【文章內(nèi)容簡介】 ，日夜溫差大，年平均氣溫 ℃ ~℃，極端最高氣溫 38℃，極端最低氣溫 25℃，最熱月平均最高溫度 30℃，最熱月平均溫度 25℃，結(jié)冰期從 11月到次年 4月。土壤凍結(jié) 深度為 ，全年主要風向為西北風，最大風速 25m/s，年平均雷暴日為 40 日。礦區(qū)地震裂度為七度。 本礦井為低瓦斯礦井，礦井設(shè)計能力為年產(chǎn) 120 萬噸，在冊職工人數(shù)為 5000 人。礦井年最大負荷利用時數(shù)為 4500 小時，當?shù)仉娰M 月 /KW。 H，基本電費按安裝容量計收為 5元 /KVA。月。變電所有一、二類負荷，為了保證供電的可靠性所以選擇兩臺變壓器，一臺工作，一臺備用。主變壓器的容量 : KVA，選用 SFT716000/35 型變壓器。主變壓器的負荷率 : . ?? TNTSS? SFL716000/35 型變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)見下表一 : 礦區(qū)西家莊站為 110kV 變電站，其 35kV 母線最大運行方式下的短路容量為 400MVA，最小運行方式下短路容量為 300MVA，繼電保護的動作時間為 秒。 電源的地理接線如圖 11： 型號 額定容量（ KVA） 額定電壓（ KV） 額定損耗（ KW） 阻抗電壓% 空載電流 % 連接組別 外形尺寸（ mm） 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 表一 主變壓器主要數(shù)據(jù) 李家屯35 站西王莊11 0 站東湖龍35 站 圖 11電源地理接線圖 對于礦井的供電網(wǎng)絡(luò)中的核心部分 — 地面 35KV 變電站來說，從該變電站正式投運到目前為止，由于種種原因，變電站基本內(nèi)部設(shè)備沒有進行過更新，特別是變電站二次設(shè)備， 更是保持在礦井投產(chǎn)時的水平，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： ，大部分繼電器嚴 重老化，保護動作不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)保護拒動和保護誤動情況。 ，輸出電壓不穩(wěn)定且波動大，無法保證變電站二次設(shè)備的直流供電的要求。 ，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障和損壞也無法找到合適的零部件更換，造成設(shè)備癱瘓、無法運行。 ，報警的自動化程度不完善，也帶來一旦出現(xiàn)電力設(shè)備故障，值班人員和相關(guān)領(lǐng)導不能及時得知情況，不能做到故障的及時處理，嚴重影響電力設(shè)備的安全、正常運行。 東湖龍礦負荷資料表如下表二： 表二東湖龍礦負荷資料 高壓 低壓 空載 短路 長 寬 高 SFL716000/35 16000 35 6． 3 19 77 8 0． 7 YN,d11 4220 3260 4150 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 本設(shè)計要根據(jù) 35KV 東湖龍礦變電站供電系統(tǒng)情況及有關(guān)要求，簡單展示了分層分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)并利用工業(yè)組態(tài)軟件 Intouch 來實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)基本功能的設(shè)計。 由于本人專業(yè)知識很有限，且關(guān)于東湖龍 35KV 地面變電站的資料掌握不全，該系統(tǒng)也不能實現(xiàn)實際的鏈接。該監(jiān)控系統(tǒng)只能模擬整個系統(tǒng)的運行及功能的演示。 本監(jiān)控軟件的設(shè)計目標為： （ 1） 通過主接線圖可以清晰的看到變電站的一次接線情況 ，并且可以直觀的監(jiān)控到整個變電站供電系統(tǒng)的狀態(tài)和運行情況。 （ 2） 在主接線圖界面，通過身份驗證，可以實現(xiàn)對斷路器及隔離開關(guān)的在線操作。 （ 3） 當某線路的運行不正?；虿僮鞑划敃r會彈出警告窗口，并對其進行事件記錄。 （ 4） 對斷路器和隔離開關(guān)的操作實現(xiàn)閉鎖功能，并且提示正確操作，以減少操作人員的失誤，避免事故。 （ 5） 對斷路器和隔離開關(guān)操作設(shè)有密碼保護，只有通過密碼校驗獲得認可，才能對相關(guān)器件進行操作。以保護系統(tǒng)的安全運行。 （ 6） 設(shè)置監(jiān)控屏，通過監(jiān)控屏可以直觀的讀取一些數(shù)據(jù)。 （ 7） 出現(xiàn)事故時，會彈出提示界面，告之發(fā)生意外請求處理，進行報警確認。負荷名稱 電動機名稱 電動機額定容量/KW 設(shè)備臺數(shù) 設(shè)備容量 /KW 需用系數(shù) 功率因數(shù) 距變電所距離 重要負荷率 % 備注 安裝 工作 安裝 工作 一、地面 主井提升機 繞線 1500 1 1 1500 1500 250 100 副井提升機 繞線 1500 1 1 1500 1500 200 100 主扇風機 同步 1600 2 1 3200 1600 3500 100 超前?cos 壓風機 同步 750 3 2 500 1200 500 100 超前?cos 機修廠 1885 1000 0 工人村 1976 1200 0 洗煤廠 1598 800 50 鍋爐房 800 50 東湖龍村 1500 0 外供電 二、井下 距井口 最大 8000 300 100 正常 7000 300 100 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁 2 變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 概述 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備由帶有通訊接口的采集控制模塊 :多功能電力綜合儀表、開關(guān)量采集模塊、電流量采集模塊、模擬量采集模塊、繼電器控制輸出模塊、通訊管理機、 24V直流電源，低壓電動機綜合保護器、中壓微機綜合保護器以及中央監(jiān)控主機等組成。