автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обеспечение избыточности в системах подземного электроснабжения угольных шахт

СИБИРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ии. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи УДК 621. 313. 019. 3:612. 61

РГ6 од - 5 ДПР 1393

ШПИГАНОВИЧ Алла Александровна

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОСТИ В СИСТЕМАХ ПОДЗЕМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Специальность 05. 09. 03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк — 1993 г.

Работа выполнена в Карагандинском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент МАСЛОВСКАЯ Т.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КУРЕХИН В.В.

Ведущая организация

кандидат технических наук, доцент ВАВИЛОВСКИЙ В.И.

ПО "Караганцауголь"

Защита состоится " /У ." ^О-рШ^Ш. 1993г. в " ^

час

мин. в конференц-зале на заседании специализированного совета К 063.99.Ой при Сибирском метгллургическом инсти -туте по адресу: 654053, г.Новокузнецк Кемеровской обл., ул.Киро -

ва, 42.■

С Диссертацией можно'ознакомиться в библиотеке института..

Автореферат разослан " /Ч ■ Ш /СУ 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н..доцент

А.И.Петрачков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных условий дальнейшего совершенствования угольной промышленности является повышение эффективности и пропускной способности внутришяхтного транспорта. Доети -жение этого возможно только за счет слаженной,безотказной работы всех систем,обеспечивающих функционирование транспортных срецств, в том числе и системы подземного электроснабжения.

Как показывают многочисленные исследования, отказы электрооборудования систем электроснабжения магистрального транспорта и конвейерного подъема обуславливают до 30% потерь добычи полезного ископаемого. Остановки транспортных средств приводят не тольяо к потерям добычи из-за вынужденных простоев обслуживаемых ими вые -мочных и подготовительных: участков, но и вызывают увеличение расхода электроэнергии,повышают износ оборудования,снижают ритмич -ность процесса угледобычи. Отказы электрооборудования могут пов -лечь за собой возникновение ситуаций опасных для жизни и'здоровья обслуживающего персонала.

Уменьшение ущерба от перерывов электроснабжения магистрального, транспорта и конвейерного подъема может быть достигнуто путем ввода избыточности в электрические системы. На предприятиях угольной промышленности в настоящее время используется только один в [фай-нем случае два вица избыточности. Как правило,их- ввод не обосно -ван на технико-экономической основе. Отсутствие объективной оценки в потребности вида, типа, количества, места установки избыточности, естественно, приводит с одной стороны к снижению произво -дительности транспортирования полезного ископаемого, а с другой к увеличению материальных, стоимостных и трудовых затрат на эксплуатацию систем подземного электроснабжения.

Поэтому объектом исследования данной диссертационной работы

I

является оценка воздействия комплекса различного вида и типа избыточности на параметры шахтных грузопотоков для обеспечения повышения производительности работы транспортных средств.

Работа выполнялась•в соответствии с. программой ЦО10605 отраслевой темы по плану НИР и ОКР МУП СССР, податап 92 "Разработка способов и средств повышения эффективности, надежности, безотказности электроснабжения шахт с мощным электрическим приводом горных машин и новым более совершенным электрооборудованием и кабелями".

Целью работы является разработка методов и средств расчета и построения систем подземного электроснабжения магистрального транспорта и конвейерного подъема, обеспечивающих оптимальные параметры безотказности функционирования электрических систем угольных шахт.

Идея работы заключается в повышении эффективности использования транспортных средств угольных шахт путем обеспечения надеж -ности функционирования систем электроснабжения магистрального транспорта и конвейерного подъема за счет ввода в них комплекса нагрузочной, структурной и временной избыточности, обоснованного экономико-математическим моделированием.

Методы исследования. В основу разработанных аналитических методов оценки безотказности обеспечения электрической энергией рабочих машин магистрального транспорта и конвейерного подъема положены понятия и методы теории случайных импульсных потоков,теории вероятностей и нацежност! . При выполнении работы также ис -пользованы: методы математической статистики; планирования экс -периментов, имитационного моделирования, численные методы реше -ния задач на ЭВМ, методы экспериментальных исследований в производственных условиях.

