2019年煤矿110kV变电所副井保护本科论文.doc

1、安徽理工大学毕业设计安和里工大嚳ANHUI LN1VEKSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY本科毕业设计说明书煤矿110kV变电所副井保护系统设计110KV COAL MINE TRANSFORMER SUBSTATIONAUXILIARY SHAFT P ROTECTION SYSTEM DESIGNI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08-6班邱国强学生姓名:指导教师:杨岸副教授2012年5月25日副井保护系统设计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

2、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。本论文介绍了矿井提升机及其继电保护保护装置，指出了矿井提升机继电保护装置 的必要性。然后介绍了继电保护的原理，再结合实际情况，提出了一套运用PLC技术来设计矿井提升机综合继电保护装置的方案。该套综合后备保护装置的原理为：通过采集各种信号，由软件程序进行处理，并判断是否动作及报警，处理后的数据用于显示和 存储查询。文中着重继电保护装置的硬件和软件设计进行了分析和说明，其中软件设计是该装 置的控制部分，硬件是该装置的执行部分。另外给出了硬件的组成图

3、及程序框图和程序 流程图。关键字：继电保护，PLC微机监控安徽理工大学毕业设计110KV COAL MINE TRANSFORMER SUBSTATIONAUXILIARY SHAFT P ROTECTION SYSTEM DESIGNABSTRACTThe graduation project is about changing power distributen substation transformer substation monitoring system design and microprocessor-based pr otecti on systems content. A

4、mong them, the part of distributi on desig n cha nge to the 3rd Mine of Pan,Huai-nan Mining Industry,the distribution for the selecti on of subjects related to compu ti ng and the calculati on of relay p rotecti on. Major equipment such as main tra nsformers incoming lin es, bus bar and switchgear f

5、or the selection of calculation and check.The part of micro processor-based protectio n system desig n, selected PLC hardware system con figurati on and software desig n.This paper introduces the auxiliary shaft hoist and its protective relaying pr otecti on device .The paper points out that mine ho

6、ist relay pr otecti on device is n ecessary .The nit in troduces the prin ci pie of relay pr otecti on, comb ined with the actual situati on, prop osed a set of using sin gle chip compu ter tech no logy to the desig n of mi ne hoister syn thetic p rotecti on device for. The in tegrated back up pr ot

7、ective devices principle is: through the acquisiti on of a variety of sig nals, a software p rogram for treatme nt, and determ ine whether the acti on and alarm, the pr ocessed data is dis played and stored for query.This paper focuses on the relay p rotecti on device hardware and software are in tr

8、oduced and an alyzed.The software desig n is the p orti on of the con trolled apparatus, hardware is the operative portion of the devices. Furthermore the hardware structure and p rogram flow diagram and the p rogram flow diagram are give n.Keywords: Relay, PLC , Microcomputer monitoringII安徽理工大学毕业设计

9、1摘要目录ABSTRACT 1绪论1.1概述1.2副井提升机继电保护要求 1.3副井监控系统的任务1.4微机监控系统的组成及特点 1.4.1微机监控保护系统的组成.1.4.2微机监控保护系统的特点.2副井变电所一次设备选型2.1总体负荷计算2.2无功补偿的目的2.3无功补偿的计算2.4主变压器的选型2.4.1主变压器选择原则2.4.2主变台数的选择2.4.3主变压器容量的选择3主接线方案的确定3.1电气主接线的设计原则3.1.1安全性要求3.1.2可靠性要求 3.1.3灵活性要求3.1.4经济性要求3.2电气主接线的设计步骤3.3电气主接线的选择3.4导线的选择3.4.1选择的方法3.4.2气

