автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка эффективных систем внутреннего электроснабжения железорудных карьеров с циклично-поточной технологией

Министерство науки, высшей школы и технической политики Российской Федерации

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи

КСЕНДЗОВ Владимир Владимирович

УДК 621.31.002.237:622.271

РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ВНУТРЕННЕГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ КАРЬЕРОВ С ЦИКЛИЧНО-ПОТОЧНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ

Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование»

Диссертация на соискаине ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Москва 1992

Работа выполнена на Северном государственном горнообогатительном комбинате и в Московском ордена Трудового Красного Знамени .гарном институте.

Научный руководитель докт. техн. наук, проф. ЩУЦКИИ В. И.

Научный консультант канд. техн. наук, доц. САМОЙЛОВИЧ И. С. Официальные оппоненты:

докт. техн. наук ЯГУДАЕВ В. М., канд. техн. наук ОСИПОВ Э. Р.

Ведущее предприятие — Государственнынннстнлхг^Укр^ гипроруда». __________

Защита диссертации состоится « . » 1992 г.

в /тГ^час. на заседании специализированного совета

К-053.12.-03 в Московское ордена Трудового Красного Знамени горном институте по адресу: М7935, ГСП, Москза, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Диссертация разослана « .¿Г. » . ¡990 г.

Ученый секретарь специализированного совета

«анд. техн. наук, доц. ШЕШКО Е. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация содержит краткое изложение, теоретическое обобщение и анализ полученных и опубликованных в течение 1981 —1991 гг. результатов исследований по решению проблемы совершенствования электроснабжения высокопроизводительных карьеров. Дается оценка практической значимости и использования в условиях Криворожского бассейна научных результатов диссертационной ра'боты.

Актуальность работы. В настоящее время около 90% железной руды добывается открытым способом. Проблема повышения эффективности разработки месторождений на глубоких горизонтах решается путем широкого применения .прогрессивной циклично-'поточной технологии (ЦПТ) открытых горных работ (ОГР). Системы ЦПТ включают звенья поточной (ПТ) и цикличной (ЦТ) технологии.

Среди главных компонентов систем ЦПТ выделяются высокопроизводительные (до 20 .млн. т в год и более) дробиль-но-конвейерные комплексы (ДКК) ПТ с оборудование;« разного характера, которые осуществляют переработку и транспортирование больших объемов горной массы из карьера на поверхность. При традиционной ЦТ ОГР с экскаваторно-транспортными комплексами (ЭТК), где до'быча и вскрыша производятся обособленными технологическими -звеньями, нарушения электроснабжения приводят к простоям только некоторых машин звена, а само звено функционирует. В отличие от этого ДКК представляет собой технологическую линию значительной протяженности, состоящую из последовательно соединенных звеньев с жесткой технологической связью между собой. Здесь нарушение электроснабжения хотя бы в одном звене приводит к остановке всего ДКК и 'системы ЦПТ в целом.

Наличие на карьерах двух разнородных и разнохарактерных гру/п'п электроп'риемников (ДКК и ЭТК) приводит к необходимости построения рациональных систем электроснабжения (СЭС) карьеров с ЦПТ. В связи с этим разработка эффективных систем внутреннего электроснабжения карьеров с ЦПТ является актуальной научной задачей.

Целью работы является установление зависимостей показателей и вероятностных оценок функционирования СЭС железорудных карьеров от параметров электрических сетей и технологических комплексов для разработки эффективных систем внутреннего электроснабжения карьеров с ЦПТ, обеспечивающих повышение надежности и экономичности работы электротехнических комплексов и систем горнодобывающих предприятий.

Идея работы заключается в учете существенных особенностей двух групп разнородных и разнохарактерных потребителей -при ведении открытых горных работ по схемам поточной и цикличной технологии для разработки эффективных .систем внутреннего электроснабжения железорудных карьеров с ЦПТ.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

1. Метод оценки показателей надежности СЭС карьеров с ЦПТ, отличающийся тем, что учитывает различные структуры технологических комплексов и электрических сетей [1, с. 51; 2, с. 86—®8; 8, с. 50; 13, с. 3—М].

