谢桥矿电网安全分析

中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名 学 号 学 院 应用技术学院应用技术学院 专 业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 06 106 1 班班 设计题目 谢桥矿电网安全分析谢桥矿电网安全分析 专 题 指导教师 刘建华刘建华 职 称 副教授副教授 2010 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 应用技术学院应用技术学院 专业年级 学生姓名 任任务务下下达达日日期期 2010 年年 3 月月 8 日日 毕业设计日期 毕业设计日期 2010 年年 3 月月 10 日至日至 2010 年年 6 月月 10 日日 毕业设计题目 毕业设计题目 谢桥矿电网安全分析谢桥矿电网安全分析 毕业设计专题题目 毕业设计专题题目 毕业设计主要内容和要求 毕业设计主要内容和要求 在学习掌握在学习掌握 PSASPPSASP 电力系统分析综合程序的基础上 针对谢桥电力系统分析综合程序的基础上 针对谢桥 矿电网实际情况 进行静态安全分析 矿电网实际情况 进行静态安全分析 具体要求如下 具体要求如下 熟练掌握电力系统分析综合程序熟练掌握电力系统分析综合程序 PSASPPSASP 的仿真建模 潮流计的仿真建模 潮流计 算 短路计算过程 算 短路计算过程 基于计算结果分别进行谢桥矿供电可靠性分析 供电能力分基于计算结果分别进行谢桥矿供电可靠性分析 供电能力分 析 供电经济性分析 析 供电经济性分析 针对谢桥矿电网存在的缺陷 提出改造方案 并进行仿真分针对谢桥矿电网存在的缺陷 提出改造方案 并进行仿真分 析 析 院长签字 指导教师签字 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 基础理论及基本技能的掌握 独立解决实际问题的能力 研究内容的理论依据和技术方法 取得的主要成果及创新点 工作态度及工作量 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 指导教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 选题的意义 基础理论及基本技能的掌握 综合运用所学 知识解决实际问题的能力 工作量的大小 取得的主要成果及创新点 写作的规 范程度 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 评阅教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 选题的意义 基础理论及基本技能的掌握 综合运用所学 知识解决实际问题的能力 工作量的大小 取得的主要成果及创新点 写作的规 范程度 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 评阅教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩 学院领导小组负责人 年 月 日 摘 要 电力是现代煤炭工业的主要动力 在煤炭生产中占有十分重要的地位 煤矿生产环 境的特殊性 使煤矿供电不仅直接影响企业的安全生产 而且关系着工作人员的人身安 全 因此煤矿电网的安全运行对于煤矿安全生产具有重要作用 本文在总结煤矿电网目 前存在的安全问题的基础上 以谢桥矿为例 针对煤矿高压电网系统进行了安全分析研 究 对促进供电管理从事后处理向预防控制转变 提高煤矿供电可靠性具有重要意义 本文采用谢桥矿电网数据 基于 PSASP 软件进行了电网建模仿真 以煤矿电网电源 的不同组合确定运行方式 可进行潮流计算 短路计算 利用计算结果分别分析各种运 行方式下的电网状态 可实现从系统整体角度对煤矿供电系统现状进行分析 从而更全 面的分析谢桥煤矿电网 具体来说是通过供电安全可靠性 供电能力 供电经济性分析 来实现的 本设计是基于供电安全可靠性 供电能力 供电经济性来分析的谢桥矿电网安全 利用建立的电网仿真模型 采用 PSASP 电力系统专用仿真计算软件 在现有的网络系统 各种运行方式下 通过潮流计算结果分析功率因数 母线节点电压 变压器负载率等参数 情况来进行供电安全可靠性分析 电网供电能力分析是通过人为设置负荷水平进行计算 考虑各种负荷条件下煤矿电网的供电能力 来了解谢桥矿电网适应未来负荷发展的能力 供电经济性分析是利用网损分析的结果来分析谢桥矿电网供电的经济性 为了全网降耗 本设计提出了无功优化方案 并做了增加无功补偿装置之后的仿真 分析 现场实效表明 电网安全分析能够发现煤矿电网薄弱环节和存在的安全问题 对 煤矿电网的安全可靠运行有很大帮助 具有重要的经济价值和推广价值 关键词 谢桥矿电网 PSASP 潮流计算 安全分析 ABSTRACT The electric power is the main force of the modern coal industry and produce in the coal in occupy a very important position The coal mine produces the special of environment and makes the coal mine power supply not only directly influenced the safe production