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1、 本科毕业设计说明书矿井变电所主变压器保护设计TRANSFORMER SUBSTATION OF MINE PROTECTION DESIGN学院（部）：电气与信息工程学院专业班级： 电 气 07 1学生姓名： 指导教师： 2011年5月12日矿井变电所主变压器保护设计摘要变压器在电力系统中起转换枢纽作用，煤矿供电系统主变的继电保护是保证煤矿安全供电的重要工具，可以保障矿厂井下的安全和设备连续正常运转。本论文介绍了110KV矿井变电所主变压器保护保护装置，指出了110KV矿井变电所主变压器保护装置的必要性。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编程技术来设计110KV矿
2、井变电所主变压器保护装置的方案。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，并判断是否报警，处理后的数据用于显示和存储查询。 本次毕业设计旨在完成煤矿110KV变电所主变压器保护设计。文中着重进行了继电保护装置的PLC硬件系统设计，进行了分析和说明，其中配上软件设计即可实现该装置对继电保护的控制部分，硬件是该装置的执行部分。另外给出了硬件的组成图。关键词：主变压器，电气设备，短路电流，继电保护，PLC硬件系统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目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 研究意义11.2 继电保护原理和要求21.3 继电保护的历史回顾和展望31.4 继电保护的现状和我的一些看法41.5 设计内容52 变电站负荷计算和无功补偿的计算62.1 负荷计算的内容和意义62.2 负荷统计62.2.1 负荷等级的规定72.2.2 负荷计算72.3
8、 无功补偿92.3.1 电容器（柜）台数的确定92.3.2 补偿后10KV侧的实际功率因数103 主接线的设计113.1 主接线设计原则113.2 主接线的方案与分析113.2.1 主变压器高压侧接线113.2.2 主变压器低压侧的接线124 主变压器的选择134.1 主变压器选择的原则134.2 主变压器台数和容量的选择134.3 变压器的选型结果134.4 全矿总负荷计算145 短路电流的计算155.1 确定基准值155.2 计算短路电路中各阻抗元件的标幺值155.2.1 变电所导体线路阻抗的计算155.2.2 主变压器电抗的计算165.3 短路电流的计算165.4 冲击电流的计算176
9、导体和电气设备的选择206.1 高压断路器和隔离开关选择206.1.1 110KV侧高压断路器和隔离开关选择206.1.2 10KV侧的高压断路器和隔离开关选择216.2 互感器的选择226.2.1 电流互感器的选择226.2.2 电压互感器的选择246.3 高压进线架空线路的选择257 主变压器继电保护设计277.1 保护的装设原则277.1.1 对变压器保护装置的要求277.1.2 电力变压器应装设的保护装置277.2 变压器保护整定计算277.2.1 纵联差动保护整定277.2.2 电流速断保护307.2.3 单相低电压启动的过电流保护307.2.4 过负荷保护307.2.5 零序电流整
10、定308 基于PLC的继电保护二次回路设计328.1 PLC概述328.1.2 PLC的应用领域与优点328.1.3 PLC的工作原理338.2 继电保护二次回路系统358.2.1 二次回路基本构成框图358.2.2 保护信号采集电路368.2.3 稳压电源（+24V）378.3 PLC外部配线及外围元件构成系统378.4 断路器控制信号回路改造398.4.1 断路器控制信号回路应满足的要求398.4.2 断路器操作PLC控制系统408.5 母线分段断路器的自动投入42总结44附录45参考文献46致谢471 绪论毕业设计是我们在校期间最后一次综合训练，它将从思维、理论以及动手能力方面给予我们严