2. Зависимости .показателей надежности СЭС карьеров с двумя разнородными грушами элект>роприемников (ПТ и ЦТ) от показателей, характеризующих структуру и параметры электрических сетей и технологических ком'плексов__[_Ь-с. 19—51; 2, с. 86—88; ——

нарушений электроснабжения карьеров, отличающийся тем, что учитывает существенные особенности дро'бильно-конвейерных комплексов и влияние смежных звеньев грузопотока на работу системы ЦПТ [Ii, с. 51; 8, -с. 50; 10, с. 95—96; 12, с. 21—.27].

4. .Математическая модель для оценки ущерба вследствие нарушений электроснабжения, отличающаяся тем, что базируется на микромоделировании процессов восстановления функционирования СЭС и комплекса ЦПТ [8, с. 49—51; 10, с, 95—06; 12, с. 21—27].

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций 'подтверждаются оценкой относительной погрешности расчетных удельных показателей ущерба, которая !при доверительной вероятности 0,95 не превышает 10%; учетом ряда допущений при составлении расчетной трехфазной схемы сети, защищенной ограничителем перенапряжений, что снижает относительную погрешность токовых ■нагрузок на защитные аппараты более чем на 20%.

Значение работы. Научное значение заключается в разработке метода оценки показателей надежности СЭС карьеров с ЦПТ, установлении зависимостей показателей надежности от структурных показателей и параметров сетей и комплексов ПТ и ЦТ, разработке метода расчета ущер'ба вследствие

у

нарушений электроснабжения групп электроприемников ЦПТ, что является вкладом в научные основы электрификации открытых горных работ.

Практическое значение заключается в. разработке методики определения показателей надежности 'СЭС карьеров с ЦПТ, методики определения ущерба от нарушений электроснабжения карьеров с ЦПТ, технических средств — устройств рациональной защиты от однофазных замыканий на землю (033), защиты от перенапряжений, технической диагностики сопротивления заземления нейтрали трансформатора распределительной сети.

Реализация выводов и рекомендаций работы

Методика определения .показателей надежности СЭС карьеров с ЦПТ, методика определения ущерба от нарушений электроснабжения карьеров с ЦПТ, разработанные технические средства внедрены в проектах института «Южгиирору-да» и. на предприятиях концерна «Укрруд'пром».

Суммарный расчетный экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 278 тыс. ру'б.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на Всесоюзных научно-технических конференциях «Надежность и безопасность сетей в сельском хозяйстве и промышленности» (г. Севастополь, 1984, 1986 гг.), «¡Повышение эффективности электроснабжения на промышленных предприятиях» (т. Москва, 1990 г.), семинаре электротехнического отдела института «Укргиироруда» (г. Харьков, 1991 г.), научно-технических конференциях Криворожского горнорудного института (г. Кривой Рог, 1984—1991 гг.).

Публикации. По результатам вьпполненных исследований опубликовано 13 печатных ра'бот.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние вопроса и задачи исследований

Разработка вопросов электроснабжения ОГР связана с трудами Б. П. Белых, С. А. Волотковского, Л. В. Гладили-на, Е. Ф. Цапенко, Ф. П. Шкрабца, В. И. Щуцкого, Б. М. Ягудаева, В. А. Голубева, А. Ф. Гончарова, Б. И. Заславца, В. И. Липина, И. С. Самойловича, В. И. Филиппова, В. В. Школяренко и других специалистов.

Однако з области электроснабжения железорудных карьеров с ЦПТ и подобных им имеется ряд нерешенных вопросов, от правильности разработки которых зависят обоснование и выбор рациональной системы внутреннего электроснабжения ОГР.

Статистическая обработка и анализ собранных за период ■более 5 лет данных о нарушениях электроснабжения крупных железорудных карьеров с ЦПТ пяти горно-обогатительных комбинатов (ГОКов) Крив'басса показали, что для масляных выключателей 'приводов конвейеров и дробилок, на долю которых 'Приходится около 80% о'бщего числа отказов, параметр порока отказов в расчете на один выключатель (со =6,66 год-1) на один-три порядка выше, чем в -присоединениях дробильных и обогатительных фабрик, а также энергосистем. Повреждаемость электродвигателей 6 юВ приводов .конвейеров из-за повреждений изоляции достигает 20% [1, .11].

