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1、本科毕业设计说明书煤矿110kV变电所主井保护系统设计DESIGN OF 110kV MICRO-COMPUTER PLC CONTROL THE MAIN SHAFT MINE PROTECTION SYSTEM FOR SUBSTATION学院（部）： 电气与信息工程学院 专业班级： 电气08-2班 学生姓名： 焦波波 指导教师： 杨岸副教授 2012年 5 月 25 日煤矿110kV变电所主井保护系统设计摘要目前，在国内有许多大中型煤矿的提升系统都装配了比较先进的保护装置，以增强对提升机的保护，但有些煤矿因为缺乏资金而没有装配保护装置。因此，研究出实用、可靠性高、经济、适用范围广的提升机
2、综合保护装置有着十分显著的意义。本设计以淮南矿业集团潘北矿区的变电所为对象进行了变电所高压电气设备选型计算、相关继电保护整定的计算、二次回路分析、断路器的闭合闸动作过程以及微机保护的设计。其中变电所一次设备的选型部分主要对主变压器、电容器、架空线和母线的选择以及短路电流的计算和高低压电气柜的选择。二次回路部分主要对10kV主井进线测量保护作了简要的分析，同时也对断路器的工作过程及其开闭的动作过程作了全面的分析，在其中辅助大量的电路流程图，以全面的数据和图形剖析了二次回路的工作过程。微机保护部分的设计选用S7-200系列PLC进行硬件系统配置和软件的设计。关键字：继电保护，PLC，主井保护，电气
3、设备DESIGN OF 110kV MICRO-COMPUTER PLC CONTROL THE MAIN SHAFT MINE PROTECTION SYSTEM FOR SUBSTATION ABSTRACTCurrently, there are many large and medium coal mines in the country improve the system are equipped with more advanced protective devices to enhance the protection of the elevator, but some min
4、es due to lack of funds is not equipped with protective devices. Therefore, the developed practical, high reliability, economy, widely applied Integrate backup protection device has a very significant meaning.The design of Huainan Mining Group Pan North mine substation transformer for the objects of
5、 the calculations of the high voltage electrical equipment selection, the relevant relay setting calculations, the secondary circuit analysis, circuit breaker action during the closed gate, and microprocessor-based protection design of substation equipment including a main part of the main transform
6、ers, capacitors, overhead lines and bus options and short-circuit current calculation and the choice of high and low voltage electrical cabinet. 10KV secondary circuit part of the main line of the main shaft into a brief analysis of measurement of protection, but also the working process of the circ
7、uit breaker opening and closing of the action process and a comprehensive analysis, in which a large number of auxiliary circuit flow to comprehensive data and graphical analysis of the secondary circuit of the working process of the design of microprocessor-based protection used for S7-200 series P
8、LC hardware configuration and software design.KEYWORDS：relay, plc, protection of the main shaft ，electrical equipment目录摘要(中文)I摘要(英文)II1绪论11.1设计背景11.2当前国内外研究现状11.3主井提升机继电保护要求11.4主井保护系统的组成11.5主井系统保护的任务21.6主井系统保护的意义22设计任务及原始资料33变电所一次设备选型43.1 负荷计算43.2无功补偿43.2.1.无功补偿的意义43.2.2.电网中常用的无功补偿方式53.2.3.无功补偿的计算53