11、格的要求。使我们综合能力有一个整体的提高。它不但使我们巩固了本专业所学的专业知识，还使我们了解、熟悉了国家能源开发策略和有关的技术规程、规定、导则以及各种图形、符号。它将为我们以后的学习、工作打下良好的基础。1.1 研究意义电力是能源工业、基础工业，在国家建设和国民经济发展中占据十分重要的地位，是实现国家现代化的战略重点。电能是发展国民经济的基础，也是各种工厂企业的主要动力形式，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。而变电站在改变或调整电压等方面在电力系统中起着重要的作用。它承担着变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的责任。煤矿行业是我国能源开采的重头行业，其电力系统的正常运行
12、不仅关系着开采的有序进行，更关系着数以千计的生命安全。所以身系整个煤矿电力安全的煤矿变电所保护系统的设计显得尤为重要。煤矿主变压器在整个矿区供电系统中起转换枢纽作用，它的安全运行直接关系到整个系统连续稳定地工作。煤矿供电系统主变的继电保护是保证煤矿安全供电的重要工具，可以保障矿厂井下的安全和设备连续正常运转。现代大型变压器容量大、电压等级高、造价昂贵、结构复杂，一旦因故障而遭到损坏，影响范围很大，且检修时间长，检修难度大，在经济上也必然遭受很大的损失。继电保护的顺利开展，在消除电力故障的同时，也就对社会生活秩序的正常化，经济生产的正常化做出了贡献，不仅确保社会生活和经济的正常运转，还从一定程度
13、上保证了社会的稳定，人们生命财产的安全。前些年北美大规模停电断电事故，就造成了巨大的经济损失，引发了社会的动荡，严重的威胁到了人们生命财产的安全。可见，电力系统的安全与否，不仅仅是照明失效的问题，更是社会安定、人们生命安全的问题。所以，继电保护的有效性，就给社会各方面带来了重大的影响。继电保护是一种电力系统的反事故自动装置，它在电力系统中地位十分重要，没有继电保护是现代化的电力系统不可或缺的部分。随着我国电力工业的迅速发展，继电保护装置广泛应用于电力系统中，成为电网及电气设备安全可靠运行不可替代的保证。电力系统在生产过程中，有可能发生各类故障和各种不正常情况。其中故障一般可分为两类：横向不对称
14、故障和纵向不对称故障。横向不对称故障包括两相短路、单相接地短路、两相接地短路三种，纵向对称故障包括单相断相和两相断相，又称非全相运行。电网在发生故障后会造成很严重的后果： 1）电力系统电压大幅度下降，广大用户负荷的正常工作遭到破坏。 2）故障处有很大的短路电流，产生的电弧会烧坏电气设备。 3）破坏发电机的并列运行的稳定性，引起电力系统震荡甚至使整个系统失去稳定而解列瓦解。 4）电气设备中流过强大的电流产生的发热和电动力，使设备的寿命减少，甚至遭到破坏。 不正常情况有过负荷、过电压、电力系统振荡等.电气设备的过负荷会发生发热现象，会使绝缘材料加速老化，影响寿命，容易引起短路故障。继电保护被称为是
15、电力系统的卫士，它的基本任务有：1）当电力系统发生故障时，自动、迅速、有选择地将故障设备从电力系统中切除，保证系统其余部分迅速恢复正常运行，防止故障进一步扩大。 2）当发生不正常工作情况时，能自动、及时地选择信号上传给运行人员进行处理，或者切除那些继续运行会引起故障的电气设备。 可见继电保护是任何电力系统必不可少的组成部分，对保证系统安全运行、保证电能质量、防止故障的扩大和事故的发生，都有极其重要的作用。在矿区主变压器运行发生故障或异常时，继电保护可以实现在最短时间和最小区域内，自动从系统中切除故障设备，也可以向电力监控警报系统发出信息，提醒电力维护人员及时解决故障，这样继电保护不仅能有效的防
