【正文】 電容器和高壓開關(guān)柜的選擇、繼電保護的整定計算等，其中以變電所主變壓器的微機監(jiān)控作為重點。所以該系統(tǒng)首先要能夠?qū)崟r采集全站生產(chǎn)過程中的各種實時信息，更新數(shù)據(jù)庫，為監(jiān)控系統(tǒng)提供真實可靠的運行信息。 關(guān)鍵詞：電氣主設(shè)備，繼電保護，監(jiān)控系統(tǒng) 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 II COAL MINE 110 KV SUBSTATION MAIN TRANSFORMER MONITORING SYSTEM DESIGN ABSTRACT This important task of this design is protective relaying design of sabstation through the protective distribution of the transformer and lines. Ensure the Electric power system’ s safe operation. Mainly uses the protection has the gas to protect, the transformer differential motion protection, the electric current, the load, the distance protection. This design is we in school period carries on last the count for much prehensive practice teaching link, also is our student prehensively utilizes studies the basic theory, the specialized knowledge carry on the design to the actual problem (or research) the prehensive training, simultaneously or we future will move towards the basic practice which the work post will establish. May strengthen us through this design to utilize studies the knowledge explanation actual problem the ability and the innovation ability, in order to meets the work need well. The Electric power system’ s protective relaying design and distribution whether is rational directly affect safe operation who selecting protective duty. Should satisfy basic requires of protective relaying selecting protective duty and right calculated setting ensures the electric power system’ s safe operation。 本次設(shè)計是我們在校期間進行的最后一個非常重要的綜合性實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，也是我們 學(xué)生全面運用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識對實際問題進行設(shè)計（或研究）的綜合性訓(xùn)練，同時還是我們將來走向工作崗位而奠定的基本實踐。 其主要采用的保護有繼電保護、過電壓保護、瓦斯保護、變壓器差動保護。選擇保護方式和正確的計算，以保證電力系統(tǒng)的安全運行。此微機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)就是監(jiān)視變電站運行生產(chǎn)過程 ,實現(xiàn)各類操作控制，完成變電站生產(chǎn)過程的監(jiān)測與控制。 針對 110kV 變電所，對變電站中各種主要設(shè)備和二次保護進行研究和設(shè)計。 通過對設(shè)計任務(wù)的分析，結(jié)合目前國內(nèi) 110kV 變電站設(shè)計的規(guī)則以及已有的成熟經(jīng)驗，最終理清了設(shè)計的思路，該變電站的系統(tǒng)框圖如圖所示。 