10、候条件3.4.3高压架空线的选择3.4.4配电母线到变电所的电缆选择3.4.5线路上的电压和功率损失.II111111111212ii安徽理工大学毕业设计13346高压开关柜的选择3.4.7其它设备的选择4短路电流的计算及设备校验 4.1绘制计算电路4.2短路电流计算4.2.1最大运行方式下的计算 4.2.2高压开关柜的选择及10kV电缆的选择4.3电气设备的选择和校验4.3.1选择与校验电器的原则 4.3.2 10kV高压电气设备的选择与校验.4.3.3断路器的选择与校验4.3.4负荷开关的选择和校验 4.3.5 10kV母线的选择和校验5副井的继电保护5.1电流速断保护5.2过流保护5.2

11、.1过电流保护的整定计算 5.2.2灵敏度检验5.3零序电流保护5.4三相一次重合闸6.硬件设计6.1设备的功能要求6.1.1传统设计方案的缺点 6.1.2新方法的引入 6.2硬件设计电路6.2.1 S7-200系统概述 6.2.2 S7-200系列PLC的特点及产品类型.6.2.3 S7-200系列PLC的基本硬件组成.6.3可编程控制器基本结构6.3.1 CPU 模块6.3.2存储器6.3.3输入/输出模块6.3.4电源模块6.3.5底板与机架 141415151617202021212121232324252525262727272727272828303030313132iv安徽理工大

12、学毕业设计32636可编程控制器系统的其他设备6.4系统硬件电路设计6.4.1主保护板的设计6.4.2人机接口板电路的设计 7软件流程7.1 PLC的工作过程7.1.1输入采样阶段7.1.2用户程序执行阶段 7.1.3输出刷新阶段7.2软件设计总体结构7.3主保护程序软件设计7.4故障判断处理程序7.5人机接口的通信8设计线路图8.1 NSP788测量回路8.2操作回路，信号回路8.2.1合闸操作8.2.2跳闸操作8.3断路器防跳8.4断路器信号回路和辅助回路 8.5储能回路总结参考文献致谢3232353838383838393941424343444545454647484950vi安徽理工

13、大学毕业设计1绪论1.1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

14、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。本课题针对副井提升机继电保护，对其供电进线中各种主要设备和二次保护进行研 究和设计。涉及

15、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，其中以副井提升机进线的微机保护及监控作为重点。1.2副井提升机继电保护要求继电保护的基本要求有四项：A）可靠性：保护动作在应当动作时可靠动作，非动作情况下应不动作。B）选择性：首先由故障设备或线路本身的保护切除故障，保证无故障设备继续运 行，当故障设备或线路本身的保护或断路器等拒动时，允许有相邻设备或线路的保护或 断路器等设备切除故障部分。C）灵敏性：在设备或线路的保护范围内发生故障时，保护装置应有必要的灵敏系 数以保障其保护的可靠

16、运作。D）速动性：保护装置能尽快切除故障以提高系统的稳定性，减轻故障设备和线路 的损坏程度，缩小故障波及范围，提高重合闸和备用电源或备用设备自动投入的效果。 然而随着微机技术的不断发展，特别是网络技术的应用，使得继电保护向网络化智 能化发展，相应的，变电所远程监控与保护系统的覆盖范围越来越广，功能也越来越强 大。本课题下讨论的关于副井提升机继电保护的变电所微机远程监控与保护系统有如下 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

17、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）远程控制与操作：可依照既定保护方案以程序控制方式对断路器进行自动操作, 或者，通过监控主机的键盘和鼠标以人工方式对断路器进行控制操作。1.3副井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。此微机远程监控保护系统 的主要任务就是监视副井提升机进线的运行生产过程，实现各类操作控制，完成其生产过 程的监测、保护与控制。所以该系统首先要能够实时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

18、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报警 （如短路、过载、过压、欠压、过电流等）信号，并做出相应的保护与控制。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。1.4微机监控系统的组成及特点 1.4.1微机监控保护系统的组成110kV微机远程监控保护系统由主站设备（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

19、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。142微机监控保护系统的特点采用微机远程监控保护系统后，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