16、止设备的损坏，还能降低相邻地区供电受连带故障的机率。同时还可以有效的防止电力系统因种种原因，而产生时间长、面积广的停电事故，是电力系统维护与保障最实用最有效的技术手段之一。1.2 继电保护原理和要求电力系统从正常情况运行到故障或不正常运行时，它的电气量（电流、电压的大小和它们之间的相位角等）会发生非常显著的变化，继电保护就是利用电气的突变来鉴别系统有无发生故障或不正常运行状态，根据电气量的变化测量值与系统正常时的电气参数的对比来检测故障类型和故障范围，以便有选择的切除故障。一般继电保护装置由测量元件、逻辑元件和执行元件组成。测量元件将保护对象（输电线路、主变、母线等电气设备）的电气量通过测量元
17、件（电流互感器和电压互感器）转换为继电保护的输入信息，通过与整定值（继电保护装置预先设置好的参数）进行比较，鉴别被保护设备有无故障或是否在正常状态运行，并输出相应的保护信息。逻辑元件根据测量元件的信息，判断保护装置的动作行为，如动作于跳闸或信号，是否需要延时跳闸或延时发信。执行元件则根据逻辑元件输出的信息，送出跳闸信息或报警信息至断路器的控制回路或报警信号回路。继电保护根据电力系统的要求，对于直接作用于断路器跳闸的保护装置，有以下几个基本要求。1）选择性电力系统发生故障时，继电保护的动作应具有选择性，它仅切除故障部分，不影响非故障部分的继续运行，保证最大范围的供电，尽量缩小停电范围。2）快速性
18、电力系统由于其实时性的特点，当发生故障时要求继电保护装置尽快动作，切除故障，这样可以。、系统电压恢复快，减少对广大用户的影响；、电气设备的损坏程度降低；、防止故障进一步扩大；、有利于闪络处绝缘强度的恢复，提高了自动重合闸的成功率。一般主保护的动作时间在12s以内，后备保护根据其特点，动作时间相应增加。 3）灵敏性 继电保护装置反映故障的能力称为灵敏性，灵敏度高，说明继电保护装置反映故障的能力强，可以加速保护的起动。4）可靠性根据继电保护的任务和保护范围，如果某一保护装置应该动作而未动作则称为拒动；如果电力系统在正常运行状态或故障不在保护范围内，保护装置不应动作而动作了则称为误动。继电保护的拒动
19、和误动将影响装置的可靠性，可靠性不高，将严重破坏电力系统的安全稳定运行。装置的原理、接线方式、构成条件等方面都直接决定了保护装置的可靠性，因此现在的保护装置在选用时尽量采用原理简单、运行经验丰富、装置可靠性高的保护。除了以上四个基本的要求外，在实际的选用中，还必须考虑到经济性，在能实现电力系统安全运行的前提下，尽量采用投资少、维护费用低的保护装置。1.3 继电保护的历史回顾和展望改革开放以来，我国经济的快速发展刺激着电网的快速发展，尤其是近几年全国各个地区出现的缺电现象直接促进了大规模机组的投产和电网建设进程的急剧加快。同时随着现代社会对电网供电可靠性的要求的不断提高，就需要我们继电保护发挥更
20、加重要的作用，针对系统出现的故障能及时切除，确保电网的安全稳定经济运行。我国继电保护的发展大体经历了以下几个跨越：1）60年代中期独立研制并生产了第一套高压电网复杂保护，即整流型距离保护；2）60年代末到80年代中期我国广泛采用晶体管型保护；3）到80年代末，集成电路保护已形成完整系列，逐步取代晶体管保护；4）1984年微机线路保护通过鉴定并获得应用，此后，不同原理、不同种类的微机保护相继研制生产，取得了引人注目的成果，到90年代，我国继电保护技术已完全进入微机保护数字式时代。从以上的发展过程来看，继电保护技术总是根据电力系统的需要，不断地从相关的学科中吸取最新成果而发展和完善自身的。总的来说
21、，继电保护技术的发展可以概括为4个阶段、2次飞跃。4个阶段是电磁型（整流型）、晶体管型、集成电路型、微机型。第1次飞跃是由电磁型到晶体管型，主要体现在保护由电磁式向静态式转变，保护装置弱电化、无触点化、小型化和低功耗。第2次飞跃是由集成电路型到微机型，主要体现在保护由模拟式向数字式转变，保护装置智能化和信息化。 电力系统继电保护现已发展到了微机保护阶段，微机继电保护指的是以数字式计算机（包括微型机）为基础而构成的继电保护。以下各级电网所需的各种保护设备，目前我国的微机保护的研究和制造均已居于国际先进水平。在新的继电保护理论研究方面，人工神经网络在继电保护中的应用在九十年代被广泛研究。人工智能技