Научная новизна диссертации состоит в:

- разработке методики формирования статистических показателей надежности электрооборудования систем электроснабжения транспортных машин;

- проведении статистического анализе) результатов эксперимен -тальных исследований; получении количественных характеристик безотказности и ремонтопригодности электрооборудования магистрального транспорта и конвейерного подъема, а также поэлементного распределения повреждений электрооборудования;

- разработке методики математического моделирования функцио -нирования систем электроснабжения с избыточностью, выполнении анализа эффективности нагрузочной, структурной и временной избы -' точности в системе электроснабжения; ' :

- определении допустимого времени перерыва электроснабжения транспортных машин при нагрузочной и структурной.избыточности;

- выработке методологии построения системы электроснабжения, осуществляющей безотказное обеспечение электрической энергией транспортных машин;

- теоретическом обосновании и разработке методов и средств,ис-. юпочающих воздействие отказов систем электроснабжения транспорт -ных машин и их электрооборудования на работу забойной техники.

Практическая ценность работы. Предлагаемый метод оценки надежности позволяет на стациях проектирования и эксплуатации систем подземного электроснабжения транспортных машин вводить избыточ -ность различного вида и типа, что приводит к снижению не только потерь добычи, но и расхода материалов, запасных, частей, числа обслуживающего персонала. Вероятностная модель функционирования системы электроснабжения и стохастических шахтных грузопотоков дает возможность рассчитать значения потенциальных потерь добычи

3

в каждой точке транспортной системы из-за отказор электрооборудование/ и рекомендовать в конкретном случае комплекс средств и мер по уменьшению или исключению воздействия отказов на технологический процесс. Результаты статистических исследований могут быть использованы проектными и исследовательскими институтами и орга -низациями для повышения безотказности и ремонтопригодности рудничного взрывобезопасного электрооборудования. Разработан и внедрен алгоритм управления, позволяющий поддерживать оптимальные параметры функционирования системы подземного электроснабжения магист -рального транспорта и конвейерного подъема с избыточностью,обес -печивающий максимальную рентабельность добычи полезного ископае -мого.

Достоверность полученных результатов подтверждается математи -ческим обоснованием полученных моделей; представительной выборкой данных экспериментов в промышленных условиях; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований в производственных условиях с результатами моделирования на ЭВМ параметров надежности систем электроснабжения магистрального транспорта и конвейерного подъема (доверительная вероятность составляет 0,90...О,95 при погрешности не более 10Х)„.

Реализация работы. Разработанные способы управления вероятностным процессом функционирования систем электроснабжения транспортных машин с избыточностью внедрены на шахтах им.Костенко и "Ка -захстанская" производственного объединения "Карагандауголь". Экономический эффект от внедрения рекомендаций в 1990 г. составил 92 гас.рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Карагандинского политехнического

4

института (г.Караганда, 1990-1992г.г.), научно-техническом семи -наре "Микропроцессорные системы контроля и управления экскаваторным электроприводом" (г.Свердловск, 1990г.), У1 научно-техничес -кой конференции "Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий (г.Миасс,1991г.), УН научно-технической конференции "Повышение надежности, экономичности и конкурентоспособности асинхронных электродвигателей и электроприводов" (г.Кемерово,1992г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Изложена на 154 страницах машинного текста, включает 25 рисунков, 8 таблиц, список»литературы из 140 наименований, I приложение на 13 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Большой вклад в решение теоретических и прикладных задач надежности систем электроснабжения угольных шахт внесли ученые: Абрамович Б.Н., Багаутинов Г.А., Бацежьо'' Ю.Г..Волотковский С.А..Лейбов P.M., Макаров М.И., Миновский Ю.П., Муравьев В.П., Оивняк ПГ., Праховник A.B., Разгильдеев Г.И., Серов В.И,, Соболев В.Г.,Ц.апен-ко Е.Ф.,Шпиганович А.Н.,1Дуцкий В.И. и руководимые ими научные школы и группы.

В результате данных работ в отрасли разработаны средства и способы повышения эффективности функционирования электроснабжения, Опыт применения систем электроснабжениг выявил специфические особенности их работы. Это стесненность пространства,опасность повреждения обрушивающейся породой и углем, действие агрессивных газов и вод, наличие в атмосфере высокой влажности, передвижной ха~

рактер работы, тяжелые режимы работы, наличие взрывоопасной среды, поражение работающего персонала электрическим током.

