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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
2、矿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
3、conversion 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 p
4、rotection 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 p
5、rogram. 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 transfo
6、rmer 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
7、the composition of the hardware. KEYWORDS: the main transformer, electrical equipment, short-circuit current, relay protection, plc programmingII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7
8、2.3 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1
9、76 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
10、电流整定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47ii1 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
11、给予我们严格的要求。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
12、的正常运行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
13、从一定程度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：
14、横向不对称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
15、护被称为是电力系统的卫士，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