22、术如神经网络、遗传算法、进化规划、模糊逻辑等在电力系统各个领域都得到了应用，电力系统保护领域内的一些研究工作也转向人工智能的研究。专家系统、人工神经网络（ANN）和模糊控制理论逐步应用于电力系统继电保护中，必将为继电保护的发展注入了活力。由于电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，电子技术，计算机技术与通信技术的飞速发展又为继电保护技术的发展不断注入新的活力。未来继电保护的发展趋势是向计算化，网络化及保护，控制，测量，数据通信一体化智能化发展。1.4 继电保护的现状和我的一些看法目前，由于光纤成本的下降，直接促进了光纤保护的广泛应用。在绍兴电力局目前所属的三座500kV变电所中，对于50
23、0kV线路的保护基本都采用了两套光纤保护作为主保护，仅有少量线路还继续沿用高频保护，而220kV也有不少线路采用了光纤保护。光线保护通过光纤或数字通信设备直接将本端电流量传输到对端进行计算和保护内部整定值比较来作出判断，考虑了通信系统时间延时的影响并进行了补偿。由于采用两端电气量直接比较，所以光纤电流差动保护容易实现CT匹配和矢量变换功能，能满足长线路变压器组和“T”型接线及“”型接线线路保护的要求。多端线路保护时，光纤有环形或链形连接方式。光纤电流差动保护不存在与引入电压有关的一切问题，不受系统振荡、线路串补电容、平行线路互感、系统运行方式等的影响，具有天生的选相功能，动作速度快，克服了其它
24、纵联保护问题，适用于一切电压等级、一切形式的接地系统，而且这种数字式通信方式的抗干扰能力强、衰耗小，避免了高频保护的缺陷。其得天独厚的优点和逐渐降低的成本，相信在以后的发展过程中光线保护将会被更加广泛的采用。 目前，我国已形成了继电保护科研、设计、运行、制造的完整体系，拥有北京四方、国电南瑞、国电南自、许继等多家技术型专业制造企业，能提供500kV及以下各级电网所需的各种保护设备。经过了各个阶段的发展，每个厂家也开始形成了有特色的保护产品，而且国产保护的设计原则和技术性能更适合我国电网的需要。尤其是南瑞，在新产品研发、新技术拓展方面，成效显著。本人在学习南瑞的保护过程中，认为南瑞的产品无论从保
25、护原理还是设计功能上，都有国外产品无法比拟的优势。就如南瑞开发出的电流差动保护中的自适应功能，即通过微机处理，区外故障保护的起动电流极小，确保装置不误动，区内故障时保护装置的起动量大，很大程度上提高了保护的灵敏度，确保保护可靠迅速起动，保证了继电保护装置快速动作切除故障，减少了保护拒动的可能性，提高了装置的可靠性。而且国产保护继续沿用了以前保护的优点，增加新的保护功能，更便于被运行人员所接受。 但是国产继电保护也有一些问题，其一就是保护装置原理复杂，过于考虑得面面俱到，导致主保护功能作用不突出，甚至影响了主保护的灵敏度，因小失大。其次就是硬件质量尚需加强，在我国变电所中，国产保护硬件维护率相对
26、较高。最后一点就是我国超高压如500kV、750kV线路由于其特殊性，所需的技术含量高，可靠性要求突出，国产保护的采用相对较少，积累的经验还比较欠缺，值得各大厂家关注，尤其是现在超高压电网建设的不断加强，市场需求极大。对于国外的保护，由于其运行所积累的经验丰富，经过优胜劣汰的选择，目前被广泛采用的都是原理简单，可靠性高，运行维护方便的保护装置。就我局目前采用的国外保护，功能利用率低，一套保护基本只选用一个保护功能。如ALSTOM公司生产的P546保护装置，就有自动重合闸、断线保护、短引线保护、断路器失灵保护、热过负荷保护、过流零序保护、后备距离保护、变压器馈线保护、分相电流差动保护等功能，但就
27、我局采用的保护就只有分相电流差动保护，其他动能均为得到有效利用。这样选用从某种程度上考虑到装置故障时不至于对系统产生重大影响，但是从无论从经济上还是保护装置的利用率，都是很大的浪费。其次，国外保护的操作界面都是英文，测控装置中甚至还有其他语言，对运行人员要求较高，操作方法也较国产保护复杂。1.5 设计内容本次毕业设计的主要内容是对110kV矿区变电站主变压器进行短路电流的计算、保护的配置及整定值的计算。参照电力系统继电保护配置及整定计算，并依据继电保护配置原理，对所选择的保护进行整定和灵敏性校验从而来确定方案中的保护是否适用来编写的。 此次煤矿110KV变电所主变保护设计旨在对变电所保护做一个