20、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

21、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。2副井变电所一次设备选型2.1总体负荷计算各组符合的计算：P = Kx 沢2 PeiQ = P X ta n S = Jp2 + Q21. 有功功率2. 无功功率3. 视在功率 = Ki 住 P Qy = KiXZ Q= J(

22、Z P2 qY COS q = P刃 Sj;式中：2巳：每组设备容量之和，单位为kW； Kx :需用系数；COS* :功率因数。 总负荷的计算：1. 有功功率2. 无功功率3. 视在功率4. 自然功率因数：表2-1 负荷计算表序 号设备 负荷 名称电 压( kV)高压电动 机总 台数/工作台 数设备容量需用 系数KxCostan使用容量型式额定容量(kW)总容量(kW)工作 容量(kW)Pj(kW)Qj(kvar)Sj(kVA)1主井 提升 机10同 步40001/1400040000.950.90.483800192042222副井 提升 机10直流1700/22002/2390039000

23、.90.61.333510468058503通风机10同 步30002/1600030000.742-0.9-0.482226-107724734压风机10同 步5505/4275022000.75-0.9-0.481650-79818335瓦斯泵10异 步8004/2320016000.750.750.881200105816006制冷 降温 系统10200020000.70.750.881400123518677地面 低压 系统0.3880000.80.750.886400564385338井下 高压 负荷1060000.80.71.024800489668579变电 所总 计0.820.

24、7024986175573053892.2无功补偿的目的无功补偿的目的是系统功率因数低，降低了变压器的出力，增加了输电线路的损耗 和电压损失，这一些原因是电力系统基础的常识，在这里不多作特殊说明。电力系统要 求用户的功率因数不低于 0.9（本次设计要求功率因数为 0.95以上），因此，必须采取措 施提高系统功率因数。目前提高功率因数的常用的办法是装设电容器补偿无功。2.3无功补偿的计算1. 计算考虑主变损耗后的自然因数 Cos :P 七+ Qi = Q送 + iQbCos% = P / Jr2 +Qi22.取定补偿以后的功率因数:Cos% 为 0.95:3.计算补偿电容器的容量:Qc = px

25、 (ta眄-tan 2 )4.计算补偿电容器的个数:N c = Qc / qc式中：Nc单个电容器的容量，单位kvar。按照3的整数倍取定补偿器的个数 Ncs，然后计算出实际的补偿容量：Qcs = Ncs * qc5. 计算补偿以后的实际的功率因数，补偿后实际的功率因数大于0.9为合理由 Pj =S Pj =24986kWQj =5： Qj =17557 kvarSj = J(Pj2 +Qj2) = J249862 +175572 =30538kVAQi可知：tan帖 =0.7 则cos =0.820.9,可Pj以选择cos =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装

26、置。应该补偿的无功功率为：Qc = Pj X tan(cos0.82) -tan(cos0.95) =9220k var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:覽=8个Q()21200()2Un10实际补偿的容量为：Q=8*1200=9600kvar。此时功率因数W5arctan邈益型T99。.90符合要求。系统经过无功补偿后总的无功为：Qj =17557 -9600 = 7954k var实际的视在功率为：Sj = J(Pj2 +Qj2) =V249862 +79542 =26221kVA无功补偿后10kV侧和110kV侧的负荷计算如表2-2所示表2-

27、2无功补偿后变电所的计算负荷项目CO押计算负荷Pj/kWQj / k varSj / kVA10kV侧补偿前负 荷0.8224986175573053810kV侧无功补偿 容量-960010kV侧补偿后负 荷0.9924986795426221主变压器功率损耗0.015 Sj =4580.06 Sj =1832110kV侧负荷总计0.933254449786272612.4主变压器的选型241主变压器选择原则为了保证每年电容按10%的增长，并在10年内能满足要求，并按下列方案进行 综合考虑：1. 明备用方式，即2台主变压器的容量都满足（表2-2）的要求，任何情况下都有 1台运行，两台主变压器互