of business enterprise but also related to the staff Personal Safety therefore the safe operation of coal mine power network has an important function to the coal mine safe production This text takes Xie Qiao Mine as an example in tallying up coal mine power network to exist currently of the foundation of safe problem and aimed at the coal mine high voltage power network system to carry on safety analysis research Prevention and control from changing post processing the power supply management to handle after being engaged in to raise coal mine power supply reliability to have important meaning This paper is used the power network data of Xie Qiao mine and carried on a power network model to based on the PSASP software really and circulated a way by the different combination assurance of coal mine power network power supply can carry on a power flow calculation short circuit calculation Utilization of a calculation results to analyze various operation method respectively as a result under of power network State can carry out to carry on analysis to the coal mine power supply system present condition from the system whole angle thus more overall analysis Xie Qiao coal mine power network This design is based on a power safety reliability power supply capability and power supply economics is to analytical power network safety of Xie Qiao mine Power safety reliability analysis be under various operation method pass a power flow calculation result analysis power factor bus node voltage parameters and transformer load rate etc power network power supply capability analysis is establish burden level to carry on a calculation through a factitiousness and consider various burden condition under the power supply capability of the coal mine power network understand Xie Qiao mine power network to adapt to in the future ability of carrying the development Power supply economics analysis is make use of net sun analysis of the result come to analytical charged barbed wire net power supply of Xie Qiao mine of economy For the consumption reduction of the whole netses this design put forward reactive power optimization project and did increment to have reactive power compensation after equiping of simulation analysis Real results expresses on the field the power network safety analysis can discover the coal mine power network weak link and