28、整体的了解。该设计包括以下任务：1、负荷计算；2、主接线的设计；3、主变压器的选择；4、短路计算；5、导体和电气设备的选择；6、继电保护的配置；7、主变压器保护整定计算；8、保护原理PLC外部接线及程序设计。由于编者水平有限，设计之中难免有些缺陷或错误，望批评指正。2 变电站负荷计算和无功补偿的计算2.1 负荷计算的内容和意义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、计算电流，一级负荷、二级负荷等。1）计算负荷：也称计算容量或最大需要负荷，它是个假定的等效的持续性负荷，其热效应与同一时间内实际的不一定恒稳的负荷所产生的最大热效应相等。2）一级、二级负荷
29、：用以确定变压器的台数和容量、备用电源或应急电源的形式、容量及配电系统的形式等。本厂为二级负荷。2.2 负荷统计潘北矿变电所原负荷表如下图：表2-1 潘北矿变电所原负荷表（一）顺序设备负荷名称电压（kV）高压电动机总台数/工作台数设备容量型式额定容量(kVA)总容量(kVA)工作容量(kVA)1主井提升机10同步40001/1400040002副井提升机10直流1700/22002/2390039003通风机10同步30002/1600030004压风机10同步5505/4275022005瓦斯泵10同步8004/2320016006制冷降温系统10200020007地面低压负荷0.38800
30、08井下高压负荷1060009变电所总计表2-1 潘北矿变电所原负荷表（二）顺序设备负荷名称需用系数（Ox）Costan使用容量Pj（kw）Qj（kvar）Sj（ kva ）1主井提升机0.950.90.48380018244222.22副井提升机0.90.61.3335104668.358503通风机0.742-0.9-0.482226-1068.52473.34压风机0.75-0.9-0.481650-7921833.35瓦斯泵0.750.750.881200105616006制冷降温系统0.70.750.88140012321866.67地面低压负荷0.80.750.8864005632
31、8533.38井下高压负荷0.80.71.02480048966857.19变电所总计2498617447.833235.92.2.1 负荷等级的规定根据相关文献，矿井电力负荷等级，应符合下列规定：1）一级负荷：主要通风机；井下主排水设备及下山开采的采区排水设备；升降人员的立井提升机；抽放瓦斯设备。以及对应的主机运行时必须的控制回路和辅助设备。2）二级负荷：主提升机(包括主提升带式输送机)；升降人员的斜井提升设备；主要空气压缩机；配有备用泵的消防泵；副井(或混合并)井口及井底设备；地面生产系统；铁路装车设备；井下主要电机车运输设备；瓦斯喷出区域、高瓦斯矿井、煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井的
32、掘进工作面局部通风机；矿灯充电设备；井下电机车信号系统；井筒保温及其供热设备；矿井通信设备；单台蒸发量为4th以上的锅炉；无事故排出口的矿井污水泵；监控系统设备；井底水窝水泵；主井装卸载设备；运煤索道的驱动机。以及对应的主机运转时所必需的控制回路和辅助设备。3）三级负荷：不属于一级、二级负荷的均为三级负荷。可见，潘北矿变电所原负荷表（表2-1）中几乎全部为一、二级负荷。2.2.2 负荷计算变压器低压侧的负荷计算：潘北矿变电所的原负荷表如表2-1所示，其中列出了各负荷的需用系数，需用系数公式如下： (2-1)式中计算负荷，就是以30min内平均值做出的负荷曲线上的最大负荷；同类用电设备组设备容量
