstom公司生產的p546保護裝置，就有自動重合閘、斷線保護、短引線保護、斷路器失靈保護、熱過負荷保護、過流零序保護、后備距離保護、變壓器饋線保護、分相電流差動保護等功能，但就

27、我局采用的保護就只有分相電流差動保護，其他動能均為得到有效利用。這樣選用從某種程度上考慮到裝置故障時不至于對系統產生重大影響，但是從無論從經濟上還是保護裝置的利用率，都是很大的浪費。其次，國外保護的操作界面都是英文，測控裝置中甚至還有其他語言，對運行人員要求較高，操作方法也較國產保護復雜。1.5 設計內容本次畢業設計的主要內容是對110kv礦區變電站主變壓器進行短路電流的計算、保護的配置及整定值的計算。參照電力系統繼電保護配置及整定計算，并依據繼電保護配置原理，對所選擇的保護進行整定和靈敏性校驗從而來確定方案中的保護是否適用來編寫的。 此次煤礦110kv變電所主變保護設計旨在對變電所保護做一個

28、整體的了解。該設計包括以下任務：1、負荷計算；2、主接線的設計；3、主變壓器的選擇；4、短路計算；5、導體和電氣設備的選擇；6、繼電保護的配置；7、主變壓器保護整定計算；8、保護原理plc外部接線及程序設計。由于編者水平有限，設計之中難免有些缺陷或錯誤，望批評指正。2 變電站負荷計算和無功補償的計算2.1 負荷計算的內容和意義負荷計算是供配電系統設計的基礎，一般需要計算設備容量、有功功率、無功功率、視在功率、計算電流，一級負荷、二級負荷等。1）計算負荷：也稱計算容量或最大需要負荷，它是個假定的等效的持續性負荷，其熱效應與同一時間內實際的不一定恒穩的負荷所產生的最大熱效應相等。2）一級、二級負荷

29、：用以確定變壓器的臺數和容量、備用電源或應急電源的形式、容量及配電系統的形式等。本廠為二級負荷。2.2 負荷統計潘北礦變電所原負荷表如下圖：表2-1 潘北礦變電所原負荷表（一）順序設備負荷名稱電壓（kv）高壓電動機總臺數/工作臺數設備容量型式額定容量(kva)總容量(kva)工作容量(kva)1主井提升機10同步40001/1400040002副井提升機10直流1700/22002/2390039003通風機10同步30002/1600030004壓風機10同步5505/4275022005瓦斯泵10同步8004/2320016006制冷降溫系統10200020007地面低壓負荷0.38800

30、08井下高壓負荷1060009變電所總計表2-1 潘北礦變電所原負荷表（二）順序設備負荷名稱需用系數（ox）costan使用容量pj（kw）qj（kvar）sj（ kva ）1主井提升機0.950.90.48380018244222.22副井提升機0.90.61.3335104668.358503通風機0.742-0.9-0.482226-1068.52473.34壓風機0.75-0.9-0.481650-7921833.35瓦斯泵0.750.750.881200105616006制冷降溫系統0.70.750.88140012321866.67地面低壓負荷0.80.750.8864005632

31、8533.38井下高壓負荷0.80.71.02480048966857.19變電所總計2498617447.833235.92.2.1 負荷等級的規定根據相關文獻，礦井電力負荷等級，應符合下列規定：1）一級負荷：主要通風機；井下主排水設備及下山開采的采區排水設備；升降人員的立井提升機；抽放瓦斯設備。以及對應的主機運行時必須的控制回路和輔助設備。2）二級負荷：主提升機(包括主提升帶式輸送機)；升降人員的斜井提升設備；主要空氣壓縮機；配有備用泵的消防泵；副井(或混合并)井口及井底設備；地面生產系統；鐵路裝車設備；井下主要電機車運輸設備；瓦斯噴出區域、高瓦斯礦井、煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井的

32、掘進工作面局部通風機；礦燈充電設備；井下電機車信號系統；井筒保溫及其供熱設備；礦井通信設備；單臺蒸發量為4th以上的鍋爐；無事故排出口的礦井污水泵；監控系統設備；井底水窩水泵；主井裝卸載設備；運煤索道的驅動機。以及對應的主機運轉時所必需的控制回路和輔助設備。3）三級負荷：不屬于一級、二級負荷的均為三級負荷。可見，潘北礦變電所原負荷表（表2-1）中幾乎全部為一、二級負荷。2.2.2 負荷計算變壓器低壓側的負荷計算：潘北礦變電所的原負荷表如表2-1所示，其中列出了各負荷的需用系數，需用系數公式如下： (2-1)式中計算負荷，就是以30min內平均值做出的負荷曲線上的最大負荷；同類用電設備組設備容量