變電所監(jiān)控系統(tǒng)的特點及功能 變電所監(jiān)控系統(tǒng)的特點 110KV 變 電所采用微機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)后，對于一次系統(tǒng)沒有影響，一次設(shè)計仍按常規(guī)設(shè)計。微機保護以一個配電回路為單位，把這一回路的 測量、保護及控制信號由一個獨立的 PLC 來完成，形成一個獨立完整的微機監(jiān)控單元。 變電所監(jiān)控系統(tǒng)的功能 隨著微機技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的范圍越來越廣，功能也越來越強大。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 2 變電所負(fù)荷計算和變壓器的選擇 計算負(fù)荷定義 所謂負(fù)荷計算，是指對某一線路中的實際用電負(fù)荷的運行規(guī)律進行分析，從而求出該線路的計算負(fù)荷的過程。如一計算負(fù)荷確定過大，將使電器和異線選得過大，造 成投資和有色金屬的消耗浪費，如計算負(fù)荷確定過小又將使電器和導(dǎo)線電纜處子過早老化甚至燒毀，造成重大損失，由此可見正確確定計算負(fù)荷重要性。因此此設(shè)計采用的是需用系數(shù)法來對電力負(fù)荷計算的。這樣電能損耗和導(dǎo)線截面增加，提高了電網(wǎng)初期投資的運行費用。由公式 c .jc .jco s QP ??? 得， ??cos ，?tan = 則功率因數(shù) ??cos =，功率因數(shù)過小，需要進行無功補償。? = 此時因有功功率 24986kw 不變 ,則需補償?shù)臒o功為 C A N T a cQ = P ( ta n ta n )??? =。這種補償方式的優(yōu)點是電容器的利用率較高，管理方便，能夠減少電源線路和變電所主變壓器的無功負(fù)荷。根據(jù) 171。 (2) 主變壓器 SF725000/110 的無功功率損耗 TQ? 的計算： 20. . . ...%%( ) ( )1 0 0 1 0 0a c s a cT i T N T N T N TN T N TS I u SQ Q Q S SSS? ? ? ? ? ? ? 20 . 8 1 0 . 5 2 2 5 2 3 . 5 42 5 0 0 0 2 5 0 0 01 0 0 1 0 0 2 5 0 0 0??? ? ? ? ? ???? vark? 式中 TQ? —— 變壓器的無功功率損耗， kvar ； .iTQ? —— 變壓器在空載時的無功功率損耗， kvar ； .NTQ? —— 變壓器在額定負(fù)荷時的無功功率損耗 ， kvar 0%I —— 變壓器的空載電流百分?jǐn)?shù)； %su —— 變壓器的短路電壓百分?jǐn)?shù)； .NTS —— 變壓器的額定容量， kVA； acS —— 變壓器的實際負(fù)載容量， kVA。 39。 安全、可靠、靈活、經(jīng)濟是對變電所主接線的基本要求。當(dāng)有兩回進線的變電所的各級電壓母主線，一般采用單母線分段制。其鋼芯鋁線的電流密度?J 2/Amm ，所以導(dǎo)線的經(jīng)濟截面面積： )( 3 39。 pI =445 A pQ =70 C? oQ =25 C? Q =35 C? soK = 導(dǎo)線的長時允許電流 so pKI=445? = A mnI 符合條件。 短路電流及其計算 短路電流的種類 在供電系統(tǒng)中，可能發(fā)生的主要短路種類有四種 :三相回路、兩相回路、兩相接地短路和單相接地短路。兩相接地短路是指中性點直接接地系統(tǒng)中，任意兩相在不同地點發(fā)生單相接地而產(chǎn)生的短路，用 )1,1(K 表示。 ③確定限流措施，當(dāng)短路電流過大造成一設(shè)備選擇困難或不經(jīng)濟時候，可以采取限制短路電流的措施。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 1 1 0 K V 母 線1 0 K V 母 線S 1S 21 1 0 K V 架 空 線K 1K 2變 電 所 各 負(fù) 荷2 5 0 0 0 k V AU k % = 1 0 . 5S 1 S 21 1 0 k V 母 線1 0 k V 母 線K 1K 21— —0 . 0 92— —0 . 0 93— —0 . 4 24— —0 . 4 2 圖 32 短路電流計算系統(tǒng)圖 圖 33 短路電流計算等效電路圖 由于電源 1S 、 2S 是無限容量，不必計算其電抗。39。假想斷 路器固有分閘時間為 ,電弧燃燒持續(xù)時間為 ,主保護動作時間為 ,所以tf =++= 所以 fshK tkCI = 23 3 .5 1 0 .2 5 1 9 787 mm? ? ? 所選母線截面積 A=539 mm2 197? mm2 ，滿足熱穩(wěn)定要求。其具體參數(shù)見下表： 表 42 矩形鋁母線水平放置參數(shù) 導(dǎo)體尺寸 ()mm mm? 