中央監(jiān)控主機是本系統(tǒng)的集中管理中心。一般安置在有人或無人值班的總值班室內(nèi)，用于整個變配電系統(tǒng)的實時狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)分析、歷史記錄、故障報警、控制等。 變配電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為集中式和分層分布式兩種形式。 集中式綜合自 動化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點 以變電站為對象，面向功能設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)，稱之為集中式計算機監(jiān)控系統(tǒng)（圖 21所示）。即各系統(tǒng)功能都以整個為一個對象相對集中設(shè)計，而不是以內(nèi)部和某元件或間隔為對象獨立配置的方式。 主要缺點 :運行可靠性差，每臺計算機的功能較集中，如果一臺計算出故障，影響面較大，因此必須采用雙機并聯(lián)運行的結(jié)構(gòu)才能提高可靠性 。軟件復雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試麻煩 。組態(tài)不靈活，對不同主接線或不同規(guī)模的變電站，軟硬件都必須另行設(shè)計，可移植性差，不利于批量推廣。但因其集保護功能、人機功能、“四遙”功能、自檢功 能于一身，具有工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，性價比比較高的特點，仍適用于一些小型變電站。 圖 21 集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)框圖 遠方調(diào)度中心 打印機 彩顯 當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng) 鍵盤 鼠標 數(shù)據(jù)采集及控制部分 微機保護管理單元 MODEM 交直流采樣YC 開關(guān)量采集YX 電能表脈沖采集 YM 開 關(guān)控制輸出 YK 保護單元 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 分層分布式綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和特點 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)（圖 22 所示）是以變電站內(nèi)的電氣間隔和元件 (變壓器、電抗器、電容器、中壓開關(guān)柜、低壓開關(guān)柜、鐘 S、直流屏等 )為對象開發(fā)、生產(chǎn)、應用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。分層分布式綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)一般分為三層，從底層往上層依次是 :間隔層、通信管理層、站控層。每層由不 同的設(shè)備或子系統(tǒng)組成，完成監(jiān)測和遙控的功能。通常，變電站監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩個基本部分組成。 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)、功能與特點： 1）基本結(jié)構(gòu) 分層分布式系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層（站級測控主單元）和間隔層（間隔單元）。站級位于變電站主控室內(nèi)，間隔級面向變電站開關(guān)場各間隔內(nèi)的一次電力設(shè)備。這種系統(tǒng)的主要特點是以一次電力設(shè)備為安裝單位，講控制、 I/O、保護等單元分散地安裝在一次電力設(shè)備屏柜上。站級控制單元通過串口與各一次電力設(shè)備屏柜相連，并與上位機和遠方調(diào)度中心通信。 變 電站層包括前置機通信單元和后臺監(jiān)控主機單元，這些構(gòu)成了上位機系統(tǒng)。間隔層也就是下位機系統(tǒng)，按斷路器間隔劃分，包括主變監(jiān)控保護單元、主變后備保護單元、線路監(jiān)測保護單元、電容器保護單元等。系統(tǒng)底層網(wǎng)絡(luò)采用 CAN 總線技術(shù)。上位機和下位機的各單元分別作為 CAN 總線的節(jié)點掛接在總線上，互相之間通過總線進行數(shù)據(jù)傳輸和通信聯(lián)系 [5]。 圖 22 分散分布式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)框圖 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 主要硬件設(shè)備及其功能 l)間隔層 間隔層保護裝置的設(shè)備及功能 :根據(jù)變配電站的規(guī)模以及是否是新建電站，間隔層保護監(jiān)控裝置可以采用 分散安裝在開關(guān)柜上，也可以集中組屏。一般新建變電站 35kV 及以下 間隔，保護分散安裝在開關(guān)柜上和直流電源， UPS 等設(shè)備上，元件保護裝置一般集中組屏。 間隔層保護裝置二次設(shè)計思路 :變配電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計思路隨著微機繼電保護裝置的不斷發(fā)展而相應地做出調(diào)整。