网络电压等级的确定 原则

Question

网络电压等级的确定 原则是什么

Answer 1

根据1986年版《煤矿安全规程》中规定，井下配电电压高压不应超过7000V。而这一规定与电力部门采用10kV作为城乡及工矿企业和农业排灌的供电电压相矛盾。1992年版《煤矿安全规程》中规定，井下配电电压高压不应超过10000V，为发展10kV电压直接下井供电创造了条件。由于目前煤矿井下供电绝大多数采用6kV电压供电，因此很有必要在经济上和技术上分析一下发展煤矿10kV电压直接下井供电的意义。

1 从技术上分析10kV电压下井的意义

1.1 提高输电能力

10kV线路输送的三相有功功率为：

6kV线路输送的三相有功功率为：

设：Z10=Z6,cosψ10=cosψ6
得：P10/P6=U210/U26=102／62＝2．8
即在线路阻抗与负荷功率因数相等的条件下，10kV线路的输电能力是6kV线路的2.8倍。
1.2 降低电能损耗

10kV线路的有功损耗为：
ΔP10=3I210R10=(P10／U10cosψ10）2R10
6kV线路的有功损耗为：
ΔP6=3I26R6=(P6／U6cosψ6）2R6
设：P10=P6,cosψ10=cosψ6，R10＝R6
得：ΔP10/ΔP6=U26/U210=62／102＝0．36
即在输送功率、线路阻抗与负荷功率因数相等的条件下，10kV线路的有功损耗仅为6kV线路的36%，且同理可得两种线路的无功损耗比较结果。
1.3 简化电气接线

简化电气接线，可提高供电可靠性，减少投资和运行等费用，且能和电力系统采用的供电电压保持一致。
对一些中小型矿井，由于负荷较小，一般可不设35kV变电所，电源就近取自电力系统的10kV电网。因而供电系统大为简化，且提高了供电可靠性，同时节约了大量投资和运行费用。特别是近几年来，煤矿第三产业的蓬勃兴起，很多矿井办起了热电厂，其宗旨是：自发自用，多余上网，但往往在热电厂接入系统的问题上与电力部门发生矛盾，他们有时要求我们的热电厂采用10kV系统并网，因而我们矿井只能再新建10kV升压站，这样就增加了变电环节，造成了大量浪费。比如，我们设计并已投运的岭子热电厂和临沂矿务局热电厂，根据矿井热电厂“自发自用”的原则，我们设计了6kV系统；又根据矿井热电厂“多余上网”的原则，我们设计了10kV上网系统。这样就增加了许多电器设备及土建设施，经粗略计算，多投资约500万元，这还不包括这些设备的运行费用及其它。
1.4 减少电网短路电流

10kV系统短路电流为：

I10=IB10/X*.10

6kV系统短路电流为：

I6=IB6/X*.6

设 SB10=SB6,X*.10=X*.6
得 I10/I6=IB10/IB6=5.5/9.16=60%
即在同一地点和相同短路容量的条件下，10kV电网的短路电流只是6kV电网短路电流的60%，这使得10kV系统的电气设备的动稳定、热稳定校验都优于6kV系统的电气设备。
1.5 对于单相接地电容电流的分析

根据《煤矿安全规程》中规定 ：矿井高压电网的单相接地电容电流不得超过20A。因此，这个电流值越大，对井下安全越是不利。这在大型矿井中尤为突出。由于单相接地电容电流与电网电压和电网中电缆和架空线路的长度近似成正比。如果在相同负荷条件下，一回10kV线路可以代替几回6kV线路，从而使电网中线路长度减少，抵消了由于电压升高所引起的单相接地电容电流的增加。但是，计算10kV系统的单相接地电容电流还应包括10kV电源进线的对侧10kV母线所带的其它10kV线路，因此，要根据不同情况作具体的分析计算。
1.6 能提高供电质量

频率和电压是标志电能质量的两个基本指标，虽然它们主要是由电网来调整，但对用户来说，供电质量主要是指供电末端的电压质量，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。

图1 电压相量图

图1表示了以受端电压UM6、UM10为参考轴而画出的电压相量图，假设两种系统在线路阻抗、负荷电流、负荷功率因数都相等的条件下，则两种系统的电压损失有效值相等，即：

ΔU10=ΔU6=IRcosψ+IXsinψ

10kV线路电压损失百分值为

ΔU10%=(ΔU10/U10)×100%

6kV线路电压损失百分值为

ΔU6%=(ΔU6/U6)×100%

可见，即使在输送功率提高了1.7倍情况下，10kV线路的电压损失百分值是6kV线路的60%，从而相对来说减少了线路的电压损失。
此外，从图中可得：

sinθ10=c′b′/U10
sinθ6=cb/U6

cb=c′b′
sinθ10/sinθ6=0.6

2 从经济上分析10kV电压下井的意义

从以上分析可以看出，10kV系统供电比6kV系统供电有着许多优点，尤其在节能和供电系统的年运行费上更显示其优越性。当然，10kV系统的电气设备要比6kV系统电气设备费用高约10%～15%；10kV的用电设备费用比6kV的用电设备高约20%～30%。可见应根据实际情况做经济技术方案比较。下面举例分析，年产45万吨的泗河煤矿，全矿Pjs=2319kW,Qjs=661kVAR,S=2411kVA。
表1为泗河煤矿供电方案经济技术比较表，可以看出，该矿建设10kV变电所，且采用10kV向井下供电，技术合理，经济效益显著，相信它将在矿井投产后发挥重要作用。

表1 泗河煤矿供电方案经济技术比较表

项 目 Ⅰ方案
10kV变电所
Ⅱ方案
10/6kV变电所 Ⅲ方案
35/6kV变电所
电力负荷(kW) 2319 2319 2319
设备投资(万元) 308 350 530
建筑投资(万元) 52 60 95
一次投资(万元) 360 410 625
年运行费(万元) 78 85 101
占地面积(m2) 1200 1700 2000

综上所述，10kV系统在可靠性、经济投资、输送容量、电能损耗、电压质量、与电力部门的电网并网等诸方面均优于6kV系统。整套用于矿井的10kV矿用成套电气设备，1986年列入国家“七五”攻关项目，于1991年2月通过能源部技术鉴定。1990年能源部以能源技(1990)176号文，向全国煤矿通报推广10kV下井供电技术。可见，采用10kV电压直接下井供电将是煤矿井下供电的发展方向，矿井采用10kV下井供电不仅是必要的，也是完全可行的。