33、的总和。其中，计算负荷不包含备用设备容量，各负荷计算如下。1）主井提升机额定容量，于是 (2-2) 2）副井提升机额定容量，于是 (2-3)3）通风机额定容量，于是 (2-4)4）压风机额定容量=2200KVA，=0.75，= -0.9，= -0.48，于是 (2-5) 5）瓦斯泵额定容量=1600KVA，=0.75，=0.75，=0.88，于是 (2-6)6）制冷降温系统额定容量=2000KVA，=0.7，=0.75，=0.88，于是 (2-7)7）地面低压负荷额定容量=8000KVA，=0.8，=0.75，=0.88，于是 (2-8)8）井下高压负荷额定容量=6000KVA，=0.8，=0
34、.7，=1.02，于是 (2-9)各种设备的计算负荷如上，可以得出计算负荷的代数和 (2-10)各负荷工作基本是连续工作制，负荷较为平稳，根据1985年煤炭工业部关于颁发地方国营煤矿设计若干规定，取同期系数，于是计算负荷 (2-11)2.3 无功补偿进行无功补偿之前，变电所的总负荷的功率因数为自然功率因数，其值 (2-3-1)矿井用电负荷的功率因数，在变电所一次母线上应达到0.9以上，故需进行无功补偿。取补偿之后功率因数=0.95，应补充的无功功率是 (2-12)2.3.1 电容器（柜）台数的确定根据实际情况本设计选用户内型BWM10.5-100-1高压并联电容器10个装成电容器柜，即800k
35、var的容量，则无功补偿所需电容器柜总台数N为 (2-13)式中单台电容器柜的额定容量1000kvar，电容器的额定电压10.5kV 电容器的实际工作电压10kV确定电容器的总台数时，应选取不小于计算值N的整数。由于电容器柜要分接在两段母线上,且为了在每段母线上构成双星形接线,因此每段母线上的电容器柜应分成相等的两组,所以每段母线上每组的电容器柜数n为 (2-14)由2-14式可得N=8(台)。2.3.2 补偿后10KV侧的实际功率因数因为电容器的台数选择与计算值不同，所以应计算补偿后的实际功率因数。电容器的实际补偿容量为： (2-15)式中Qca电容器的实际补偿容量，kvar 所选电容器的实
36、际台数根据上式可得 (2-16)补偿后变电所负荷的总无功功率为 (2-17)补偿后变电所的负荷总容量 (2-18)补偿后的功率因数 (2-19)由上式得，补偿后的功率因数满足要求。、-补偿前变电所负荷的用功功率、无功功率的计算值，kW、kvar3 主接线的设计3.1 主接线设计原则电气主接线的设计是发电厂或变电站电气设计的主题。它与电力系统、电厂动能参数、基本原始资料以及电厂运行可靠性、经济性的要求等密切相关，并对电气设备选择和布置、继电保护和控制方式等都有较大的影响。因此，主接线设计，必须结合电力系统和发电厂和变电站的具体情况，全面分析有关影响因素，正确处理它们之间的关系，经过技术、经济比较
37、，合理地选择主接线方案。所以主接线设计主要考虑以下几点。1）主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的级和级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。2）为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。3.2 主接线的方案与分析由负荷表负荷电压可知，变电站一二次电压等级：110kv、10kv。3.2.1 主变压器高压
38、侧接线矿井变电所应采用双回路110kv电源线路供电，并采用两台变压器，由选择条件可知外桥适用于线路较短和变压器频繁切换的情况；内桥适合线路较长、容易出现故障的情况；当变压器容量较大时超出了隔离开关切合空载变压器时必须采用全桥；分析设计的实际情况，煤矿是连续运行，负荷变动不大，考虑长远发展问题，故采用全桥接线形式，如图3-1。图3-1 主变压器高压侧接线形式3.2.2 主变压器低压侧的接线 结合设计背景，容易知道变电所一二级负荷比例较大，必须保证电力系统的可靠性，一般对于主变压器容量在10000KVA以上的大型矿井变电所610kv侧采用单母分段的接线形式。根据原始资料的分析，主变压器容量较大，1
