煤电钻毕业设计

1概述长期以来，我国的煤矿普遍采用6kV电压下井供电，还用极少数矿井由于历史原因还在采用3kV电压供电。

在旧版的《煤矿安全规程》（86版和以前版本）中有明确的规定“井下配电电压不得超过7000V”，很多煤矿为了符合这一条款，在地面设置了10/6kV的变电站，这在当时认为是必须的。

但随着采掘机械化，井下供电负荷、供电距离的不断的增长，原有的6kV供电系统已经不能满足矿井的供电要求，不能可靠的供电。

另外，从供电系统的经济效益来考虑，需减少变电环节，降低电能损耗。

这样，将6kV的配电电压用10kV电压所替代，也是煤矿供电发展方向。

另外，在我国目前执行的1983年的《全国供电规划》中规定高压电压的国家标准，额定电压为10kV、35kV……，并规定除发电厂直配电可采用3kV、6kV以外，其它等级的电压应逐步过渡到非淘汰电压等级。

而且根据国际电工委员会IEC标准38－77的规定，10kV公共配电电压作为电力系统向用户供电的标准电压。

因此，我国矿井供电系统应由6kV配电系统向10kV配电系统过渡，以适应标准规范的要求。

70年代以来，国内外矿井纷纷对10kV直接下井供电系统作了大量的试验和研究工作，并在部分矿井进行了10kV供电的试点工作，并取得了丰富的经验，至今已安全运行了30多年，取得了良好的经济和技术效益。

在新版的《煤矿安全规程》（92版和2001版）中都将“井下配电电压不得超过7000V”修改为“井下配电电压不得超过10kV”。

这样，矿井采用10kV下井供电就有了充分的技术政策保证。

2 6kV配电的历史原因与不合理性2.1 6kV配电的历史原因煤矿采用6kV电压作为其配电电压，有其历史原因的。

这主要是受到电气设备供货、行业规程、工矿企业生产工艺机械化程度和生产规模的限制。

其主要原因有以下几个方面：2.1.1 受电气设备供货的限制工矿企业的主要拖动电器—电动机在90年代以前的最高额定电压为6kV，相应的起动控制设备也就围绕着6kV电压来进行。

2.1.2 受行业规程的限制内部采用6kV配电至今仍在大量的具有6kV高压电动机的工矿企业中应用，从历史的原因来看，这是由于：在煤矿系统中，在《煤矿安全规程》（86版及以前版本）中有明确规定：井下的配电电压不超过7000V。

在石油化工，纺织行业中的安全规程也有类似的规定。

2.1.3 工矿企业生产工艺机械化程度的限制主要是指生产工艺机械化、自动化水平较低，大型设备使用较少，从而造成大容量高压电动机的需求也比较少的原因。

有关设计部门曾作过设计方案来比较，400kW及以下的电动机做成6kV的比做成10kV的综合造价低，而500kV及其以上的电动机则是10kV比6kV的综合造价低。

而且容量越大，造价越低。

2.1.4 受工矿企业生产规模的限制因企业规模小，电力负荷相对比较小，供电距离也未超出6kV电压的供电能力，故还存在着得过且过的观念，对采用10kV配电的积极性不高。

2.2 6kV配电的不合理性矿井采用6kV配电具有其历史的原因，也就同时具有其不合理性，这些不合理性具体表现在以下几个方面：2.2.1 标准的导向根据国际电工委员会IEC标准38—77的规定，10kV为标准的公共配电等级之一。

我国的国家标准GB50052—1995供配电系统设计规范以及1983年国家经委颁发的《供用电规则》也有类似的规定，而6kV则被列为逐步被淘汰的电压等级。

2.2.2 10/6kV变压环节由于工矿企业及城乡各领域均采用10kV作为电源，有些大型企业也有采用35kV甚至110kV作为电源，再设35/10kV，110/10kV变电站作为企业的内部供电，但由于企业内部或煤矿井下及地面有6kV高压电动机，因而不得不再设置10/6kV变电环节来为之供电，造成设备、投资及电能浪费。

2.2.3 6kV配电不适应生产的发展由供电技术可知，6kV配电的输电能力有限，对于架空线路，其最大负荷距约为20MW·KM；对于电缆线路约为24 MW·KM，（电缆指铜芯，架空线只有铝芯线），因而对于大型现代化企业，尤其是电力负荷较大的煤矿、冶金、化工、水泥等企业，显得力不从心。

对于10kV配电，其输电能力对于架空线，最大负荷可达45 MW·KM对于电缆线路，可达50MW·KM。

由这些数据可知如采用10kV配电，其负荷距为原6kV负荷距的2倍以上，极大的提高了输电能力，适应了现代企业不断增长的电力负荷要求。

2.3 10kV直接下井供电的提出中小型煤矿，一般不设35kV降压站，电源常就近取自城市10kV电网，但由于前述原因，井下高压只能采用6kV配电，因此必须在地面设置10/6kV变电所，增加一个效率很低的变压环节。

因10kV与6kV相差很小，这样会引起一系列的设备投资增加，电力损耗，年运行费用增加等问题，所以，特别要开展10kV直接下井供电技术攻关，以代替这种不合理的供电方案。

对于大型煤矿与特大型煤矿（日产煤万吨及以上），其综合机械化采煤程度高，产量及井下的用电负荷比中小煤矿大几十倍。

而供电距离也长达3～5km，故6kV配电系统已远远不能满足输送容量和电压损失的要求。

此外，部分开采日久的中型煤矿，因井下深度的增加和巷道的延伸，6kV线路的供电半径难以达到。

综合的来说，大型煤矿虽然同样采用10kV下井供电，但与中小型煤矿的目的不同，中小型矿井的主要目的是取消10/6kV变电环节，统一工矿企业的供配电电压，而大型矿井的主要目的是提高电网的输电能力，减小线路损耗。