Собственная надежность элементов СЭС достаточно высока. Число 033 в электроустановках ДКК по причине собственных отказов относительно невелико и на два-три порядка меньше, чем в передвижных электроустановках участка ОГР. В качестве 'показателя интенсивности 033 использовано удельное число 033 в год, отнесенное к числу экскаваторов:

Л^^А^'Я;-1, • (1.1)

где —среднее число повреждений за год, вызывающих срабатывания устройств первой ступени защиты от 033 в присоединениях данной электрическоигсеттокЛэ^^ср^Дйегед^ вое число экоксшгпюр^ -сети.

__--ЗтгяпШня~1Утт^г==43—55 достаточно высоки, что обусловлено особенностями устройств и тяжелыми условиями эксплуатации лередвижных электроустановок.

В качестве обобщающих показателей эффективности работы защиты от 033 использованы вероятности неправильного (по отношению к 'присоединениям ДКК) функционирования устройств соответственно первой и второй ступеней защиты от 033:

Ях = л,/Л^>, 1 (К2)

<7„ = «„№>, )

где пг, пи —соответственно среднее число 'излишних (несе-лективпых и ложных) срабатываний первой и второй ступеней защиты от 033.

На основе обработки и анализа статистических да'нных определены значения: ¿71 = 0,17—0,26; ^¡г =0/16—0,22, что 'свидетельствует о, значительном удельном весе 'неправильных действий первой и второй ступеней защиты от 033.

Установлено, что при совместном питании групп электроприемников ДКК и ЭТК от электрически связанной сети существенная часть нарушений электроснабжения ДКК обус-

п

о

5

о!

а с:

ТЗ.цг [Зад

О

Очт (Зат

а<

дкк

1? я*

Рйд.2.1.Структурная схема для расчета вероятностей безотказной работы дробильно-коавейарного комплекса системы 1Ш

овлена зависимыми (глашьгм о-бразом, неустойчивыми) стазами при большом потоке отказов в передвижных электро-'становках ОГР. Отсутствие учета указанного явления суще-твенно снижает эффективность электроснабжения ГОКов.

Полученные результаты позволили сформулировать пер-оочередные задачи исследований, решение которых изложе-ю «»же.

. Исследование надежности СЭС карьеров с комплексами ЦПТ [1, 2, 8, 13]

В условиях карьеров с ЦПТ нерешенным является вопрос > рациональном способе электроснабжения двух разнород-1ых групп ЭП (группа 1— ДКК, группа 2 — ЭТК). При совместном питании групп ЭП ДКК электроснабжение нарушатся по причине отказов в элементах их присоединений, а ■акже в присоединениях участка ОГР с малонадежными эле-1ента<м'и.

С позиций оценки степени влияния нарушений нормаль-юго режима работы участка ОГР на надежность электроснабжения ДКК рассмотрены возможные последствия 033 I многофазных коротких замыканий (к. з.).

В отличие от обычно принятого расчета лишь структур-юй надежности, для представления надежности СЭС карьеров с комплексами ЦПТ был предложен системный подход, "одлъгвающнй структурные, функциональные и технологические особенности. В св'язн с этим задача оценки- надежности ЗЭС сведена' к определению соотношения собственной и за-лген'мой надежности электроснабжения комплексов ЦПТ на эслове применения вероятностных методов с учетом структуры и параметров электрических сетей двух вышеуказанных -рупп ЭП.

Система внутреннего электроснабжения карьера с ЦПТ может быть представлена как совокупность подсистем с элементам« двух групп — 'потребителей ДКК и передв'иж'ных электроустановок участка ОГР, подключенных к электриче-:ки связанной сети (рис. 2.1). Здесь: ГЭ1цт —г'-й технологический элемент (единичная гор'нотранспортная машина); ТЭ пт—/-й технологический элемент (механизм) в цепи ДКК; п—число элементов ЦТ с производительностью <2ЦТ каждый; т — число последовательных технологически связанных между собой звеньев цепи ДКК производительностью ^дкк * ЗЭ1 —г'-й электрический элемент сети (выключатель, ЛЭП и т. п.); ПР4 — /е-е присоединение (совокупность ЭЭ сети для присоединения каждого ТЭ); Х~{т + п)—число электрически связанных присоединений на участке ОГР и звеньев ДКК, имеющих первую ступень защиты от 033;

а — общее число последовательно соединенных ЭЭ в присоединениях [2].

Обозначим через р3, ра, рв, рк соответственно вероятности отсутствия за некоторый период: первичных и вторичных 033 в ПР ЦПТ, нарушений работы комплекса ЦПТ из-за излишнего действия первой ступени защиты от 033, то же — иторой ступени защиты от 033 и из-за многофазного к. з.