the safe problem of existence and do a lot of good to the safe and dependable movement of coal mine power network and have important of economic value and expansion value Keyword Power Network of Xie Qiao Coal Mine PSASP Power Flow Calculation Security Analysis 目 录 1 绪论绪论 1 1 1 煤矿电网综述 1 1 2 PSASP 电力系统仿真软件简介 1 1 3 煤矿电网安全评价与分析的意义 2 1 4 本文主要研究工作 2 2 谢桥矿电网建模仿真与计算谢桥矿电网建模仿真与计算 3 2 1 高压供电系统基础参数的收集 3 2 1 1 谢桥矿电网电源 3 2 1 2 谢桥矿电网运行方式 3 2 2 电网建模仿真 4 2 2 1 谢桥矿基础参数 4 2 2 2 建模仿真 8 2 3 谢桥矿电网仿真计算 15 2 3 1 潮流计算 15 2 3 2 短路计算 19 2 4 煤矿电网安全分析综述 20 3 供电系统安全可靠性分析供电系统安全可靠性分析 22 3 1 正常运行方式 22 3 2 备用方式 1 23 3 3 备用方式 2 24 3 4 小结 24 4 供电能力分析供电能力分析 25 4 1 供电能力分析与评价 25 4 2 供电能力分析方法 25 4 3 小结 31 5 供电经济性分析供电经济性分析 33 5 1 正常运行方式 33 5 2 备用方式 1 34 5 3 备用方式 2 34 5 4 小结 35 6 谢桥矿电网无功优化分析谢桥矿电网无功优化分析 35 6 1 谢桥矿电网现状 35 6 2 无功优化方案 36 6 3 增加无功补偿装置之后的供电经济性分析 36 7 总结与展望总结与展望 44 参考文献参考文献 45 翻译部分翻译部分 46 英文原文 46 中文译文 55 致致 谢谢 62 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 0 页 1 绪论 1 1 煤矿电网综述 煤矿电网由地面变电所 井下中央变电所 采区变电所 移动变电站 采区配电点 以及彼此之间的电缆线路等组成 煤矿的安全生产离不开煤矿电网的安全运行 因此对 煤矿电网安全可靠性具有极其严格的要求 随着煤矿开采能力的提高 产量的增大 煤 矿用电负荷近些年急剧增加 许多煤矿由于多次扩产改造 造成供电系统复杂 运行稳 定性得不到保证 安全可靠性问题越来越突出 另外随着煤矿现代化装备水平的提高 大量电力电子设备在煤矿得到广泛应用 造成煤矿电网电能质量问题逐渐突出 例如大 容量设备启动造成的电压波动问题 变频设备造成的谐波污染问题等 煤矿生产环境 的特殊性 生产条件的恶劣性 导致煤炭企业对供电提出了更加严格 的要求 1 供电可靠性要求高 供电可靠就是要求不间断供电 供电间断时不仅会影 响矿井的原煤产量 而且可能损坏设备 甚至发生人身安全事故和造成矿井的破坏 例 如对煤矿中通风机 排水泵等用电设备 要求采用两个独立电源的双回路供电 既是为 了保证供电的可靠性 2 确保煤矿供电安全 煤矿供电安全含有两层含义 即防止人 身触电和防止由于电气设备的损坏和故障引起的电气火灾及瓦斯 煤尘爆炸事故 3 在确保安全可靠性前提下提高供电经济性 是指在保证供电可靠性及安全性要求的前提 下 使供电系统的投资和运行达到最佳的经济效益 2 3 4 1 2 PSASP 电力系统仿真软件简介 电力系统分析综合程序 Power System Analysis Software Package 简称 PSASP 是 一套历史长久 功能强大 使用方便 高度集成和开放的大型软件包 PSASP 基于电网 基础数据库 固定模型库以及用户自定义模型库的支持 可进行电力系统 输电系统 供 配电系统 的各种计算分析 PSASP 具有三层体系结构 第一层 公用数据和模型资源库 第二层 应用程序包 第三层 计算结果库和分析工具 PSASP 支持文本和图形两种录入编辑方式 PSASP 的电网基础数据包含发电机 变压器 交流线 负荷 直流线 静止无功补偿器等电网基本元件 可按地区 年度 运行方式提供各种分析 计算 PSASP 设计了功能强大的用户自定义 UD 建模方法 提供了利用自行建模来研究电 力系统新设备 新装置的有利途径 近年来国内多所大学和科研单位应用 PSASP 的 UD 功能做了大量的研究工作 所谓用户自定义建模方法是在无须了解程序内部结构和编程设计的条件下 用户可 按自己计算分析的需要 用工程技术人员熟悉的概念和容易掌握的方法 设计各种模型 使其在原则上可以灵活模拟任何系统元件 自动装置和控制功能 基于公用资源的交直流电力系统分析程序包 有以下应用功能 潮流计算 暂态稳 定 短路电流 网损分析 电压稳定 静态安全分析 静态和动态等值 直接法暂态稳 定 小干扰稳定 最优潮流和无功优化 参数优化协调 继电保护整定与仿真 主要特点 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 1 页 支持交直流混合电力系统 支持固定模型库和用户自定义模型库 提供用户程序接口 实现与用户程序联合运行 提供文本和图形两种运行模式及多种形式的结果输出 开放友好的用户程序接口环境 PSASP 提供用户程序接口 UPI 环境 使 PSASP 模块和用户程序模块联合运行 