28、相备用。2. 暗备用方式，即2台主变压器的容量之和满足（表2-2）的要求。正常情况下两台主变运行，故障情况下一台运行，因此，每台变压器的容量应满足安全用 电要求，即保证I、n类负荷的供电，一般要求满足全部负荷的70%-80%。3. 在设计中，初期变压器可采用明备用，后期可采用暗备用方式。242主变台数的选择1. 对大城市郊区的一次变电站，在低压侧已构成环网的情况下，变电站以装设 两台主变压器为宜。2. 对地区孤立的一次变电站或大型专用变电站，在设计时应考虑装设三台主变 压器的可能性。3. 对于规划只住两台主变压器的变电站， 其变压器基础宜大于变压器容量的 1-2 级设计，以便符合发展时更换变压

29、器的容量。243主变压器容量的选择按照上述原则确定变压器容量后，最终应选用靠近国家的系列标准规格。 变 压器容量系列有两种，一种是 R容量系列，一种是Ro容量系列。我国国家标准 GB1094电力变压器确定采用 Ro容量系列。综合上述各种因数，确定该站主变压器采用 2台31500MVA的变压器。当前我国电力系统基本都是三相制接线，尤其我省电力系统还没有单相供电的 系统，故为了能接入系统运行，并能保证系统的安全稳定运行。结合该地区的实际 情况，故采用双卷变压器，电压等级为 110kV与10kV。因为该地区110kV电压不是很稳定，为了保证 10kV供电系统的质量，本站采 用有载调压方式，这样才能达

30、到随时调整电压的目的。冷却方式采用自冷型冷却方 式。变压器110kV侧中性点隔离开关接地，公式装设避雷器保护。综合上述几种情况：结合厂家的一些产品情况，故本站变压器型号：SZ10-31500/11(X变电站全部负荷S总=27261kVA变压器的初选容量S=80%*S总=0.80*27261=21808kVA选两台31500kVA的变压器。主变压器：2X 31500kVA三相双卷自冷型油浸变压器。电压等级：110kV/10kV 故主变参数据如下：表2-3主变压器数据型号电压组合及分接范围阻抗电压%空载电流%连接组高压低压高-低SZ10-31500/110110 8*1.25%10.510.51.

31、3YN d113主接线方案的确定3.1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

32、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

33、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。安徽理工大学毕业设计3.2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

34、，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。号,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

35、图上。3.3电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。1T111图3-1单母分段接线图安徽理工大学毕业设计60QF1QF5llOkVllCkV TTrQF3 klOkV*QF4QF7lOkVQFS*图3-2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

36、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）6 10kV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）35 60k

37、V配电装置总出线回路数为 4 8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。3-2所示。由以上述所述，本实验电气设备一次主接线图可选择如图3.4导线的选择电源进线为双回架空线，厂区配电采用电缆，现选择进线和高压配电电缆的型号。3.4.1选择的方法选择导线的方法主要有按发热条件选择、按经济电流密度选择以及按电压损失选 择。按照相关规定，10kV及以下的高压线路和低压

38、动力线路，通常先按发热条件来选 择截面，再校验电压损耗、热稳定和机械强度；低压照明线路由于电压质量要求高，因 此通常先按允许电压损耗进行选择，再校验发热条件、热稳定和机械强度。架空线路可 不校验动、热稳定，电缆可不校验动稳定。3.4.2气候条件当地最热月份下午1点的平均温度为40C, 土壤0.8m深处（电缆沟的底部）的平 均温度为25C。进行电缆选择时，这两个温度都是常用的基准温度，故不必校正电流。3.4.3高压架空线的选择由以上变压器参数，可以得出也R = A Po+i 卩心(目)2 =31.05 +190 (726!)2 =173.35kW Sn315002sSNI0% Uk%Sj 315