Выполненный анализ результатов исследований приведенных в литературных источниках показывает, что в настоящее время при оценке эффективности функционирования систем подземного электроснабжения не учитывается влияние отказов оборудования на работу транспортных машин и динамику грузопотока. Однако из-за отказов только электрического оборудования расход электрической энергии приходящийся на добычу полезного ископаемого увеличивается на 20...25^, а машинное время добычной техники сокращается на 15... 20Поэтому так необходимы разработки по изысканию научно-обос -нованных методов оценки повышения эффективности функционирования систем подземного электроснабжения, влиянья отказов электрооборудования на технологический процесс, что позволит на их основе создать эффективные спосооы и средства обеспечения электрической энергией транспортных машин-угольных шахт.

В связи с этим задачами, решение которых обеспечивает достижение поставленной цели, являются:

1. Разработка методши формирования статистических показателей надежности электрооборудования систем электроснабжения транспортных машин.

2. Определение допустимого времени перерыва электроснабжения транспортных машин при нагрузочной и структурной избыточности.

3. Анализ эффективности нагрузочной, структурной и.временной избыточности в системе электроснабжения.

4. Разработка методологии построения системы электроснабжения, осуществляющей безотказное обеспечение электрической энергией транспортных машин.

5. Теоретическое обоснование и разработка методов и средств

исключающих воздействие отказов систем электроснабжения транспортных машин и их электрооборудования на работу забойной техники.

Системы электроснабжения угольных шахт относятся к сложным системам. Они состоят из десятков, сотен единиц оборудования. Электрооборудование технологически взаимосвязано между собой и с оборудованием- других систем (рис.1). На его работу влияют многочис -ленные факторы. Функционирование электрооборудования в технологическом процессе угольной шахты состоит из наработок между отказами и отказов, которым присущ случайный характер. Они всегда чередуются в строгой последовательности. В связи с этим математичес -кой моделью функционирования единицы электрооборудования может служить стационарный случайный поток прямоугольных импульсов единичной высоты. Длительность импульсов и пауз случайного потока

соответственно описываются теми же законами, что и значения наработки на отказ и времени восстановления исследуемого оборудования. 1

Система электроснабжения служит системой обеспечения техноло -гического процесса угольной шахты. Чтобы оценить эффективность применения оборудования или системы электроснабжения целесообразно использовать математический аппарат, позволяющий описать пре -рывистые во времени физические процессы, к которым относятся как грузопотоки угольных шахт, так и функционирование электрооборудования систем электроснабжения. Шахтный грузопоток прерывист во времени. Он характеризуется интенсивностью груза в импульсах. Такой грузопоток можно представить эквивалентным потоком Хг(

' о

прямоугольных импульсов высотой ^ , соответствующей средней интенсивности груза ■ за время его поступления на рабочий орган конвейера. Длительности импульсов Vг и пауз

I Угольный с*ипо£ои

I аодлем

склетебоО подъем

I Дородный смолкой I подъем

——') ч^_^ч —» г/

РисЛ. Блок-схема взаимосвязей электрических и транспортных

систем угольной шахты:--электрическая связь;

----- функционально-технологическая связь

9Г грузопотока случайны. Случайной является и интенсивность груза в импульсе, которая зависит от времени работы выемочной машины за одно включение. Распределение интенсивности груза в импу -льсах грузопотока за промежуток времени А V подчиняется норма -льному закону, а периоды его поступления и отсутствия - экспоненциальному. *

На Игольных шахтах системы электроснабжения состоят из отде льных систем выемочных и подготовительных участков, магистраль -ного транспорта, конвейерного и скипового подъемов и т,д, В от -ношении технологических связей электрооборудование таких систем соединено последовательно. Построение его математической модели осуществлено путем наложения одного случайного потока на другой, каждый из которых отображает работу отдельной единицы электрооборудования. Полученный новый поток отображает работу; элемента эквивалентного последовательному соединению оборудования. Опреде -лены'средние1 параметры, характеризуодие поток совместной работы

I

электрооборудования. Они соответственно равны

л

= Л/?; ;

__ п. л. / .

д,

1-Рг

пос,п

ПОС,Ц

(I)

а а 7 • 7

ля-Гт

где ^пос,ц' ^ПОС.П ' ^ПК-,а - вероятность, частота, средняя длительность отказов последовательного соединения электрооборудования;

, - вероятность, срецняя длительность работы С -ой

единицы электрооборудования из П .

