【文章內容簡介】 .......................................................................................... 58 安徽理工大學畢業(yè)設計 1 1 緒論 設計背景 目前，在國內有許多大中型煤礦的提升系統(tǒng)都裝配了比較先進的保護裝置，以增強對提升機的保護，但有些煤礦因為缺乏資金而沒有裝配保護裝置。因此，研究出實用、可靠性高、經濟、適用范圍廣的提升機綜合保護裝置有著十分顯著的意義。 當前國內外研究現(xiàn)狀 目前國外研制的后備保護裝置雖性能好，不過價格上卻是一般煤礦企業(yè)所難以承受的。國內的許多提升機后備保護裝置相對較落后，大多以單片機為核心，采用 C 語言或匯編語言編寫程序的后備保護裝置，人機界面相結合、監(jiān)測保護功能于一體。本文利用 PLC 為核心技術設計開發(fā)新型的提升機綜合后備保護裝置。 主井提升機繼電保護要求 礦井提升機是礦山生產的至關重要設備，對礦井的生產及安全起著非常重要的作用。一旦出現(xiàn)故障，要求其保護設備能自動地、快速地、有選擇性地借助于斷路器將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，保證無故障元件快速恢復正常運行，并使故障元件免于繼續(xù)遭受破壞。 電氣元件的不正常運行狀態(tài)，要根據運行維護條件自動發(fā)出信號，通知運行人員處理，或自動地進行調整和消除。反應不正常工作狀態(tài)的繼電保護裝置，一般不需要立即動作，允許帶一定延時。 對作用于斷路器跳閘的繼電 保護裝置來說，必須做到嚴格的選擇性、及時的速動性、足夠的靈敏性、極高的可靠性。 主井保護系統(tǒng)的組成 主井系統(tǒng)微機遠程保護由主站設備（ PC 機）和遠端設備 PLC 監(jiān)控保護單元構成。系統(tǒng)硬件由主機及其外部設備，多臺 PLC 智能控制單元及其外部設備 RS485 接口組成。遠端設備安裝在變電所、主井內（每路一臺），主要完成對模擬量的采集和檢測，將運行狀態(tài)和數據發(fā)送給主站，并能接收主站發(fā)來的命令。主站設備是一臺裝有監(jiān)控軟件的 PC 機，安裝在控制中心或值班室，進行設置參數或控制，通過串口和遠端設備相連。遠端設備站軟件可以管 理整個系統(tǒng)的所有遠端設備，如當遠端送來的被控對象出現(xiàn)異常信息時，主站會提示報警，將數據存入數據庫中，并能提供歷史數據查詢及數據曲線的繪制等。上位機與下位機的通信采用主從式 RS485 接口通信網絡。 安徽理工大學畢業(yè)設計 2 主井系統(tǒng)保護的任務 目前我國眾多大中型企業(yè)都面臨技術改造問題，隨著監(jiān)控保護的覆蓋面的逐漸擴大，系統(tǒng)保護的任務也日益繁重，系統(tǒng)技術改造是一項重要的技改工作。此微機遠程監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務就是監(jiān)視主井運行生產過程 ,實現(xiàn)各類操作控制，完成主井生產過程的監(jiān)測與保護。所以該系統(tǒng)首先要能夠實時采集主井生產過程中的各種實時 信息，更新數據庫，為監(jiān)控保護系統(tǒng)提供真實可靠的運行信息。能提供正常情況下的運行顯示，調用所有的數據，完成各種管理提示及統(tǒng)計報表等工作。實時監(jiān)視生產過程中的各類異常報警 (如短路、過載、過壓、欠壓、過電流等 )信號，并做出相應的保護處理。 此外，此系統(tǒng)不僅要在本地完成監(jiān)視現(xiàn)場運行數據，對現(xiàn)場儀表進行標定，對操作參數進行修改，實現(xiàn)各種先進控制，方便地完成對控制系統(tǒng)的監(jiān)視、設置參數等功能，而且在遠程和異地也能實現(xiàn)控制系統(tǒng)操作和運行數據的傳輸，實現(xiàn)資源共享。 主井系統(tǒng)保護的意義 從根本上改善煤礦安全生產狀況，是關 系煤炭工業(yè)發(fā)展的大事，是保障煤炭工業(yè)持續(xù)，穩(wěn)定，健康發(fā)展的重要前提。 為了貫徹落實安全第一的方針，除了加強管理和安全技術培訓外，安全監(jiān)測工作現(xiàn)代化也是加強安全工作的重要物質技術保證。它是防止各類事故發(fā)生，實現(xiàn)煤礦管理現(xiàn)代化的必要手段，也是一項不容忽視的安全技術基礎工作。 