9、.3 主变压器的选择53.3.1.主变台数的确定53.3.2变压器形式的选择63.3.3.主变容量的确定63.4 110kV架空线的选择73.4.1 架空电力线路的防护区73.4.2110kV架空电力线路的安全距离83.4.3.架空线截面积的选择83.4.4.架空线的校验93.5 110kV母线的选择103.5.1. 110kV母线的接线方案与分析103.5.2110kV母线的选择113.6三相短路电流的计算123.7 高压断路器的选择153.8其它设备的选择173.8.1高压隔离开关的选择173.8.2 避雷器的选择184变电所二次侧设备的选型204.1 10kV母线的选型与校验204.2
10、10KV电缆的选择204.3高压开关柜的选择214.4 其他设备的选择215主井提升机继电保护235.1 10kV主井保护设计235.2继电器保护的要求235.3 继电保护组成235.4 主井保护245.5 继电保护用电流互感器的二次接线256二次回路分析266.1 二次回路的含义及其重要性266.2 10kV主井进线测量保护装置266.3 计量回路296.4 NSC681测量回路296.5 断路器控制回路306.6 跳闸操作316.7 合闸操作316.8 断路器防跳316.9 断路器信号回路和辅助回路326.10 储能回路337系统保护装置设计347.1 概述347.2 系统保护的设计要求3
11、47.3 远程设备的功能要求347.4 硬件部分设计347.4.1 微机保护硬件系统组成347.4.2 PLC控制系统357.4.3 可编程序控制器(PLC)及其结构367.4.4 PLC的特点及发展387.4.5 CPU-224397.4.6 西门子S7-200的简介407.4.7 S7-200系列的PLC的通信417.4.8 系抗干扰措施417.5 硬件电路设计427.5.1 系统框图427.5.2 对远端设备的硬件电路设计447.5.3 控制系统及外围系统487.6 系统软件流程图517.6.1 系统主程序流程图517.6.2 检测子程序流程图527.6.3 通讯程序设计53结论56参考
12、文献57致谢581绪论1.1设计背景目前，在国内有许多大中型煤矿的提升系统都装配了比较先进的保护装置，以增强对提升机的保护，但有些煤矿因为缺乏资金而没有装配保护装置。因此，研究出实用、可靠性高、经济、适用范围广的提升机综合保护装置有着十分显著的意义。1.2当前国内外研究现状目前国外研制的后备保护装置虽性能好，不过价格上却是一般煤矿企业所难以承受的。国内的许多提升机后备保护装置相对较落后，大多以单片机为核心，采用C语言或汇编语言编写程序的后备保护装置，人机界面相结合、监测保护功能于一体。本文利用PLC为核心技术设计开发新型的提升机综合后备保护装置。1.3主井提升机继电保护要求矿井提升机是矿山生产
13、的至关重要设备，对矿井的生产及安全起着非常重要的作用。一旦出现故障，要求其保护设备能自动地、快速地、有选择性地借助于断路器将故障元件从电力系统中切除，保证无故障元件快速恢复正常运行，并使故障元件免于继续遭受破坏。电气元件的不正常运行状态，要根据运行维护条件自动发出信号，通知运行人员处理，或自动地进行调整和消除。反应不正常工作状态的继电保护装置，一般不需要立即动作，允许带一定延时。对作用于断路器跳闸的继电保护装置来说，必须做到严格的选择性、及时的速动性、足够的灵敏性、极高的可靠性。1.4主井保护系统的组成主井系统微机远程保护由主站设备（PC机）和远端设备PLC监控保护单元构成。系统硬件由主机及其
14、外部设备，多台PLC智能控制单元及其外部设备RS-485接口组成。远端设备安装在变电所、主井内（每路一台），主要完成对模拟量的采集和检测，将运行状态和数据发送给主站，并能接收主站发来的命令。主站设备是一台装有监控软件的PC机，安装在控制中心或值班室，进行设置参数或控制，通过串口和远端设备相连。远端设备站软件可以管理整个系统的所有远端设备，如当远端送来的被控对象出现异常信息时，主站会提示报警，将数据存入数据库中，并能提供历史数据查询及数据曲线的绘制等。上位机与下位机的通信采用主从式RS-485接口通信网络。1.5主井系统保护的任务目前我国众多大中型企业都面临技术改造问题，随着监控保护的覆盖面的逐
15、渐扩大，系统保护的任务也日益繁重，系统技术改造是一项重要的技改工作。此微机远程监控系统的主要任务就是监视主井运行生产过程,实现各类操作控制，完成主井生产过程的监测与保护。所以该系统首先要能够实时采集主井生产过程中的各种实时信息，更新数据库，为监控保护系统提供真实可靠的运行信息。能提供正常情况下的运行显示，调用所有的数据，完成各种管理提示及统计报表等工作。实时监视生产过程中的各类异常报警(如短路、过载、过压、欠压、过电流等)信号，并做出相应的保护处理。此外，此系统不仅要在本地完成监视现场运行数据，对现场仪表进行标定，对操作参数进行修改，实现各种先进控制，方便地完成对控制系统的监视、设置参数等功能，而且在远程和异地也能实现控制系统操作和运行数据的传输，实现资源共享。1.6主井系统保护的意义从根本上改善煤矿安全生产状况，是关系煤炭工业发展的大事，是保障煤炭工业持续，稳定，健康发展的重要前提。为了贯彻落实安全第一的方针，除