Установлен закон распределения наработок на отказ совместной работы электрооборудования. Определение закона распределения дли-

I

тельности отказов в общей виде является сложной задачей. Полученные при этом выражения настолько громоздки, что их применение для практических целей оказывается практически невозможным. Поэтому задача выявления закона распределения длительностей пауз решена для двух единиц последовательно соединенного оборудования. Плотность распределения времени восстановления рассчитывается из вы-радения

д (п) -ДгА^

1

]1*+р.**+А а} р.0)

+'¿'УМ

где ^(Ф - соответственно плотности вероятности длитель -

ностей пауз потоков Х^^) и Х^ первой и второй единиц оборудования; ^ ^ частота и плотность вероятности пауз последо -

вательного соединения, образованных от перекрывания пауз исходных потоков;

и ^Ц-** - частоты пауз потоков, образованных от перекры -вания импульсов и пауз соответственно потоков и

К (Ъ) .

Одним из основных способов повышения эффективности функциони -рования систем подземного электроснабжения служит структурная из-

9

быточность. Она определяется параллельной работой электрооборудования. Для решения задач, связанных с выявлением характеристик работы оборудования со структурной избыточностью необходимо рассчитать характеристики импульсов совпадений суммарного потока; Это поток случайных по высоте и длительности импульсов и случай ных по длительности пауз. Суммарный поток является суммой случайных потоков прямоугольных импульсов рассматриваемых единиц оборудования. Он зависит и определяется параметрами случайных потоков. Применение подхода последовательного суммирования элементарных-случайных импульсных потоков отдельных единиц оборудования позволил установить характеристики импульсов совпадений суммарного потока совместной работы оборудования. Расчеты выполнялись, начиная со сложения двух потоков* затем от трех, четырех и т.д. до конечного числа слагаег.«.ых потоков. Естественно, с возрастанием числа слагаемых Потоков получаемые зависимости становятся.сложнее. В системах подземного, электроснабжения используются соединения с

I • ■

ограниченным числом параллельно работающих единиц .оборудования. Это параллельная работа стволовых кабелей, магнитных пускателей, комбайна и забойного конвейера, вентиляторов местного проветривания, электрических двигателей забойного конвейера, электрообору -дование конвейеров конвейерного подъема, маслостанций и т.д. Число параллельно работающих единиц оборудования, как правило,не более четырех. Используемое оборудование однотипно". В результате последовательного суммирования потоков, отображающих работу такого оборудования, получены формулы по определению вероятностей и средних длительностей импульсов совпадений от двух," трех и четы -рех элементарных потоков (табл.1). В табл.1 вероятности и длите -льности импульсов совпадений имеют двойной индекс. Первый индекс обозначает число слагаемых потоков, второй - число перекрытых им-

Ю

Таблица I

Вероятности и средние длительности импульсов совпадений для различного числа элементарных потоков

Число !Число импуль- Ф о р м у л ы

слагаемых¡сов,образую -потоков ;щих импульсы {совпадения . вероятностей | средних длительностей

2 0 1 2 Р -Рг ° Ъо > р -Р2 \0=о,5ор;т1; г^рд/г'; Тгг*0,50Р)Г\

3 0 . 1 2 3 Р - р3 • Р31-ЗРР2; Р32 = ЗРгР; % - ^-РРЦй^РЛ";

4 0 1 2 3 4- р -рч • ЧО ^ ) £=6Р2Р2; Р = Р* =рр [£(ЗР-ЗРг^Р3;] ; . [Р-(^Р)]'1;

пульсов.