共同 完成某一计算任务 1 3 煤矿电网安全评价与分析的意义 目前 国内煤矿产能提高幅度很大 但地质条件趋于复杂 为保证安全高效生产 对矿井供电可靠性 供电质量的要求很高 由于煤矿电网底子薄弱 随着煤矿电网的迅 速发展 电网结构不尽合理 抵御故障能力很弱 给电网安全稳定运行带来很大威胁 加重了供电运行管理人员的工作 例如随着系统不断扩容 造成电网结构复杂 继电保 护整定困难 故障处理困难 事故原因分析困难等 另外一些煤矿供电系统时有发生高 低压越级跳闸事故 接地故障无选择性跳闸事故 短路故障造成正常线路跳闸事故等 为适应电网的快速发展 安全管理必须从传统管理向现代化管理转变 安全工作的 侧重点也应从事后处理向过程控制转变 真正做到预防为主 查清安全生产薄弱环节和 危险因素 做到未雨绸缪 心中有数 避免头疼医头 脚疼医脚的短期行为 因此针对 煤矿电网系统进行整体安全评价与分析意义重大 煤矿电网分析针对煤矿高压电网特点 通过测试 分析等手段对煤矿高压供电系统 的现状进行分析研究 通过对煤矿供电系统进行仿真建模 可实现从系统整体角度对煤 矿供电系统供电可靠性 供电能力 供电经济性等几个方面进行专题分析与综合评价 在分析基础上找出系统存在的问题及安全隐患 为进一步改造或扩容提供建议与方案 同时利用分析结果确定紧急预案 进一步提高供电系统可靠性 确保煤矿安全生产 1 4 本文主要研究工作 通过深入煤矿现场了解和调研 本文总结了煤矿电网目前存在的安全问题 结合这 些问题 通过对谢桥煤矿电网的测试 基础参数的收集 采用 PSASP 专用软件 建立谢 桥煤矿电网模型 进行潮流计算 短路计算 网损分析 利用计算结果对谢桥煤矿电网 的安全可靠性 供电能力 供电经济性进行了全面分析 具体工作如下 1 详细介绍了谢桥矿高压供电系统的建模仿真与计算 首先是对煤矿电网基础参数的 收集 包括谢桥矿电网电源 电网运行方式 基础数据 其次基于 PSASP 的电力系统单 线图的绘制及数据编辑的方式下 把谢桥矿供电系统图及相应参数输入 然后进行潮流 短路等计算 2 分析计算结果 并在正常运行及有备用运方式下对电网安全性进行分析 分别从以 下三个方面进行分析 1 供电安全可靠性分析 2 供电能力分析 3 供电经济性分析 供电安全可靠性分析就是在各种运行方式下 通过潮流计算结果分析功率因数 母线节 点电压 变压器负载率等参数 电网供电能力分析是通过人为设置负荷水平进行计算 考 虑各种负荷条件下煤矿电网的供电能力 来了解谢桥矿电网适应未来负荷发展的能力 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 2 页 供电经济性分析是利用网损分析的结果来分析谢桥矿电网供电的经济性 3 为了全网降耗 本设计提出了无功优化方案 并做了增加无功补偿装置之后的仿真 分析 2 谢桥矿电网建模仿真与计算 2 1 高压供电系统基础参数的收集 煤矿电网基础参数的收集是整个分析中的重要组成部分之一 分析的主要内容是通 过对煤矿电网建模 进行仿真计算 并依据仿真计算结果进行分析 对高压供电系统的 现状进行评价与优化 所以建模是整个分析的基础 而电网基础数据的收集又是建模的 前提 只有取得最贴合实际的第一手电网数据 才能确保建模的仿真性 从而保证整个 分析的科学性和实际性 建模一般需要以下参数 1 系统参数 系统接线图 进线在各种运行方式下的相关参数 比如系统进线的最大及最小短路 容量 各个设备 发电机 变压器 线路 断路器 电动机等 参数及运行情况 2 负荷情况 各条供电线路一段时间的负荷数据或正常负荷情况并附相关系统运行情况 3 保护配置 二次接线图和各个保护的配置情况 现有的继电保护整定书 现在采用的整定值 各个保护的说明书等 4 存在问题 已经发现的问题及故障时的相关资料 2 1 12 1 1 谢桥矿电网电源谢桥矿电网电源 谢桥煤矿地面共有三座变电所 35kV 南一变电所 35kV 矿里变电所 6kV 南二变电 所 南一变电所 35kV 电源由上级姬村变电所 516 供电 线路型号为 LGJ 95 长度为 9 2km 矿里变电所 35kV 电源由上级姬村变电所 518 515 供电 线路型号分别为 LGJ 185 LGJ 185 长度分别为 10km 10km 南二变电所 6kV 电源由南一变电所 607 610 616 供电 线路型号分别为 LGJ 240 LGJ 120 VLV29 600 长度都为 2 5km 谢桥矿两个 35kV 变电所内分别装有两台主变 其中南一变电所两台主变型号为 S9 10000 35 原副边额定电压比为 35 6 3 容量为 10000kVA 并装设有 6kV 无功补偿电容 器组 1200kVar 两组 分别接于 6kV 的两段母线 矿里变电所两台主变型号为 SFZ7 12500 35 原副边额定电压比为 35 6 3 容量为 12500kVA 2 1 22 1 2 谢桥矿电网运行谢桥矿电网运行方式方式 煤矿电网运行方式的分析是煤矿电网安全评价与分析体系中非常重要的一个环节 确定电网运行方式的原则是根据煤矿电网电源的不同组合 依据目标煤矿具体情况去除 不可能出现的组合 再加上系统扩容和增加电源两种方式 在对煤矿电网进行建模分析 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 3 页 时 要在上述原则下 依照煤矿电网具体情况做变化 保证囊括全部的运行方式 又不 做无用的工作 根据谢桥矿电网的具体情况 可以确定有三种运行方式 正常运行方式为 