Если положить, что вероятность возникновения первичного 033 в любом ЭЭ любого ПР одинакова и равна то тогда вероятность отсутствия в ЭЭ первичного 033 р03 =1 —

— <¡03-

Обозначим и71 условную .вероятность возникновения вторичных 033 при первичном 033 в электрически связанной сети. Тогда вероятность отсутствия в ЭЭ вторичного 033

Пусть Эз означает, что в х-м ЭЭ нет 033. Тогда с учетом операций над множествами вероятность того, что в данном ПР нет 033, составит р33 =р (З1ПЗ2П—П«Э/]...П«9в) •

В связи с тем, что Э5 — события независимые, имеем:

Лз ^р{Э1)р{Э2\Э1)р{Эг\Э1 П Эг) ...р (Эа\Эу л Э2П-. П 3«.,). где

■р(Э1)=р0 з(1 -Ъ --—^,)аХ-3;

р (Эа 13, п 3, п. - п ,) - р03 (1 - даЛ?^-«.

С учетом расшифровок выражение для р33 примет вид: рп= П РоЛ^-Яо*1®^-*.

Обозначим через 3{ событие, что в ¿-м ПР нет 033. Тогда вероятность того, что в данном ПР нет 033, составит

Учитывая, что 31—события независимые, и применяя вышеприведенный методический подход, получим выражение для вероятности ■отсутствия первичных и вторичных 033:

р3 = р1?(\- ЧьЖ^'*- (2-1)

Обозначим через <7, вероятность 'неоправданного отключения 'исправного ПР от неправильного функционирования первой ступени защиты от 033 при' условии замыка'ния в каком-либо одном другом электрически связанном ПР. Тогда безусловная вероятность отключения данного ПР от непра-

зилшого функционирования первой ступени защиты от 033 : учетом одного электрически связанного ПР составит:

= <7i

1-П

1

Вероятность того, что даиное ПР не отключится от неправильного функционирования первой ступени защиты от 033 с учетом одного электрически связанного ПР, составит:

/>14=1— <?,„= 1—

1-П />оз(1-<7оз^,Г-*

С учетом всех ПР имеем выражение:

Pt п:

1 —S -Яог^х)

i аХ—s

1X—1

Обозначим через H¡ событие, что i-e ПР не отключено от неправильного функционирования первой ступени защиты от 033. Тогда вероятность того, что данное ПР не отключено по этой причине, составит:

Учитывая независимость событий Ht и »применяя вышеприведенный методический подход, получим выражение для вероятности отсутствия нарушений электроснабжения в í-m ПР комплекса ЦПТ от неправильного функционирования первой ступени защиты от 033:

1 - tfJl-П Роз <1 - ?оэ L í-i

Обозначим через qu вероятность неоправданного отключения исправного ПР' от неправильного функционирования второй ступени защиты от ОЗЗ в случае отказа первой ступени защиты в каком-либо другом электрически связанном ПР. Тогда вероятность неоправданного отключения присоединения ДКК от действия второй ступени защиты при 033 только в каком-либо одном ПР составит:

Ра-

т I

П V

i = l I

(2.2)

1-П

S=1

Принимая во внимание все присоединения, вероятность отсутствия нарушений электроснабжения по причине срабатывания «второй ступени защиты от 033 определится выражением:

1-<7пЬ~П (2.3)

Будем считать, что вероятность короткого замыкатш: (к. з.) в любом ЭЭ любого ПР одинакова и раша q0K. Тогд; вероятность отсутствия к. з. за данный период в любом Эс любого ПР равна рок = 1—q0K .

Короткие замыкания в различных ЭЭ — события незавн симые, поэтому вероятность отсутствия к. з. за период Т \ одном ПР составляет рjK = ptK-

Обозначим через W2 условную вероятность нарушен«: электроснабжения данного ПР от глубокого снижения на пряжения >при к. з. в каком-либо другом ПР. Тогда ззероят ность отсутствия нарушений электроснабжения данного П1 при к., з. в других ПР:

Отсутствие к. з. в данном ПР и нарушение электроснаб жения в нем же при наличии к. з. в других ПР — событи: независимые. Вероятность совместного наступления этих со бытий:

Рзк = PikP2k = pl* [1 — - Рок)]'1-1.