На повышение эффективности функционирования систем направлено применение оборудования завышенной мощности. В системах подземного электроснабжения примером этого служит работы стволовых кабе -лей, осуществляющих питание центральной подземной подстанции,приводных двигателей забойных конвейеров, двигателей конвейерного транспорта, подъемных установок, выемочных машин и т.д. Включается такое оборудование в системах электроснабжения параллельно друг с другом. Это необходимо для того, чтобы с отказом одной единицы оборудования не останавливая технологический процесс всю нагрузку переключить на неотказавшее оборудование. Математической моделью совместного функционирования оборудования в данном Случае являет-

I *

ся суммарный импульсный поток. Импульсы суммарного потока состоят из импульсов совпадений, в образовании которых участвуют все слагаемые потоки. Перекрывание только пауз слагаемых потоков образует паузы суммарного потока. Суммарный поток состоит,из ступенча -

|

тых импульсов соответствующих математическим ожиданиям длительности и высоты импульсов совпадений. Тип импульса определяется наибольшим значением математического ожидания высоты импульса совпадения входящего в рассматриваемой импульс суммарного потока. При При совместной работе П, единиц оборудования в суммарном потоке возможно появление Я соответствуй^« типов импульсов. Импульсы суммарного потока не перекрываются друг с другом, во времени, их частота появления равна сумме частот типов соответствующих импульсов. В общем случае для С -ых импульсов совпадений частота следования ^^ , когда изменение состояний рассматриваемой системы происходит в сторону уменьшения совместно работающего оборудования к ( 1-1 ) - ым состояниям, равна

Для четырех единиц оборудования суммарный поток показан на рис.2. Предложена методика построения суммарных потоков. Построение суммарного потока осуществлено относительно перекрывания пауз слагаемых потоков. Оно необходимо для определения парапет -ров, характеризующих работу не менее заданного числа единиц оборудования из рассматриваемого.

Для оценки изменения функционирования систем и их оборудова -ния необходимо от исходных потоков перейти к расчетным потокам. Переход должен осуществляться на основании изменения длительностей импульсов, пауз и высот импульсов расчетного потока по отношению к исходному. На практике при выполнении соответствующих мероприятий наработки на отказ и время восстановления оборудования становятся больше или меньше на соответствующую величину или изменяются по определенному закону. Получены зависимости измене -ния параметров функционирования отдельных единиц оборудования,при параллельной его работе, в случае ввода резерва времени. Предло -женный подход позволил выявить как изменяется характеристика системы электроснабжения от использования любых видов избыточности при любых параметрах случайных потоков. Для определения степени изменения потерь добычи от внедрения мероприятий разработан метод определения трансформации параметров работы системы электроснаб -жения.

Осуществлено сравнение точности оценки безотказности работы системы по методам разработанным различными учеными и их школами. Показано, что для систем электроснабжения угольных шахт различие результатов расчетов не превышает

Рис.2. Импульсы суммарного потока, полученные от четырех единиц оборудования

«

Системы электроснабжения шахтных транспортных средств обладают нагрузочной избыточностью. Предложен метод определения эффектив -ности использования нагрузочной избыточности. Выявлено, что хара-

I ■

ктеристики системы электроснабжения при нагрузочной избыточности примут вид. . ' .

<- п. .

'8'п>

Х__ I ( Ра \1

р = р - рр • га -Пь >

(4)

9

где

Ц. Р< г-а =

)

£

, Су - вероятность и средняя длительность работы рас -сматриваемых двигателей; '

, ~ вероятность и средняя длительность работы сис -темы электроснабжения не обладающей нагрузочной избыто-

I

чностыо. ■

Построены графики (рис.3,а) относительного изменения вероятности. и средней длительности остановок конвейера при оснащении его двигателями завышенной мощности. Нагрузочная избыточность умень -шает время восстановления системы электроснабжения от отказов приводных двигателей конвейеров в два раза. Вероятность работы увеличивается на вероятность отказов двигателей. Хотя относительное изменение вероятности отказов уменьшается по' линейному закону с увеличением частоты отказов, но применение нагрузочной избыточности всегда эффективно.

Однотипные транспортные средства основных и резервных магист -

Рис.3. Зависимости относительного изменения вероятности (I) и средней длительности (2) остановок конвейеров при нагрузочной (а) и структурной избыточности для экспонен -циального распределения времени восстановления отказов

ральных линий оснащаются соответственно однотипным электрическим оборудованием. Представляя работу основного и резервного оборудования случайным импульсным потоком путем преобразования цдитель -ностей пауэ получены формулы по определению характеристик работы системы со... структурной избыточностью. При этом вероятность, и средняя длительность работы системы будут

5 - 1-Рр = /-у1(в<й)в[в<й) Д ;

Т - — ср

(б)

где А - время перехода на резервное оборудование.