南一变电所和矿里变电所的四台主变同时运行 南一变电所和矿 里变电所的联络线断开 南二变电所由南一变电所 607 610 线路供电 三所变电所内部 的 35kV 母联和 6kV 母联全部受电 备用运行方式 1 为 南一变电所和矿里变电所的四台主变同时运行 南一变电所和 矿里变电所的联络线闭合 由进线 515 或者 518 单独带全矿 南二变电所由南一变电所 607 610 供电 三所变电所内部的 35kV 母联和 6kV 母联全部受电 备用运行方式 2 为 南一变电所和矿里变电所的四台主变同时运行 南一变电所和 矿里变电所的联络线断开 由进线 515 或者 518 单独带全矿 南二变电所由南一变电所 607 610 供电 三所变电所内部的 35kV 母联和 6kV 母联全部受电 2 2 电网建模仿真 建模就是把一个实际系统模型化的过程 建立的模型主要应用于分析和改善实际系 统 预测或预报实际系统的某些状态的未来发展趋势 对系统实行最优控制 煤矿电网是一个复杂的工程类大系统 要建立煤矿电网模型对其进行仿真计算分析 需要尽可能真实地模拟煤矿电网的原型 但是又没必要也不可能完全表现出煤矿电网的 所有细节 必须对煤矿电网进行相应的简化 能达到反应煤矿电网的本质 完成分析评 价任务的目的即可 本文采用面向对象的分析方法 利用混合法 采用推理 统计 实 验等手段建立煤矿电网的仿真模型 例如 通过统计负荷的功率变化 确定负荷的模型 并计算推理得到负荷的参数 通过查询国家标准 系统特征得到交流线的模型和参数 2 2 12 2 1 谢桥矿基础参数谢桥矿基础参数 通过对谢桥矿电网的实地调研 得到了第一手资料 并通过汇总整理 得到了谢桥 矿电网的基础数据 母线数据 是最基本的数据 其它元件均与母线相连 最重要的数据是基准电压的 填写 基准电压一般选系统标幺值计算所取的平均额定电压 部分母线电压数据如表 2 1 表2 1母线基准电压 母线电压名称基准电压 KV 南一变电所37 南二变电所6 3 矿里变电所37 井下 6 3 井下 6 3 井下 6 3 35KV母线137 35KV母线237 35KV母线337 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 4 页 35KV母线437 南一6KV母线16 3 南一6KV母线26 3 矿里6KV母线16 3 矿里6KV母线26 3 6106 3 6166 3 6076 3 T 106 3 21866 3 16406 3 14506 3 16386 3 21446 3 616南二风井 6 3 616南二风井 6 3 616南二风井 6 3 21786 3 T 96 3 21856 3 15746 3 15726 3 08726 3 21816 3 19586 3 交流线数据 基本项 连接信息和线路阻抗是必要数据 必须填写 线路阻抗只要填写线路长度 R1 X1后点击阻抗计算即可得到线路阻抗 如表 2 2 所示 表2 2交流线数据 交流线名称基准电压 KV 长度 KM R1 ohm km X1 ohm km 进线1379 2000 3320 356 进线23710 0000 1700 365 进线33710 0000 1700 365 AC 16 30 1600 4070 105 AC 26 30 2400 4070 105 AC 1196 32 5000 2630 347 AC 1186 32 5000 2630 347 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 5 页 AC 56 33 0000 3320 356 AC 1176 32 5000 2630 347 AC 76 35 0000 2630 347 AC 116 30 1600 4070 105 AC 126 30 1600 4070 105 AC 1166 30 3000 5010 112 AC 136 30 2000 5010 112 AC 756 30 3000 5010 112 AC 146 30 2000 5010 112 AC 166 30 1000 4350 107 AC 216 30 7900 1450 093 AC 226 30 7900 1450 093 AC 876 30 1800 1810 095 变压器数据 基本项 连接信息 阻抗和变比是必要数据 必须填写 这些信息由相 关手册查到 具体情况如图表2 3所示 表2 3变压器数据 变压器名称连接方式额定容量 MVA 短路P KW V 空载P0 KW I0 南一主变1 Y D10 00048 650 0 64010 050 0 640 南一主变2 Y D10 00048 650 0 64010 050 0 640 矿里主变1 Y D12 50066 500 8 00017 000 1 000 矿里主变2 Y D12 50066 500 8 00017 000 1 000 T2w 89Y D0 3152 200 4 0001 400 2 500 T2w 85Y D0 3152 200 4 0001 400 2 500 T2w 86Y D0 5003 100 4 0001 900 2 000 T2w 45Y D0 3152 200 4 0001 400 2 500 T2w 64Y D0 5003 100 4 0001 900 2 000 T2w 49Y D0 5003 100 4 0001 900 2 000 变压器名称R1X1TkGmBm 南一主变1 0 00048650 007651 