39、00*0.67 丄 10.5* 272612Qt = N 0+=+= 2688.25kvar100100Sn10010071500则在110KV侧：Pj =173.35 +24986 =25159.35kWQj =2688.25 +7847.8 =10536.05k varSj = J(Pj2 +Qj2) = J25159.352 +10536.052 = 27276.38kVA则线路上电流为:S 27276.3143.16aV3UnJ3*110根据规定，当最大负荷利用小时数 Tmax ：5000h，长度超过20m以上，均应按经济 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

40、 J = 0.9A/mm 2。C I 142.73lc 亠 2S = 一 =15 8 mmJ 0.9则：查表可知选LGJ-185型架空线。344配电母线到变电所的电缆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:ISNI；/3U；.41500=1818.7A73x10计算40 C时的温度修正系数:K= 一mS=0-816查表选用两条(80咒10)的矩形铝导体，I al =2375Alal40C=O.816天 2375 =1938 1818.7(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 tk=

41、0.15+0.05+0.06=0.26s、2 2 2 2 2Qk=| 仏 +TI =50.477 X 0.26 +0.2X50.477 =1172kA -sSmin h jKs Qk =丄丁1.14咒1172 =420mm2 c1600mm2C87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：f0 =112与 g =112 ”0289天1.55咒102 =278 A155HZ0L21.22故P =1，求母线的相间应力f0 = 1.73X 10-7 i Sh /a = 1.73X 10-7 (56.1)2 / 0.75N / m = 726 N / m22323尬=0.33

42、3bh2 =0.333咒0.1 咒0.82m3 =2.13咒 10 m3r , 22fL726心.226 = Pa =4908Pa C70X106 Pa屮 1012.110满足动稳定要求。3.4.5线路上的电压和功率损失由于离电源较近，电源和配电母线之间又没有变压器，故10kV母线短路阻抗小,短路电流较大，从热稳定方面考虑选择了粗导线。该工厂的架空线和电缆都比较短，粗 导线的阻抗又小，加之负荷和负荷电流的值较小，所以电压和功率的损失非常小，容易保证电压质量和电能节约。346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Imax根据上述公式通过各设备负荷的开关柜的电流计算如下主井提升机:1

43、max422L = 243.75A73x10副井提升机:I max5850 =337.75A73x10通风机:I max2473(3x10= 142.78A压风机:I max1833= 105.83A瓦斯泵:I max1600= 92.38A 如10制冷降温系统:I max1867=107.79A 10井下高压负荷:I max6857 =395.90A巧咒10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图3-3开关柜内部接线图额定工作电流：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

44、：CD10电流互感器：LAJQ-10高压避雷器：HY5W-10外形尺寸(mm):1281X3150X 2050347其它设备的选择表3-1各种电气设备的选择计算数据U=110kV高压断路器LW21-126C126kV隔离开关GWJ3-126110kV电压互感器JCC-110 110kV电流互感器LCW-110 110kVI j=165.3Aikl =6.17kA2000A40kA630A300/5动稳定校验is, = 15.7kA55kA55kAshl(3)tj =6.172 xt240 0.71216 X4150xx300 = 63.6KA动稳定倍数kes=150热稳定校验(75 咒 0.3

45、)2 = 506.25短路时间为短路保护装置实际最大的动作时间top与断路器的断路时间toc之和，即tkfc+top ,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,分闸时间 0.06s4短路电流的计算及设备校验供电系统应该正常的不间断地可靠供电，以保证生产和生活的正常进行，但是供电 系统的正常运行常常因为发生短路故障而遭遇破坏。所谓短路，就是供电系统中一相或多相载流导体接地或互相接触并产生超出规定值 的大电流。造成短路的主要原因是电气设备载流部分的绝缘损坏、误动作、雷击或过电压击穿 等。短路电流数值通常是正常工作电流值的十几倍或几十倍。当它通过电气设备时，设 备的载