Выявлено, что при одних и тех же средних параметрах элементарных потоков, но различных законах распределения времени восстановления эффективность структурной избыточности разная. Определено изменение параметров системы электроснабжения при структурной избыточности для экспоненциального и логарифмически-нормального законов распределения времени восстановления. Для экспоненциального закона графики изменения вероятности ¡^р^ и средней ^^ длитель -ности отказов представлены на рис.3,б. Наиболее эффективно введение избыточности когда относительное изменение ^ и ^ проис -ходит в пределах 1,0...0,18, что соответствует значениям отноше -ния А/в от 0 до 1,5. Изменение ^ и ^ в црецелах 1,0,.. 0,18 отвечает остановкам конвейера от отказов электрооборудования следующих с частотой (4,..9)*10~^ ч-*, что во много раз меньше частоты отказов рассматриваемого оборудования.

В системах электроснабжения магистрального транспорта времен -ная избыточность создается бункерами, осуществляющими аккумулиро-

вание, выравнивание грузопотока по интенсивности, управление загрузкой рабочих органов конвейеров, а также вагоны рельсового транспорта. Временная избыточность сокращает остановки машин.фи этом частота остановок машин уменьшается. Представляя совместное функционирование подбункерной системы случайным импульсным^ пото -ком и преобразуя его параметры с учетом времени заполнения I) бункера грузом получены параметры грузопотока, поступающего в бун -кер. Так частота поступления груза в бункер

Средняя длительность пауз

^¡внвнв - ь ¡7(0) ¿в

16)

а-*

(7)

а вероятность их появления

Ч

оо

= /3 |#в)<£в

&

ь

(8)

Определены области и построены графики изменения вероятности остановок надбункерных конвейеров при временной избыточности в зависимости от отношения . Относительное изменение средней

длительности пауз при экспоненциальном законе равно нулю. Объяс -няется это тем, что исключение из исходного потока пауз длитель ~ ностыо больше Ь на величину В уменьшает число пауз расчетного потока и сокращает их длительность, В результате средняя пауза расчетного потока оказывается равной средней паузе исходного потока. Аналогичные зависимости иэменрния вероятности остановок

конвейеров получены и при логарифмически-нормальном законе распределения времени восстановления. ,

I

Анализ временной избыточности созданной вагонами рельсового транспорта аналогичен оценке бункеров-накопителей. Однако при рельсовой откатке необходимо учитывать, что половина вагонов., находящихся под загрузкой, с вероятностью более 0,95 оказывается загруженной полезным ископаемым. Следовательно время заполнения на -копителя (вагонов)

- Ук

0 =--—, (9)

где Уц и ' - соответственно объем бункера конвейерного по -дъема и объем бункера участка; * П. -количество вагонов в одной партий (составе); 1/4 -объем вагона рельсового транспорта; р^-средняя интенсивность участкового грузопотока.

Выявлено, что вероятность появления импульсов на конвейерном подъеме не зависит от вида- магистрального транспорта, а определяется нагрузкой на выемочный участок, длительностью его работы и производительностью питателя бункера накопителя. При конвейерном магистральном транспорте распределение длительностей импульсов и пауз всегда соответствует экспоненциальному закону.

Применение мероприятий повышающих эффективность работы систем электроснабжения целесообразно при эффекте, получаемом от прироста нагрузки на забои выемочных (подготовительных) участков,превышающем затраты. Прирост нагрузки при структурной и нагрузочной избыточности составит

дА= 1-К £(--—] I <10>

где Ксм - сменный коэффициент машинного времени;

Р^' - вероятность работы С -ой единицы электрооборудования после внедрения мероприятий но повышению эффективности функционирования системы электроснабжения.

По величине прироста нагрузки на забой с учетом затрат иа внедрение рассматриваемых мероприятий определяется значение уровня рентабельности, который и позволяет оценить целесообразность, применения избыточности.