000000 010050 064 南一主变2 0 00048650 007651 000000 010050 064 矿里主变1 0 0004260 0064001 000000 017000 12500 矿里主变2 0 0004260 0064001 000000 017000 12500 T2w 890 0221720 1269841 000000 0014000 007875 T2w 850 0221720 1269841 000000 0014000 007875 T2w 860 0124000 0800001 000000 0019000 01000 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 6 页 T2w 450 0221720 1269841 000000 0014000 007875 T2w 640 0124000 0800001 000000 0019000 01000 T2w 490 0124000 0800001 000000 0019000 01000 负荷数据 各条供电线路一段时间的负荷数据或正常负荷情况 地面负荷直接按显示屏显示的 数据进行填写 井下负荷按下述方法计算求得 U给定 I取24小时平均值IaN aNN UIP3 NXL PKP cos LL PQ 需用系数 功率因数 X K cos 部分负荷功率因数 需用系数如下表2 4所示 表2 4负荷功率因数 需用系数 负荷名称 X K cos 皮带 绞车0 70 75 水泵0 750 75 风扇0 750 8 表2 5部分负荷数据 负荷名称P MVA Q Mvar 618动力变南台1 0 3000000 079000 612工人村0 3100000 305066 604西风井10 4498500 131200 627动力变北台20 4000000 080000 631滤波装置1 1250000 282050 629滤波装置1 1250000 282050 617工广变20 2721900 161833 611压风机21 8120330 412966 605主井20 0822100 018740 6160 7200000 734200 6071 0000001 020000 1505二采主机巷0 0170000 017337 1565二采充电室0 0100000 010200 0884一队付扇0 0070000 009750 84下皮带0 0150000 015500 84下水泵0 1000000 133100 817 2 0 0100000 013700 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 7 页 一回路局专0 0081250 006000 863集中巷0 0166660 008748 863风巷0 0100000 010200 10050 0142500 014537 第四部强力皮带0 0560000 057130 二回路局扇0 0100000 010333 工程处5队风联0 0700000 071400 11 13队风联0 0100000 010196 一回路局扇0 0100000 010200 下山皮带0 0600000 061200 865风联0 0370000 037750 862局扇0 0040000 004080 863机巷0 0095000 009690 861皮带0 0103750 007782 861局扇0 0055000 007320 865工作面机巷0 0162500 012187 2 2 22 2 2 建模仿真建模仿真 有了谢桥矿的基础参数 那么第二步就是建模仿真 打开电力系统程序 PSASP 可 以直接进入系统单线图编辑界面 1 元件的绘制 依据电力系统单线图的各种元件的电气接线特征 可将这些元件划分为若干类 母 线 单端元件 双端元件 三端元件等 以下分别说明这几类元件的绘制方法 1 母线 母线是系统单线图中最基本的元件 其他元件都必须在它之后绘制 母线在单线图 中用一条线段表示 母线的绘制步骤为 从菜单 元件 中选取 母线 或者在工具箱中点击 绘制母线 按钮 此时鼠标形状 变为母线形状 移动鼠标至合适的起点 按下鼠标左键 拖拽鼠标至终点 松开鼠标左键 此 时弹出一个对话框 要求指定该母线的名称 该窗口中的下拉组合框列出所有存在与数 据库中但尚未绘制的母线名 可以选取母线名 也可以输入新的母线名 窗口如下 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 8 页 图 2 1 母线名窗口 图 2 2 母线数据 指定母线名后 若点击 确定 按钮 弹出该母线的数据窗口 参见图 2 2 在数据 窗口中建立新数据 完成此次绘图操作 2 单端元件 发电机 负荷 并联电抗器和并联电容器属于单端元件 这几种元件的共同特点是 只与一条母线相连 因此其一端固定于母线上 另一端可以自由移动 绘制此类元件之 前 必须首先绘制其所连母线 单端元件最多可以包括两段首尾相连的水平和竖直线段 现以负荷为例说明此类元件的绘制步骤 1 从菜单 元件 中选取 负荷 或者在工具箱中点击 绘制负荷 按钮 此时鼠标形状变 为负荷形状 2 移动鼠标是鼠标中的小十字行位于某一母线上 按下鼠标左键 拖拽鼠标 可拐 弯一次 若想在某处拐弯 则须点击鼠标右键 不要松开左键 至合适位置松开鼠标 左键 此时负荷绘图完成 双击负荷 进行数据输入 3 弹出该负荷的数据窗口 参见 2 3 负荷数据 