33、的總和。其中，計算負荷不包含備用設備容量，各負荷計算如下。1）主井提升機額定容量，于是 (2-2) 2）副井提升機額定容量，于是 (2-3)3）通風機額定容量，于是 (2-4)4）壓風機額定容量=2200kva，=0.75，= -0.9，= -0.48，于是 (2-5) 5）瓦斯泵額定容量=1600kva，=0.75，=0.75，=0.88，于是 (2-6)6）制冷降溫系統額定容量=2000kva，=0.7，=0.75，=0.88，于是 (2-7)7）地面低壓負荷額定容量=8000kva，=0.8，=0.75，=0.88，于是 (2-8)8）井下高壓負荷額定容量=6000kva，=0.8，=0

34、.7，=1.02，于是 (2-9)各種設備的計算負荷如上，可以得出計算負荷的代數和 (2-10)各負荷工作基本是連續工作制，負荷較為平穩，根據1985年煤炭工業部關于頒發地方國營煤礦設計若干規定，取同期系數，于是計算負荷 (2-11)2.3 無功補償進行無功補償之前，變電所的總負荷的功率因數為自然功率因數，其值 (2-3-1)礦井用電負荷的功率因數，在變電所一次母線上應達到0.9以上，故需進行無功補償。取補償之后功率因數=0.95，應補充的無功功率是 (2-12)2.3.1 電容器（柜）臺數的確定根據實際情況本設計選用戶內型bwm10.5-100-1高壓并聯電容器10個裝成電容器柜，即800k

35、var的容量，則無功補償所需電容器柜總臺數n為 (2-13)式中單臺電容器柜的額定容量1000kvar，電容器的額定電壓10.5kv 電容器的實際工作電壓10kv確定電容器的總臺數時，應選取不小于計算值n的整數。由于電容器柜要分接在兩段母線上,且為了在每段母線上構成雙星形接線,因此每段母線上的電容器柜應分成相等的兩組,所以每段母線上每組的電容器柜數n為 (2-14)由2-14式可得n=8(臺)。2.3.2 補償后10kv側的實際功率因數因為電容器的臺數選擇與計算值不同，所以應計算補償后的實際功率因數。電容器的實際補償容量為： (2-15)式中qca電容器的實際補償容量，kvar 所選電容器的實

36、際臺數根據上式可得 (2-16)補償后變電所負荷的總無功功率為 (2-17)補償后變電所的負荷總容量 (2-18)補償后的功率因數 (2-19)由上式得，補償后的功率因數滿足要求。、-補償前變電所負荷的用功功率、無功功率的計算值，kw、kvar3 主接線的設計3.1 主接線設計原則電氣主接線的設計是發電廠或變電站電氣設計的主題。它與電力系統、電廠動能參數、基本原始資料以及電廠運行可靠性、經濟性的要求等密切相關，并對電氣設備選擇和布置、繼電保護和控制方式等都有較大的影響。因此，主接線設計，必須結合電力系統和發電廠和變電站的具體情況，全面分析有關影響因素，正確處理它們之間的關系，經過技術、經濟比較

37、，合理地選擇主接線方案。所以主接線設計主要考慮以下幾點。1）主變容量一般按變電所建成后510年的規劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期1020年的負荷發展。2）根據變電所所帶負荷的性質和電網結構來確定主變的容量。對于有重要負荷的變電所，應考慮一臺主變停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時間內，保證用戶的級和級負荷，對于一般變電所，當一臺主變停運時，其他變壓器容量應能保證全部負荷的70%80%。2）為了保證供電可靠性，變電所一般裝設兩臺主變，有條件的應考慮設三臺主變的可能性。3.2 主接線的方案與分析由負荷表負荷電壓可知，變電站一二次電壓等級：110kv、10kv。3.2.1 主變壓器高壓

38、側接線礦井變電所應采用雙回路110kv電源線路供電，并采用兩臺變壓器，由選擇條件可知外橋適用于線路較短和變壓器頻繁切換的情況；內橋適合線路較長、容易出現故障的情況；當變壓器容量較大時超出了隔離開關切合空載變壓器時必須采用全橋；分析設計的實際情況，煤礦是連續運行，負荷變動不大，考慮長遠發展問題，故采用全橋接線形式，如圖3-1。圖3-1 主變壓器高壓側接線形式3.2.2 主變壓器低壓側的接線 結合設計背景，容易知道變電所一二級負荷比例較大，必須保證電力系統的可靠性，一般對于主變壓器容量在10000kva以上的大型礦井變電所610kv側采用單母分段的接線形式。根據原始資料的分析，主變壓器容量較大，1