安徽理工大學畢業(yè)設計 3 2 設計任務及原始資料 表 2‐ 1 潘北礦變電所負荷表 順序 設備負荷名稱 電壓(kV) 高 壓 電 動機 總臺數 /工作數 設備容量 需用系數Kx CosΦ tanΦ 使用容量 型式 額定 容量 (kW) 總容量(kW) 工作容量(kW) Pj (kw) Qj (kVar) Sj (kVa r) 1 主井提升機 10 同步 4000 1/1 4000 4000 3800 1824 4215 2 副井提升機 10 直流 1700/2200 2/2 3900 3900 3510 4668.3 5840.6 3 通風機 10 同步 3000 2/1 6000 3000 2226 1068.5 2469.2 4 壓風機 10 同步 550 5/4 2750 2200 1650 792 1830 5 瓦斯泵 10 異步 800 4/2 3200 1600 1200 1056 1598.5 6 制冷降溫系統(tǒng) 10 2021 2021 1400 1232 1864.9 7 地面低壓系統(tǒng) 8 8000 6400 5632 8525 8 井下高壓負荷 10 6000 4800 4896 6856.4 9 總計 24986 1744 30475 設計任務： 完成變電所 10kV 主井保護裝置的設計。 安徽理工大學畢業(yè)設計 4 3 變電所一次設備選型 負荷計算 ??? eiPKP X Q=P ?tan S= 22 Qp ? 式中： ?eiP ：每組設備容量之和，單位為 kW； XK ：需用系數； ?cos ：功率因數。 總負荷的計算： ???? PKP 1 ???? QKQ 1 ? ? ? ?22 ?? ??? QPS ： ??? SP /COS 1? 式中： 1K 為組間同時系數，取為 ～ 。 電力系統(tǒng)中的無功功率就是要使系統(tǒng) 中無功電源所發(fā)出的無功功率與系統(tǒng)的無功負荷及網絡中的無功損耗相平衡 。按系統(tǒng)供電負荷的功率因數達到 考慮無功功率平衡。 無功補償 電網中的電力負荷如電動機、變壓器等，大部分屬于感性負荷，在運行過程中需向這些設備提供相應的無功功率。在電網中安裝并聯(lián)電容器等無功補償設備以后，可以提供感性負載所消耗的無功功率，減少了電網電源向感性負荷提供、由線路輸送的無功功率，由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低線路和變壓器因輸送無功功率造成的電能損耗，這就是無功補償。 1） 補償無功功率，可以增加電網中有功功率的比例常數。 2）減少發(fā)、供電設備的設計容量，減少投資，例如當功率因數 cosΦ= 增加到cosΦ= 時，裝 1kVar 電容器可節(jié)省設備容量 ；反之，增加 對原有設備而言，相當于增大了發(fā)、供電設備容量。因此，對新建、改建工程，應充分考慮無功補償，便可以減少設計容量，從而減少投資。 3）降低線損，由公式 ΔΡ%=（ 1 21 cos/cos ?? ） 100%得出其中 2cos? 為 補償后的功率因數， 1cos? 為補償前的功率因數則： 2cos? 1cos? ，所以提高功率因數后，線損率也下降了，減少設計容量、減少投資，增加電網中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經濟效益。所以，功率因數是考核經濟效益的重要指標，規(guī)劃、實施無功補償勢在必行。 安徽理工大學畢業(yè)設計 5 1） 集中補償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組 。 2） 分組 補償：在配電變壓器低壓側和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補償電容器； 3） 單臺電動機就地補償：在單臺電動機處安裝并聯(lián)電容器等。 加裝無功補償設備，不僅可使功率消耗小，功率因數提高，還可以充分挖掘設備輸送功率的潛力。 按系統(tǒng)供電負荷的要求，功率因數要不小于 。而全礦自然功率因??? SP /COS 1? =24986247。30475=，因此要進行無功補償。因為主變的無功損耗遠大于有功損耗，暫取 ?cos = 計算 10KV 側無功功率補償容量。故補償無功功率為： ?? ? ? v a r1 1 3 6 8) a n ( a r c c o s) a n ( a r c c o s2 4 9 8 6t a nt 21 KanPQ C ????????? ? 