在数据窗口中建立新数据 完成此 次 图操作 注意 由于一个母线只能挂一台发电机 因此画发电机时 无须指定发电 机编号 3 双端元件 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 9 页 交流线 支流线 双绕组变压器和移相变压器都属于双端元件 这几种元件的共同 特点是 它们的起点和终点必须分别连在不同的母线上 绘制此类元件之前 必须首先 绘制其两侧母线 此类元件可由多段首尾相连的水平或竖直线段组成 其中交流线和直 流线最多可由七段线组成 两绕组变压器和移相变压器最多可由三段线组成 现以交流 线为例说明双端元件的绘制步骤 从菜单 元件 中选取 交流线 或者在工具箱中点击 绘制交流线 按钮 此时鼠标 形态变为交流线形状 在适当位置连接到两条母线上 双击交流线进入数据编辑窗口编辑如图 图 2 4 在数据窗口中建立新数据 点击物理描述进行编辑如图 2 5 完成此次绘图操作 图 2 3 负荷数据 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 10 页 图 2 4 交流线数据 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 11 页 图 2 5 交流线物理描述 经过数据整理及仿真计算 建立谢桥矿电网仿真模型如图 2 6 至图 2 11 所示 图 2 6 南一变电所仿真模型 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 12 页 图 2 7 矿里变电所仿真模型 图 2 8 南二变电所及南二井下变电所仿真模型 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 13 页 图 2 9 矿里变电所井下 仿真模型 图 2 10 矿里变电所井下 仿真模型 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 14 页 图 2 11 矿里变电所井下 仿真模型 2 3 谢桥矿电网仿真计算 电力系统分析是通过各种电力系统计算来完成对电力系统运行状态的分析 评价 本文应用的主要是潮流计算 短路计算 2 3 12 3 1 潮流计算潮流计算 潮流计算是根据给定的电网结构 参数和发电机 负荷等元件的运行条件 确定电 力系统各部分稳态运行状态参数的计算 电力系统潮流计算是电能系统分析中最基本最 重要的计算 是电能系统运行 规划以及安全性 可靠性和优化的基础 也是各种电磁 暂态和机电暂态分析的基础和出发点 潮流计算用以研究系统规划和运行中提出的各种 问题 对规划中的电力系统 通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满 足各种运行方式下的要求 对运行中的电力系统 通过潮流计算可以预知各种负荷变化 和网络结构的改变会不会危及系统的安全 系统中的所有母线的电压是否在允许的范围 以内 系统中各种元件 线路 变压器等 是否会出现过负荷 以及可能出现过负荷时 应事先采取哪些预防措施等 由于煤矿供电系统结构的复杂性 以怎样一种方式运行最为安全 经济 预想事故 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 15 页 对策等等则成为必然 潮流分析可以根据给定的运行条件及系统接线情况确定整个电力 系统各部分的运行状态 电力系统规划和运行方式的研究中 都需要利用潮流计算来定 量地分析比较供电方案或运行方式的合理性 可靠性和经济性 电力系统分析综合程序 PSASP 是可以通过计算机解决这些复杂计算的软件 应用 PSASP 可以大大缩短了各 种计算的时间 而且提高了计算精度 本设计主要阐述 PSASP 的用法以及应用 PSASP 对 复杂的电力网进行潮流计算 PSASP 进行潮流计算时首先在同一数据组中建立基础数据 库 定义方案及潮流作业 然后执行计算 潮流计算也为网损计算 静态安全分析 暂 态稳定计算 小干扰静态稳定计算 短路计算 静态和动态等值计算等各种计算打下基 础 潮流计算方法主要有 PQ 分解法 牛顿法 最佳乘子法 电流法 PQ 分解法转牛 顿法 PSASP 潮流计算的流程结构如下图 2 12 数据录入和编辑 电网基础数据 计算作业的定 电 网结构 运行方式 和计算控制 执行计算 计算结果库 结果的编辑和输出 文本方式 文本方式 图形方式 图形方式 文本方式 文本方式 文本方式 文本方式 图形方式 图形方式 图形方式 图形方式 短路计算 短路计算 各种计算公共部分 各种计算公共部分 图 2 12 潮流计算流程结构图 说明 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 16 页 虚线以上是各种计算 潮流 暂态稳定 短路等 的公共部分 即基础数据准备 可通过文本和图形两种方式建立和编辑 最终生成可供各种计算分析的电网基础数据库 虚线以下为潮流计算特有的部分 其中需要用户参与的有两部分 其一是计算作业的定义 即确定电网的结构 运行方式及计算的控制 计算方法 迭代误差 控制功能的投入等 这里有文本和图形两种方式支持 其二是计算结果的编辑和输出 即选择输出的范围和内容 这里有文本和图形两种 方式 潮流计算步骤 1 方案定义 当电网系统单线图的绘制和数据编辑输入已经完成后 可以进行方案定义 单击菜 单 元件数据 点击方案定义 弹出方案定义窗口如图 图 2 13 单击确定即可 图 