39、0kv负荷出线数较多，按照选择原则选用单母分段接线，方案主接线图如图3-2。图3-2 主变压器低压侧接线形式4 主变压器的选择4.1 主变压器选择的原则1）主变容量一般按变电所建成后510年的规划负荷来进行选择，并适当考虑远期1020年的负荷发展。2）根据变电所所带负荷的性质和电网结构来确定主变的容量。对于有重要负荷的变电所，应考虑一台主变停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的级和级负荷，对于一般变电所，当一台主变停运时，其他变压器容量应能保证全部负荷的70%80%。2）为了保证供电可靠性，变电所一般装设两台主变，有条件的应考虑设三台主变的可能性。4.2 主变压器台数
40、和容量的选择具有一级负荷的变电所，应满足用电负荷对供电可靠性的要求。根据煤炭工业设计规范规定，矿井变电所的主变压器一般选用两台，当其中一台停运时，另一台主变压器容量应能保证矿井全部一、二级负荷用电需要，即应能保证安全及原煤生产用电，并不得少于全矿负荷的80%，根据实际情况的需要在本设计中选择了两台主变压器，采用两台同时工作，互为备用的运行形式。依据矿井电力负荷等级的相关规定，潘北矿变电所负荷表（表2-1）中几乎全部为一、二级负荷，对供电要求比较高，所以选择两台主变压器互为备用工作。变压器的容量应该按下式计算：。根据上式，主变压器型号的选择应尽量考虑采用低损耗、高效率的变压器，本设计选择了SFZ
41、10-25000/110主变压器两台。4.3 变压器的选型结果主变压器选择结果如下表：表4-1 主变型号及参数额定容量（kVA）电压组合（kV）联结组标号空载损耗（kW）负载损耗（kW）空载电流短路阻抗（%）高压分接低压2500011081.25%10.5YNd1121.2104.60.210.5变压器的负荷率为： （4-1）4.4 全矿总负荷计算变压器损耗： （4-2）根据式2-11和2-18，从高变压器高压侧看的全矿总负荷： （4-3）因此变压器检验结果合格。实际的变压器高压侧的功率因数： （4-4）5 短路电流的计算短路电流计算的方法，常用的有欧姆法（有称有名单位制法）和标幺制法（又称相
42、对单位制法），本设计中采用的是标幺制法。5.1 确定基准值选取基准容量：计算K1点取基准电压，于是有基准电流 （5-1）计算K2点选取基准电压10.5kv，即，于是有基准电流 （5-2）5.2 计算短路电路中各阻抗元件的标幺值K210.5KVK1110KV10KV负荷380V负荷电容补偿负荷110KV380V10.5KV主井提升机副井提升机通风机压风机瓦斯泵制冷降温系统井下高压负荷地面低压系统 图5-1 系统简略图 图5-2 等效电路图矿区供电电源是具有110kv出端的变电所，整个电力系统可视为一个无穷大容量电源，即电压变动为零，内阻抗。就工矿供电原则，主变电所进线架空线的供电距离取一般不会太
43、远，取供电距离L=5KM。5.2.1 变电所导体线路阻抗的计算，由第六章的架空进线的选择结果，LGJ-150，L=50KM，x0=0.397，架空线阻抗标幺值为， （5-3）阻抗标幺值很小，短路时可以不计，同样可得10KV侧的母线电缆阻抗较小，忽略不计。5.2.2 主变压器电抗的计算 （5-4）5.3 短路电流的计算1）在110KV母线侧点发生短路时，三相短路电流， （5-5）冲击电流， （5-6） 短路容量， （5-7）2）在10KV母线侧点发生短路时，架空线阻抗标幺值可忽略，K2至电源点的总阻抗， （5-8）三相短路电流， （5-9）冲击电流， （5-10）短路容量， （5-11）5.4 冲击电流的计算根据工矿企业电气工程师手册中所述，同步电动机总容量大于1000KA时，其应看成附加电源。在S2点发生短路时，计算冲击短路电流应把电动机作为附加电源来考虑。A、主井提升机(同步)感应电动机的影响，工作容量：。 （5-12）-次暂态电抗，由表3-10工矿企业供电查的-基准容量，100MVA