10kV直接下井供电，不仅适用于煤矿供电，而且对于地面其它工矿企业也有普遍的推广意义，我国有大量的内部有高压电动机的企业也同样存在10/6kV变电环节。

目前，随着10kV 电动机及其相应的控制设备的供货日趋充足和国家的经济政策法规的要求，10kV直接供电已在选煤厂、化肥厂、自来水公司、机械厂、排水工程、铝厂，水泥厂等地面企业推广使用，随着生产技术的进一步发展，工矿企业以10kV取代6kV 直接为电动机供电完全可以实现的。

3 10kV配电系统的优越性3.1 简化供电系统，提高供电的可靠性，节约投资和运行费用这一优点以中小型矿井和地方煤矿为突出，采用10kV配电系统，在矿井地面就与一般工厂一样，只需设双回路10kV 配电所，并引出10kV下井电缆即可，因而简化了供电系统，供电可靠性提高，并节约了大量的投资和年运行费用。

两种方案的简化供电系统对比如图3－1所示：由图可以看出，10kV 下井供电比6kV 下井供电可节省两台10/6kV 主变压器和5～8台高压开关柜（含控制保护柜），并节约了主变压器的电力损耗，据设计估算，对于新建的中小型矿井，可节约电气部分投资15～40万元，年运行费用可减少5～15万元。

对于有35kV 或110kV 总降压站的大型、特大型矿井，若地面和井下高压配电均采用10kV ，就可以节省两台大容量10/6kV 主变压器及相关设备，其经济效益是很可观的。

当然，前文已提及，大型矿井采用10kV 下井的优越性是主要体现在提高输电能力，减少线路损耗上面。

3.2 提高输电能力在相同的导线截面、长度、负荷功率因数的条件下，两种电压等级比较：10kV 线路输送的三相有功功率为：10101010cos I U 3P ϕ=1010210cos )Z /U (3ϕ= (3—1)6kV 线路输送的三相有功功率为：61066cos I U 3P ϕ=6626cos )Z /U (3ϕ= (3—2) 由前面给定条件，由于导线的截面和负荷功率因数都相同，故存在下面的关系：610610cos cos Z Z ϕ=ϕ=将（3—1）与（3—2）式相比较，有：P 10/P 6=U 102/U 62=102/62≈2.8 (3—3)即在线路阻抗与负荷功率因数相等的条件下，10kV 电网的输电能力是6kV 电网的2.8倍。

3.3 降低电能损耗在相同的输送功率，线路的阻抗及负荷功率因数条件下，10kV 的有功损耗为：1021010R I 3P =∆102101010R )cos U /P (ϕ= (3—4)同理，6kV 的有功损耗为：6266R I 3P =∆62666R )cos U /P (ϕ= (3—5)因为610610610R R cos cos P P =ϕ=ϕ=故有△P 10/△P 6=U 62/U 102=62/10≈0.36 (3—6)即在同等条件下，10kV 线路的有功损耗仅为6kV 线路的36%。

对于两种线路的无功损耗，也有类似结果。

3.4 提高供电质量对于用电户来说，供电质量主要是指供电线路末端的电压质量，即线路电压损失百分值要小，末端电压与首端电压的相位差要小。

目前矿井负荷对电网的频率的要求还不是很高。

下面在线路阻抗、负荷电流、负荷功率因数相等的条件下来加以比较，但此时10kV 线路的输送功率已是6kV 线路的3倍了。

设在两回相同的线路中分别通过功率因数同为ϕcos 的电流I ，对于6kV 和10kV 两种电压，他们的向量关系如图3-2所示。

其中106U U 、为始端电压，10d 6d U U ∙∙ 、为末端电压。

在此条件下，两种电网的电压损失有效值相等。

即)sin IR cos IR (3U U 610ϕ-ϕ=∆=∆ (3—7)10kV 线路的电压损失百分值为：%100)U /U (%U 101010⨯∆=∆ (3—8)6kV 线路的电压损失百分值为：%100)U /U (%U 666⨯∆=∆ (3—9)故得6.0106U U %U %U 106610===∆∆ (3—10) 可见在线路相同的条件下，即使输送功率是6kV 线路的3倍，10kV 线路的百分值仍只有6kV 线路的60%，因而可以充分保证线路末端用电设备的电压质量。

从另一方面，由向量图很容易推出：661010U /eh sin U /fd sin =θ=θ (3—11)而 fd ＝eb故而6.0sin /sin 610=θθ (3—12)显然，对于末端电压与始端电压之差，比有610θ<θ10kV 配电系统还有其它优点，如减小土建投资和有色金属消耗、降低系统运行费用、由于供电可靠性提高减少停电时间而带来的经济效益。

4 10kV 直接下井供电的安全问题井下配电电压由6kV 改为10kV ，必然会引起一系列的新的安全问题，因此需要研究和解决的安全问题主要有三个，即：局部放电问题、短路容量问题和单相接地问题。

下面就分别介绍这三个10kV 供电的安全问题：4.1 局部放电问题4.1.1 局部放电问题的提出局部放电的概念是随着矿井采用10kV 供电方案的提出而进入煤矿供电领域的。

局部放电是一种在高压设备中发生的非击穿性放电现象，一般有内部放电、表面放电和电晕放电三种类型。