2 13 方案定义 2 潮流作业定义和计算 点击潮流计算按钮 进入到潮流作业定义工具栏 正常运行方式下作业定义 填写 作业名为作业 1 方案名 229 等信息 单击确定完成潮流计算信息 如图 2 14 所示 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 17 页 图 2 14 潮流计算作业定义 图 2 15 潮流结果报表输出选项卡 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 18 页 图 2 16 报表输出 点击 计算 按钮 执行作业 1 的潮流计算 在计算过程窗口中显示迭代过程 3 流计算结果输出 对潮流计算结果进行报表输出 图 2 15 2 16 备用方式 1 和备用方式 2 的方案定义 和潮流作业定义方法相同 只需改变系统单线图的运行接线方式即可 在此不再累述 2 3 22 3 2 短路计算短路计算 短路是指由于电气设备绝缘损坏 或由于运行不当 或出于人为和自然灾害的破坏 等导致相与相或相与地之间发生短接 这种短接会使电流急剧增大 电压大幅度下降并 进一步造成电气设备的损坏 电动机的停转或过负荷 电力系统中的功率平衡受到剧烈 扰动而导致系统失去稳定等 短路计算就是在某种故障下 求出流过短路点的故障电流 电压及其分布的计算 短路计算的用途 1 电气主接线方案的比较与选择 或确定是否需要采取限制短路电流的措施 2 电气设备及载流导体的动热稳定校验和开关电器 管型避雷器等的开断能力的校验 3 接地装置的设计 4 继电保护装置的设计与整定 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 19 页 5 输电线对通讯线路的影响 6 故障分析 求解短路电流的一般方法是 利用对称分量法实现 ABC 系统与 120 系统参数转换 列出正 负 零序网络方程 推导出故障点的边界方程 将网络方程与边界条件方程联 立求解 求出短路电流及其他分量 PSASP 下短路计算主要步骤 1 首先对谢桥电网结构 参数进行分析 然后通过 电力系统设计手册 查得电网中 各元件的电气参数 2 在 PSASP 环境下 建立计算所需的基础数据库 方法是直接在图形方式下建立 即每画一个元件即建立起数据库 本文采用图形方式建立数据库 3 定义短路计算方案及作业 正常运行方式 备用方式 1 备用方式 2 4 执行短路计算并输出短路结果 5 分析各方案短路计算结果 2 4 煤矿电网安全分析综述 煤矿电网安全分析与评价体系所包含的内容 分为煤矿电网稳态 暂态和其它三部 分组成 但本文后续章节只针对稳态进行分析与评价 煤矿电网稳态分析与评价 煤矿电网稳态分析与评价是通过对目标煤矿电网参数的 收集 在电力系统仿真软件平台上建立目标煤矿电网潮流计算模型 最优潮流计算模型 短路计算模型 结合目标煤矿电网稳态方面表现出的故障 全面分析该煤矿电网稳态运 行状态 分析故障原因并找出存在的安全隐患 提出合理的整改措施 稳态分析与评价 可以包括以下几个方面 1 煤矿电网供电能力分析与评价 对煤矿电网的安全评价首先从电网供电能力入手 从整体上对其供电能力进行分析 评价 无论是单个煤矿电网 还是一个煤矿集团电网 电网的主架结构都可以抽象成电 源 变压器 线路 负荷这样的简单系统 对目标煤矿电网 综合比较电源情况 主网 架结构和负荷水平三个方面 通过简单计算 从电源功率分担 变压器负载率角度对其 进行供电能力评价 2 煤矿电网运行方式分析与评价 目前全国大部分大中型煤矿或为新建或是经过不断的改造 都拥有自备电厂 这样 煤矿高压供电系统的电源就不再仅仅是上级电网单独供电 煤矿自备电厂发电机会定期 轮换检修 煤矿供电系统的电源也就经常变化 也就是运行方式经常变化 但是煤矿电 网工作人员接触的只是煤矿电网正常供电时的状态 在日常工作中负责某项具体工作 缺少对煤矿电网全局的把握 所以在软件平台上建立仿真模型 通过仿真计算 模拟电 网的各种不同运行方式 可以为煤矿工作人员提供重要的参考 进一步确保煤矿供配电 的安全性 因此 煤矿电网运行方式的分析是煤矿电网安全评价与分析体系中非常重要 的一个环节 确定电网运行方式的原则是根据煤矿电网电源的不同组合 依据目标煤矿具体情况 去除不可能出现的组合 再加上系统扩容和增加电源两种方式 在对煤矿电网进行建模 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计 第 20 页 分析时 要在上述原则下 依照煤矿电网具体情况做变化 保证囊括全部的运行方式 又不做无用的工作 确定了运行方式之后 要进行的下一步工作就是利用电力系统仿真软件工具 建立 要进行分析的煤矿电网的模型 利用该模型分别进行潮流计算 短路计算 静态 N 1 计 算 通过分析结果对煤矿电网做出评价 找出存在的安全隐患 并提出合理的整改措施 通过潮流计算结果分析煤矿电网的运行状态 可以得知各种负荷变化和网络结构的改变 会不会危及系统的安全 系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内 系统中各种元 件 线路 变压器等 是否会出现过负荷等等 通过短路计算 可以对电气设备及载流导体 的动热稳定性和开关电器 管型避雷器等的开断能力进行校验或进行故障分析 通过静 态 N 1 计算 可以校验系统的网架结构是否安全可靠 3 煤矿电网无功优化分析 无功功率用于电路内电场与磁场的交换 并用来在电气设备中建立和维持磁场的电 功率 没有无功功率 电动