選取 GR1 型高壓電容器柜，并聯(lián)電容器為 ，單柜容量為 360kvar，選 32臺，總補償容量為 36032=11520kvar。 無功補償后 10kV 測和 110kV 測的負荷計算如表 31 所示。 ` 表 31 無功補償后變電所的計算負荷 項目 ?cos 計算負荷 KWP/j KQj / var KVASj / 10kV 側補償前負荷 24968 30475 10kV 側無功補償容量 11520 10kV 側補償后負荷 24968 25662 主變壓器功率損耗 jS = jS = 110kV 側負荷總計 主變壓器的選擇 變壓器臺數的選擇：一個變電所中變壓器的臺數通常為 1～ 2 臺。變壓器臺數多，安徽理工大學畢業(yè)設計 6 不僅投資增加，消耗材料多，而且使系統(tǒng)接線復雜，維護困難。 當一、二級負荷較大時，為滿足供電可靠性，應采用兩臺變壓器供電。若一、二級負荷較少，并且可由低壓側取得足夠容量的備用聯(lián)絡電源，也可裝設一臺變壓器。 當負荷為三級時，宜采用一臺變壓器。但當負荷較大或認為經濟合理時，也可采用兩臺變壓器。 ．變壓器形式的選擇 1） 110kV 主變一般采用三 相變壓器。 2）當系統(tǒng)有調壓方式時，應采用有載調壓變壓器。對新建的變電站，從網絡經濟運行的觀點考慮，應采用有載調壓變壓器；其所附加的工程造價，通常在短期內可以收回。 3）具有三個電壓等級的變電站，一般采用三繞組變壓器，但每側繞組的通過容量應達到額定容量的 15%及以上，或第三繞組需接入無功補償設備。否則一側繞組未充分利用，不如選兩臺雙繞組變壓器更合理。 4） 繞組接線組別的確定： 變壓器三相繞組的接線組別必須和系統(tǒng)電壓相位一致。 變壓器容量的選擇 變壓器的容量首先要滿足在計算負荷下 變壓器能夠長期可靠運行。 1）單位變壓器的額定容量 NTS 與計算負荷的關系應滿足 CNT SS ? 2）對于兩臺并列運行的變壓器，則應滿足 CNTNT SSS ?? 21 211 CCNT SSS ??? 212 CCNT SSS ??? 式中 1NTS 、 2NTS 分別為并列運行的兩臺變壓器的額定容量； 1CS 、 2CS 分別為負荷中的一級和二級負荷的容量。 變壓器容量的選擇除必須滿足上述基本要求外，還應考慮：為適用工廠發(fā)展和調整的需要，變壓器容量應留有 15%～ 25%的裕量；滿足變壓器經濟運行條件。 根據給定負荷表得 KVASC ? ,高壓繞組額定電壓為 110kV。 1）主變方案選擇 方案一：單臺三相雙繞組變壓器，型號 SFZ930000/110的變壓器，額定容量 30000kVA,電壓等級 110/10kV。 安徽理工大學畢業(yè)設計 7 方案二：兩臺三相 雙繞組變壓器，型號 SFZ920210/110 的變壓器。 主變方案技術比較：方案一、優(yōu)點：接線簡單、占地面積?。蝗秉c：運行可靠性、靈活性差，不能滿足重要客戶的需求。方案二、優(yōu)點：運行可靠性、靈活性強，能滿足重要客戶的需求。顯然，方案二較好。 2）備用方式選擇 對于設有兩臺變壓器的變電所，通常選用兩臺等容量的變壓器，單臺變壓器的容量視它們的備用方式而定： (1)明備用：一臺變壓器工作，另一臺變壓器停止運行作為備用。此時，每臺變壓器均按最大負荷時變壓器負荷率為 100%考慮。 (2)暗備用：兩臺變壓器同時 運行，正常情況下每臺變壓器各承擔全部負荷的 50%。因此，每臺變壓器的容量宜按全部最大負荷的 70%選擇。 變壓器互為暗備用的特點是：正常情況下，變壓器最大負荷率約是 70%，符合變壓器經濟運行要求，并留有一定裕量；若一臺變壓器可以在承受全部最大負荷情況下繼續(xù)運行一段時間，這段時間完全有可能調整生產，切除部分不重要負荷，保證生產秩序。顯然，兩臺變壓器互為暗備用的運行方式，具有投資省、能耗小等優(yōu)點，在實際中得到了比較廣泛的應用。 又 K V AK V AS NT 8 5 0 6 4 2 ??? 式中， NTS 為一臺變壓器的額定容量（ kVA ） 故選用兩臺三相雙繞組變壓器，型號 SFZ920210/110的變壓器，額定容量 20210kVA,電壓等級 110/10kV，它們互為暗備用。 表 32 SFZ920210/110 型號變壓器參數 型號 額定電壓 (kV) 聯(lián) 接 組接號 損耗 (kW) 空 載 電流 (%) 阻 抗 電壓 (%) SFZ92021