В результате проведенных по предложенной методике расчетов получены оптимальные параметры избыточности. Установлено, что в системах электроснабжения магистрального транспорта и конвейерного подъема в качестве структурной и нагрузочной избыточности эконо -мически целесообразно иметь резервный электродвигатель конвейера. Кроме того, необходимы магнитный пускатель, гибкий кабель, авто -матический выключатель и трансформаторная подстанция, которые будут служить резервной подсистемой электроснабжения для подключе -ния любого из двигателей конвейера. Применение' только резервных электрических двигателей дает возможность увеличить прирост добычи и рентабельность. В среднем повышение рентабельности составит 30...40^. А при использовании резервных; подсистем электроснабже -ния с перечисленным электрооборудованием рост рентабельности бу -дет 50...90!?. В системе электроснабжения рельсовой откатки экономически оправдано резервирование электрического двигателя толка -теля (лебедки) и магнитного пускателя, осуществляющего операции . управления и защиты двигателя. Применение их обеспечивает рента -бельность проходки равную 0,3...О,7.

Предложена методика экономической оценки временной избыточности. Определены в зависимости от нагрузки на забои и показателей надежности системы электроснабжения оптимальные объемы накопите -

лей. Применение временной избыточности оптимальных параметров позволяет обеспечить рентабельность продукции, равную 0,7...О,9.

I

Доказано, что целесообразно внедрять не отдельный вид избыточности, а весь их комплекс. При этом уровень рентабельности будет выше".

В результате внедрения мероприятий по повышению эффективности функционирования систем электроснабжения магистрального транспорта и конвейерного подъема сокращены потери добычи по причине электрооборудования в среднем на 44% и увеличена рентабельность продукции по шахте "Казахстанская" -.до 0,9, а по иахте им.Костенко-до 1,3. Это обусловило получение экономического эффекта для рас -смотренных шахт в сумме 92 тыс.руб. в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности функционирования угольных шахт за счет увеличения.безотказности подземного электроснабжения рабочих машин магистрального транспорта и конвейерного подъема путем ввода в электрические системы нагрузочной, структурной и временной избыточности.

На основании теоретических и экспериментальных исследований в работе сделаны следующие выврды:

1. Необходимость'обеспечения высокопроизводительной и ритмяч -ной работы магистрального транспорта и конвейерного подъема предъявляет повышенные требования к функциональной надежности их систем электроснабжения. Эффективным способом увеличения функциональной надежности систем подземного электроснабжения является ввод избыточности - структурной, нагрузочной, временной.

2. Для определения влияния избыточности на безотказность обес -

печения электрической энергией рабочих машин, как показал анализ процесса транспортирования полезного ископаемого, должна ксполь -зоваться общая схема оценки эффективности функционирования слож -ной системы. В качестве математической модели функционирования электрооборудования принят случайный поток прямоугольных импуль -сов с единичной их высотой, а шахтного грузопотока - лоток со случайной высотой импульсов. Описание функционирования электрической системы с использованием случайных потоков позволило построить математическую модель надежности подземного электроснабжения магистрального транспорта и конвейерного подъема с избыточностью.

3. Построение математической модели функционирования неразвет-вленных систем целесообразно осуществлять методом последователь -ного приближения. Частота следования импульсов потока, отображающего работу неразветвленной системы, равна сумме частот слагаемых потоков с учетом вероятности появления импульсов в этих потоках. Путем последовательного суммирования импульсных потоков определены закономерности совместного функционирование оборудования при структурной и нагрузочной избыточности системы. Установлены фор -мулы для определения параметров суммарных потоков. Выполнено сравнение случайных штоков, отображающих работу оборудования системы электроснабжения со структурной и временной избыточностью. Выявлены закономерности изменения параметров грузопотоков и потерь добычи, обусловленные отказами электрооборудования.

4. Разработан метод опенки нагрузочной и структурной избыточ -ности. Получены зависимости изменения вероятности остановок кон -вейера при различных законах распределения времени восстановления. Установлено, что технологическая жесткость между электрооборудо -ванием и рабочими машинами при экспоненциальном распределении времени восстановления меньше, чем при логарифмически-нормальном.

В зависимости от типа электрооборудования и места его установки в транспортной системе эффективность нагрузочной и .с/руктурной из -

. I

быточности различна. Частота остановок участков, вызванных пере -рывами электроснабжения, в результате применения избыточности на магистральном транспорте уменьшается в 1,4 раза, а для конвейер -ного подъема - 1,2 раза.

5. В системах электроснабжения в качестве нагрузочной и структурной избыточности экономически оправдано, кроме резервного электродвигателя на каждый конвейер, иметь резервную подсистему,состоящею из трансформаторной подстанции, автоматического выключателя, магнитного пускателя, гибких кабелей. Рентабельность продук -

» ' I

ции при этом возрастает на 50...90%.