39、0kv負荷出線數較多，按照選擇原則選用單母分段接線，方案主接線圖如圖3-2。圖3-2 主變壓器低壓側接線形式4 主變壓器的選擇4.1 主變壓器選擇的原則1）主變容量一般按變電所建成后510年的規劃負荷來進行選擇，并適當考慮遠期1020年的負荷發展。2）根據變電所所帶負荷的性質和電網結構來確定主變的容量。對于有重要負荷的變電所，應考慮一臺主變停運時，其余變壓器容量在計及過負荷能力后的允許時間內，保證用戶的級和級負荷，對于一般變電所，當一臺主變停運時，其他變壓器容量應能保證全部負荷的70%80%。2）為了保證供電可靠性，變電所一般裝設兩臺主變，有條件的應考慮設三臺主變的可能性。4.2 主變壓器臺數

40、和容量的選擇具有一級負荷的變電所，應滿足用電負荷對供電可靠性的要求。根據煤炭工業設計規范規定，礦井變電所的主變壓器一般選用兩臺，當其中一臺停運時，另一臺主變壓器容量應能保證礦井全部一、二級負荷用電需要，即應能保證安全及原煤生產用電，并不得少于全礦負荷的80%，根據實際情況的需要在本設計中選擇了兩臺主變壓器，采用兩臺同時工作，互為備用的運行形式。依據礦井電力負荷等級的相關規定，潘北礦變電所負荷表（表2-1）中幾乎全部為一、二級負荷，對供電要求比較高，所以選擇兩臺主變壓器互為備用工作。變壓器的容量應該按下式計算：。根據上式，主變壓器型號的選擇應盡量考慮采用低損耗、高效率的變壓器，本設計選擇了sfz

41、10-25000/110主變壓器兩臺。4.3 變壓器的選型結果主變壓器選擇結果如下表：表4-1 主變型號及參數額定容量（kva）電壓組合（kv）聯結組標號空載損耗（kw）負載損耗（kw）空載電流短路阻抗（%）高壓分接低壓2500011081.25%10.5ynd1121.2104.60.210.5變壓器的負荷率為： （4-1）4.4 全礦總負荷計算變壓器損耗： （4-2）根據式2-11和2-18，從高變壓器高壓側看的全礦總負荷： （4-3）因此變壓器檢驗結果合格。實際的變壓器高壓側的功率因數： （4-4）5 短路電流的計算短路電流計算的方法，常用的有歐姆法（有稱有名單位制法）和標幺制法（又稱相

42、對單位制法），本設計中采用的是標幺制法。5.1 確定基準值選取基準容量：計算k1點取基準電壓，于是有基準電流 （5-1）計算k2點選取基準電壓10.5kv，即，于是有基準電流 （5-2）5.2 計算短路電路中各阻抗元件的標幺值k210.5kvk1110kv10kv負荷380v負荷電容補償負荷110kv380v10.5kv主井提升機副井提升機通風機壓風機瓦斯泵制冷降溫系統井下高壓負荷地面低壓系統 圖5-1 系統簡略圖 圖5-2 等效電路圖礦區供電電源是具有110kv出端的變電所，整個電力系統可視為一個無窮大容量電源，即電壓變動為零，內阻抗。就工礦供電原則，主變電所進線架空線的供電距離取一般不會太

43、遠，取供電距離l=5km。5.2.1 變電所導體線路阻抗的計算，由第六章的架空進線的選擇結果，lgj-150，l=50km，x0=0.397，架空線阻抗標幺值為， （5-3）阻抗標幺值很小，短路時可以不計，同樣可得10kv側的母線電纜阻抗較小，忽略不計。5.2.2 主變壓器電抗的計算 （5-4）5.3 短路電流的計算1）在110kv母線側點發生短路時，三相短路電流， （5-5）沖擊電流， （5-6） 短路容量， （5-7）2）在10kv母線側點發生短路時，架空線阻抗標幺值可忽略，k2至電源點的總阻抗， （5-8）三相短路電流， （5-9）沖擊電流， （5-10）短路容量， （5-11）5.4

44、沖擊電流的計算根據工礦企業電氣工程師手冊中所述，同步電動機總容量大于1000ka時，其應看成附加電源。在s2點發生短路時，計算沖擊短路電流應把電動機作為附加電源來考慮。a、主井提升機(同步)感應電動機的影響，工作容量：。 （5-12）-次暫態電抗，由表3-10工礦企業供電查的-基準容量，100mva-電動機容量，其中計算得，主提升機供給短路點的短路電流沖擊值為： （5-13）e”*-電動機次暫態電動勢，由工礦企業供電表3-10查的e”*=1.1kch-電動機反饋電流沖擊系數，對于高壓電動機取kch =1.41.6，對于低壓電動機取kch =1。其中 （5-14）電纜的電抗標幺值。礦區電纜的電抗