46、流部分变形或损坏，选用设备时要考虑它们对短路电流的稳定。短路电流在线路 上产生很大的压降，离短路点越近的母线，电压下降越厉害，从而影响与母线连接的电 动机或其它设备正常运行。4.1绘制计算电路S1S2110kV架空线110kV母线31500 kVAUk%=10.510kV母线副井提升机图4-1短路电流计算图4.2短路电流计算进行计算的物理量，不是用具体单位的值，而是用其相对值表示，这种计算方法叫 做标幺值。标幺值的概念是：某量的标幺值飞量的量的实际与实任意器位）所谓基准值是衡量某个物理量的标准或尺度，用标幺值表示的物理量是没有单位 的。供电系统中的元件包括电源、输电线路、变压器、电抗器和用户电

47、力线路，为了求 出电源至短路点电抗标幺值，需要逐一地求出这些元件的电抗标幺值。1. 输电线路已知主电线路的长度为I，每公里电抗值为X0，线路所在区段的平均电压为 Uv， 则输电线路的电抗相对于基准容量 S和基准电压U=Uv的标幺值为xf2. 变压器变压器通常给出短路电压百分数 AUk%,得 XtUk% （旦）100 亠系统110 kl架空均主变wv1( kv副井电缆 Wv副井提升机WVKlWvK2图4-2短路等效电路图选定基准容量：Sj =10000MVA，基准电压：Uj1=110kV, Uj2=10kVKi点短路基准电流为:I j110000 =50.20kA屁115K2点短路基准电流为:I

48、j210000=550kAJ5x10.5系统阻抗为：Xo=0架空线电抗标幺值:X1 二Uav= 0.3g0 咒怦=5.14115；变压器电抗标幺值:X2 *也Uk%100SjSNT1O. 1000 33.3310031.5则总阻抗为K1处:K2处:Xi =Xo + Xi =0+5.14=5.14X；=Xr + X2= 21.812421最大运行方式下的计算a.三相短路i.(3)*K1 处：I d1 maxX11=O.1955.14(3)*短路电流有名值：1；3二=匕3寫%1）1 =0.195咒50.2 = 9.789kA冲击电流：iS31max =1.8J2I d/max = 2.55 9.7

49、89 = 24.96kAii.B.i.ii.冲击电流有效值：I sh1max = 1 .511 dmax = 14.78kA(3)*K 2 处：1 d 2 max短路电流有名值:X；21. 80 . 046(3)*I d3)max = I d3)maxI j2 = 0.046% 550 = 25.22kA冲击电流：is3), max冲击电流有效值:两相短路Ki处:(2)*1 d1 max短路电流有名值:冲击电流:= 1.8721 d/max =2.55天 25.22 =64.31kAI sh2max = 1.511 d/max =38.08kA(3)*d1 maxI (2) d1 max= 0

50、.169U3 I (3)2d1 max = 8.48kA严)sh1 maxish1ma 21.62kA冲击电流有效值:i(2)sh1 maxsh1 max = 12.80kAK2处:I (2)*I d 2 max(3)*d 2max= 0.040短路电流有名值:I (2) d 2 maxd2max =21.84kA冲击电流:iS22maxsh2max= 55.70kA冲击电流有效值:(2)sh2max丁312sh2max =32.98kA4.2.2高压开关柜的选择及10kV电缆的选择电压等级是10kV。Sn这里选择的是JXGN2-10/630-20型高压开关设备从矿区变电所到副井大约需要架设 1.5km电缆线，35kV及以下，常选择铝芯。由 负荷计算表可知：副井提升机的工作容量为 3900kVA，需用系数为0.9, cos日=0.6, tan日=1.33Pj = SnKn =3900x 0.9=3510kWQj = P tan。=2106x 1.33=4668kvarSj = JPj2 +Qj2 = 735102 匚466? =5840kVA本设计采用采用双回路供电，所以通过每回电缆线的电流为Imax=1.05In =_ 咒 1.05 840 二 咒321.13A=160.565A225/3x10.5 2(1)按经济电流密度选择截面积:G _ I g