6. Предложен метод оценки временной избыточности в системах электроснабжения. Выявлено, "что чем больше объемы и число накопителей расположено между технологической машиной и исследуемым электрооборудованием, тем в меньшей степени воздействуют отказы электрооборудования на работу машины. Оптимальный объем накопителя определяется и зависит от производительностей обслуживаемых им забозв, параметров надежности систем электроснабжения подбункер -ных линий, взаимосвязи функционирования с другими накопителями транспортной системы, а та.кже величинами капитальных затрат на их сооружение и себестоимости добываемого ископаемого. Применяемые системы электроснабжения с временной избыточностью обладают конечным уровнем надежности. Определены параметры областей целесооб -разного применения накопителей в транспортных системах.

7. Получена совокупность количественных характеристик безотказности электрооборудования магистрального транспорта и конвейер -ного подъема. Распределение наработок на отказ электрооборудова -ния описывается экспоненциальным законом с параметром, равным об-

ратной величине наработки на отказ. Наиболее надежными в системе являются комплектные распределительные устройства, трансформаторные подстанции, автоматические выключатели, бронированные кабели. Их наработки на отказ в б...8 раз выше наработок электрических двигателей конвейеров и в 10...12 раз выше, чем у магнитит' пус -кателей. Время восстановления распределительных устройств,транс -форматорных подстанций, автоматически;; выключателей, бронирован -ных кабелей подчиняется экспоненциальному закону, а электрических двигателей, магнитных пускателей, гибких кабелей - логарифмичес -ки-нормальному или экспонецниальному законам.

8. Разработана методика управления надежностью систем подзем -ного электроснабжения с избыточностью. Доказана целесообразность применения комплекса мероприятий по повышению эффективности функ-гдеонирования электрических систем. Определены условия и области применения избыточности. Показано, что предварительный ввод в систему электроснабжения нагрузочной и структурной избыточности сокращает на 30...4Cf% потребность во временной Убыточности. Применение в системах электроснабжения избыточности оптимальных пара -метров повышает рентабельность продукции в 2...2,5 раза; •

9. Разработанная математическая модель оценки эффективности функционирования систем подземного электроснабжения магистрального транспорта и конвейерного подъема с избыточностью приняты к внедрению на шахтах ПО "Карагандауголь" "Казахстанская" и им.Кос-тенко. Расчетный годовой экономи :еский эффект от принятых к внедрению в Карагандинском производственном объединении по добыче угля результате исследований на 1990 г. составляет 92 тыс.рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих рабо -тах:

I. Шпиганович A.A. Испытание надежности электрооборудования/

22

Сб.науч.труцов "Эффективность применения оборудования горных предприятий.-Карат анда.КарПТИ, 1990г. •

2. Шпиганович A.A. Определение характеристик надежности совместной работы оборуцования/Инф, сб.ЦНИЭИУголь "Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности"-!!., 1990, №9,-№ 5147 от 08.06.90г.

3. Шпиганоьич A.A. Оценка эффективности функционирования гор ~ ношахтного оборудования /Йнф.сб.ЦНИЭИУголь "Научно-технические достижения и передовой опыт в угольной промышленности"-!!.,1990,№2, -№5017 от 14.12.90г.

4. Шпиганович A.A. Использование импульсных потоков для оценки функционирования электрооборудования//Тез.докл.Всесоюзного сове -щания "Теоретические и технологические аспекты создания и приме -нения силовых импульсных систем". Караганда,-1990г.

5. Шциганович A.A. Построэние суммарных потоков/Сб.науч.трудов "Эффективность применения электромеханического оборудования"-Ка -раганда, КарШИ, 1991г~ •

6» Шпиганович A.A. Параллельная работа оборудования/Сб.науч. трудов "Эффективность применения электромеханического оборудова -ния"-Кгфаганда, КарГГШ, 1991г.

7. Масловская Т.Н., Шпиганович A.A. Влияние надежности электродвигателей забойных конвейеров на работу выемочного участка//Тез. докл.Ш Научно-технической конференции "Повышение надежности,экономичности и конкурентоспособности асинхронных электродвигателей и электроприводов". Кемерово,1992.