45、標幺值忽略不計，主井提供的短路電流沖擊值為 （5-15）b、副井提升機(直流)感應電動機的影響工作容量：其中，電動機至短路點的短路電流沖擊值為： （5-16）c、通風機（同步）對短路電流的影響，工作容量：其中， 電動機至短路點的短路電流沖擊值為： （5-17）d、壓風機（同步）對短路電流的影響，工作容量： 電動機至短路點的短路電流沖擊值為： （5-18）e、瓦斯泵（異步）對短路電流的影響，工作容量：，電動機至短路點的短路電流沖擊值為： （5-19）則電動機總的沖擊電流為： （5-20）則在10kv側點短路時沖擊電流在最大運行方式下為： （5-21）點的短路電流計算結果如下表。表5-1 短路電流

46、計算結果短路點基準電壓短路電流沖擊電流短路容量s(kv)(ka)(ka)(mva)1153.4868.89694.3610.59.7543.21177.326 導體和電氣設備的選擇6.1 高壓斷路器和隔離開關選擇6.1.1 110kv側高壓斷路器和隔離開關選擇1）額定電壓選擇：電壓， (6-1)2）額定電流選擇：根據變壓器在電壓降低5%時出力不變的特點，實際環境溫度多少？修正系數怎么辦？ (6-2)其中是經過斷路器的最大持續工作電流。3)、開斷電流選擇：根據式（5-3-2）， (6-3)根據發電廠電氣部分附錄及（6-1）至（6-3），選用斷路器型號為戶外型sw6-110/1000和gw4-11

47、0d/1000-80其數據如下表： 表6-1 110kv側斷路器和隔離開關選擇型號額定電壓kv額定電流a斷流容量mva額定斷流量ka極限通過電流ka熱穩定電流ka固有分閘時間s峰值5ssw4-110/10001101000350018.455210.06gw4-110d/1000-8011010008321.54)、斷路器熱穩定校驗：熱穩定條件，/由上式， 電弧持續時間取0.06s，熱穩定時間為：成立校驗條件，成立，熱穩定校驗合格。5)、斷路器動穩定校驗：成立，動穩定校驗合格。 選斷路器sw4-110/1000滿足要求。同樣方法驗校驗隔離開關gw4-110d/1000-80各項均滿足要求。6.

48、1.2 10kv側的高壓斷路器和隔離開關選擇1)、額定電壓選擇： (6-4)2)、額定電流選擇：根據變壓器在電壓降低5%時出力不變的特點， (6-5)其中是經過斷路器的最大持續工作電流。3)、開斷電流選擇：根據式（5-9）， (6-6)根據發電廠電氣部分附錄及（6-4）至（6-6），選用斷路器和隔離開關型號為sn10-10/2000和gn2-10/2000-85其數據如下表：表6-2 10kv側斷路器和隔離開關選擇型號額定電壓kv額定電流a斷流容量mva額定斷流量ka極限通過電流峰值（ka）熱穩定電流ka固有分閘時間ssn10-10/200010200075043.313043.3（4s）0.

49、06gn2-10/2000-851020008551(5s)4)、斷路器熱穩定校驗：繼電保護動作時間取后備保護動作時間，少油斷路器電弧持續時間取，由上表固有分閘時間全開斷時間，又。短路計算時間，校驗條件，成立，熱穩定校驗合格。5）斷路器動穩定校驗：成立，動穩定校驗合格。 選斷路器sn10-10/2000 滿足要求。同樣方法驗校驗隔離開關gn2-10/2000-85各項均滿足要求。6.2 互感器的選擇6.2.1 電流互感器的選擇電流互感器的選擇和配置應按下列條件：型式：電流互感器的型時應根據使用環境條件和產品情況選擇。對于620kv屋內配電裝置，可采用瓷絕緣結構和樹脂澆注絕緣結構的電流互感器。對

50、于35kv及以上配電裝置，一般采用油浸式瓷箱式絕緣結構的獨立式電流互感器。有條件時，應盡量采用套管式電流互感器。一次回路電壓： 一次回路電流：準確等級：要先知道電流互感器二次回路所接測量儀表的類型及對準確等級的要求，并按準確等級要求高的表計來選擇。二次負荷：式中，a、110kv側電流互感器的選擇110kv主變進線回路ct的選擇。1）一次回路額定電壓：2)、一次回路額定電流： （6-7）由此得，初選戶外電流互感器，其參數如下：表 6-3 lcwd-110電流互感器參數型號額定電流a級次組合準確級次二次負荷10%倍數1s熱穩定動穩定準確等級0.2v.a0.5135p10p二次負荷倍數電流倍數電流倍數v.alcwmd-1102200/5d /0.50.51.21.220751503）動穩定校驗:， 4）熱穩定校驗：成立，滿足熱穩定性要求。綜上所述，所選的電流互感器滿足動熱穩定性要求。110kv母聯ct的選擇：由于1