間隔層的設(shè)備還包括 UPS、變頻調(diào)速器、直流屏、小電流接地選線裝置、無功補償控制裝置、智能消諧裝置、電度表、多功能表以及其他智能裝置。 2)通信管理層 通信管理層的功能是收集間隔層智能設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，處理上行、下行的信息 。完成不同協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)、實現(xiàn)不同系統(tǒng)的 應用軟件通信的透明傳輸。主要有集線器和網(wǎng)絡(luò)交換等設(shè)備，通常由網(wǎng)絡(luò)集線器、交換機、光電轉(zhuǎn)換器、通訊管理機、接口設(shè)備和傳輸設(shè)備。有的項目還把通信管理層的設(shè)備集中設(shè)計成低壓通訊柜和中壓通訊柜。 3)站控層 站控層設(shè)備主要包括主機、操作員站、工程師站、遠動通信設(shè)備等，其通常安放在主控室。站控層的主要功能進行數(shù)據(jù)的處理、存儲以及轉(zhuǎn)發(fā)，站控層同時具有良好的人機界面：變配電系統(tǒng)實時監(jiān)控畫面、實時和歷史數(shù)據(jù)報表、實時和歷史數(shù)據(jù)曲線、事件記錄、故障錄波分析等。站控層的主機也可作操作員站。 站級監(jiān)控主機采用高性能工控機或服務器 ，監(jiān)控軟件平臺采用專業(yè)組態(tài)監(jiān)控軟件，具有高可靠性、實用性、可維護性以及高度的可擴展性。 變電站級主要包括本地監(jiān)控工作站和工程師工作站微機，以及用于傳送遠動信息的主站微機。間隔級在橫向按站內(nèi)一次設(shè)備（主變、線路等）分散配置。對于站級和出線間隔級功能進行微處理化和分散安裝（地理上的分散和功能上的分布），站級主單元、間隔級I/O 單元、保護單元或測控保護綜合單元之間又分為保護相對獨立，控制和測量合一及保護、控制和測量合一等兩種模式。各單元相互之間依賴參數(shù)化方式達到組態(tài)的靈活性和可靠性。這種分層分布式系統(tǒng)同集中式系統(tǒng) 相比具有以下明顯優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)分散，有利于無人值班，系統(tǒng)可靠性高，局部故障不會導致全系統(tǒng)癱瘓；保護和控制功能集中到同一裝置中，簡化了二次設(shè)備之間的互連線，節(jié)省電纜，簡化維護，減少了站級主機的負擔；各模塊與監(jiān)控主機間通過局域網(wǎng)或現(xiàn)場總線連接，信息的傳輸均為數(shù)字信號，系統(tǒng)抗干擾能力強；系統(tǒng)響應速度快，因此，本設(shè)計選用分層分布式系統(tǒng)進行設(shè)計 [6]。 中國礦業(yè)大學 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 變電站自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信 變電站監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信概述 數(shù)據(jù)通信是計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它是各類計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展與通信技 術(shù)密不可分。 數(shù)據(jù)通信指通過某種類型的傳輸介質(zhì)在兩地之間傳送二進制位串的過程，它包括數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸兩部分。 變電站監(jiān)控系統(tǒng)常用通信技術(shù) 變電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信是隨著本身的發(fā)展和通信技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，它主要有串口通信、現(xiàn)場總線和局域網(wǎng)三個階段。 串行通信 監(jiān)控系統(tǒng)的串行通信主要是指數(shù)據(jù)終端設(shè)備 (DTE)和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備 (DCE)之間的通信。在 DTE 和 DCE 之間傳輸信息時必須有協(xié)調(diào)的接口，國際組織對 DTE 和 DCE 之間物理連接的有關(guān)特性制定了多個標準。 RS485 接口采用的通信方式 :每個信號都 采用雙絞線 (兩根信號線 )傳送，兩條線間的電壓差用于表示數(shù)字信號。 RS485 是最簡單高效的串口，傳輸速率高，距離遠，一條信號線上一般可以連接多達 128 臺設(shè)備，執(zhí)行器一般配備此接口。兩臺 RS485 設(shè)備之間的通信連接，只要直連即可，即正極連接正極，負極連接負極。 現(xiàn)場總線 (l)現(xiàn)場總線技術(shù)概念 目前，公認的現(xiàn)場總線技術(shù)概念描述如下 :現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備 /儀表與自動控制裝置 /系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、多點通信的數(shù)據(jù)總線?；蛘哒f，現(xiàn)場總線是以單個分散的、數(shù)字化、智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，用總線 相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。 (2)現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)生的意義 現(xiàn)場總線技術(shù)是實現(xiàn)現(xiàn)場