截面 （ 2mm ） 載流量（ A） 機械強度要求最大跨距（ cm） 機械共振允許最大跨距（ cm） 截面 系數(shù) xW（ 3cm） 慣性半徑ixr （ cm） 肌膚效應(yīng)系數(shù) skK 8010? 800 1427 2056 / chai 161 (1) 熱穩(wěn)定校驗 fshK tkCIA? A所選母線截面積 mm2 ； C 材料熱絕緣系數(shù)； ksh 集膚效應(yīng)系數(shù)； Ik 短路電流； tf 短路電流作用的假想時間。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 變電所一次設(shè)備的選擇和校驗 高壓斷路器的選擇和校驗 高壓斷路器 (QF)除在正常情況下通斷電路外，主要是在發(fā)生故障時，自動而快速的將故障切除，以保證設(shè)備的安全運行。具體參數(shù)如下： 表 43 戶外少油斷路器具體參數(shù) 型 號 額定電壓（ kV） 額定電流（ kA） 額定短路容量（ MVA） 動穩(wěn)定 熱穩(wěn)定 極限通過電流（ kA） 允許通過的短路 穩(wěn)態(tài)電流（ kA） 峰值 有效值 假想時間 ft (—— ) GSW 1103 ? 110 1200 3000 41 （ 2）高壓斷路器的熱穩(wěn)定校驗 ttfkt II ? 式中： tI —— 設(shè)備在 st 內(nèi)的熱穩(wěn)定電流， kA kI —— 三相短路穩(wěn)態(tài)電流， kA 設(shè)計中 110kV 側(cè)三相短路電流為 ，參考《煤礦電工手冊》中關(guān)于熱穩(wěn)定校驗的簡化算法，當(dāng)假想時間 ft 在（ —— ）時，允許通過的短路穩(wěn)態(tài)電流為 ，安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 該值遠(yuǎn)大于通過線路的最大短路穩(wěn)態(tài)電流。 （ 1）高壓隔離開關(guān)的選擇 高壓隔離開關(guān)依據(jù)允許的額定電壓和額定電 流的要求選擇 : nmax UU ? nIIN? 其中 maxU —— 制造保證的最高工作電壓， kV nU —— 電路正常工作電壓， kV NI —— 設(shè)備的額定電流， A nI —— 正常工作持續(xù)電流， A 參考《煤炭電工手冊》中相關(guān)信息，選擇戶外隔離開關(guān) ,型號為 1000/1105 GGW ? 。 電流互感器的選擇和校驗 電流互感器是一次電路與二次電路間的連接元件，用以分別向測量儀表和繼電器的電壓線圈與電流線圈供電。而將二次繞組與儀表、繼電器等的電流線圈串聯(lián)，形成一個閉合回路，由于一次儀表、繼電器等的電流線圈阻抗很小，所以電流互感器一作時二次回路接近短路狀態(tài)。 電壓互感器的選擇和校驗 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 電壓互感器一次側(cè)是并接在主接線高壓測，二次線圈與儀表和繼電器電壓線圈串聯(lián)，一次側(cè)匝數(shù)很多，阻抗很大，因而，它的接入對被測電路沒有影響。具體參數(shù)：額定電壓（一次繞組為 3110 kV,二次繞組 3100 V，剩余電壓繞組 100V）；額定頻率（ 50 或 60HZ）。油箱外部故障主要是指引出線之間發(fā)生的各種相問短路，引出線因絕緣套管閃絡(luò)或破碎而通過油箱外殼發(fā)生的單相接地短路。汕箱漏油造成的汕面降低 。7)反映變壓器非全相運行的非全相保護等。 電力變壓器縱聯(lián)差動保護 對于 及以上的廠用工作變壓器和并列運行的變壓器， 10MVA 及以上廠用備用變壓器和單獨運行的變壓器，以及 2MVA 及以上用電流速斷保護靈敏性不符合要安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 求的變壓器，應(yīng)該裝設(shè)縱聯(lián)差動保護，并將縱聯(lián)差動保護作為主保護。平衡線圈 ?bW 接于 10kV 側(cè)，平衡線圈 ?bW 接于 110kV側(cè)。 （ 6）核算由于實用匝數(shù)與計算匝數(shù)不等而產(chǎn)生的相對誤差 f? ： ????? 因此可不必再重新計算動作電流。 ? ? in ?????K ,故可選用此種保護方式進行縱聯(lián)差動保護。 （ 2）靈敏度校驗： ? ? oc c2 m mrm ??? ????? KI KIKK （ 3）動作時限，應(yīng)比變電所 10kV 母線配出線的過電流保護動作時限大一個時限階段。其優(yōu)點是簡單可靠，動作迅速；缺點是不能保護線路全長，并且保護范圍直接受系統(tǒng)運行方式變化的影響?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 (3)硬件配套齊全，易于使用，適應(yīng)性強 目前絕大多數(shù)的 PLC 都是用梯形圖語言，易學(xué)易