Обозначим через Кг событие, что в i-м ПР нет к. з. и чт< нет нарушений электроснабжения при к. з. в других ПР Тогда вероятность отсутствия нарушений работы комплекс, ^ЛПТ^^ р „ =р(К\С[К2{):-Г\Кi(

Учитывая, что Ki —события независимые, и примени вышеприведенный -методический подход, полутом 'выражени для вероятности нарушения электроснабжения от мпогофаз ных к. з.:

m

П pt*V — Wt (1 -pL)}1-1. (2.4

i-1

Из полученных выражений следует, что на значения ее роятностей безотказной работы при определенной структур сети (число ЭЭ) большое влияние оказывает величина Я.

На рис. 2.2 представлены результаты расчета на ПЭВЛ вероятностей безотказной работы СЭС карьеров карьеро; с ЦПТ при разных причинах нарушений электроснабжени: в виде семейств зависимостей р(п) для разных значений m Показано [2], что увеличение числа присоединений на уча стке ОГР л = 1... 10 снижает надежность электроснабжени: при т=3 на 16%, при т = 9—на 45%. Аналогично этому увеличение числа звеньев ДКК от 3 до 9 снижает надеж ность электроснабжения при п = 0 на 17%, при п = 10 — «; 48%.

Рис .2.2 .Зависимости вероятностей нарушения электроснабжения от числа присоединений на участке ОГР при различном числе

Эаеньев ДКК

Разработанный методический подход позволяет оценивать надежность СЭС комшлексов ЦПТ с учетом структуры и .параметров электрических сетей, питающих ЭП зоны ЦТ (участок ОГР) и зоны ПТ (ДКК).

3. Методика оценки ущерба систем ЦПТ от нарушения электроснабжения [1, 8, 10, 12]

Задача технико-экономического обоснования эффективной СЭС карьеров с ЦПТ с учетом надежности строго может быть решена только на основе оценки размера! ущерба в результате нарушений электроснабжения. Так как до настоящего времени методический подход к определению экономического ущерба для карьеров с ЦПТ не был сформирован, ■выполнены исследования по определению зависимостей составляющих прямого Уп и дополнительного Ул ущербов от основных факторов [1, 8, 10, 12].

Составляющая прямого ущерба. Возможными последствиями нарушений электроснабжения и отказов при отключении присоединений могут быгь: для наклонных 'конвейеров (конвейерных подъемников) —обратный ход груженой ленты, порыв ленты; для дробилок — их завал.

Порядок величины <УП (в год) применительно к двум системам ЦПТ Анновското карьера СевГОКа: от обратного хода ленты — 0,97 тьгс. - руб.;. от порыва ленты — 4,73 тыс. руб.; от завала дробилки — 0,4 тыс. руб. [12].

Составляющая дополнительного ущерба. Расчет величины ущерба различен для двух возможных технологических схем, обусловленных наличием или отсутствием внутрикарьерного склада вблизи дробильно-перегрузочного пункта (ДПП) ДКК- Удельный дополнительный ущерб Уд от простоя ДКК определяется как недоиспользование оборудования основных и оборотных фондов. Исходя из равенства, объемов грузопотоков работающих в системе ЦПТ звеньев, величина отнесенного к одному часу дополнительного ущерба от простоя системы ЦПТ

N Л" N

за за зв

Удцпт = ^ 2 ТА = Оч 2 А. "(3.1)

¿=«1 ¡=1 ¡-1

где Уц1—удельный ущерб 1-го звена системы ЦПТ; (),,— среднечасовая производительность системы (т/ч, м3/ч) в номинальном режиме работы; у,- — коэффициент, учитывающий удельный вес условно-постоянных затрат в себестоимости вида работ в системе, огн. ед.; —себестоимость вида работ (руб/т, руб/м3); Б1 —у с л о в но -;п о ст о я н и а я часть затрат в себестоимости; Мза—число звеньев в технологической цепи системы ЦПТ.

Удельный ущерб от остановки ДКК и простоев системы ЦПТ, включающей звенья ДКК (дробление и транспортирование горной массы конвейерами) и ЭТК (экскавация и транспортирование горной массы цикличным транспортом к ДПП):

>пр'и отсутствии склада у ДПП —

У дцпт — .Уд ДКК Ч" Уд Э Уд т ~ Сч (Тдкк^дкк Тэ^э Тт^т)) (3.2 а)

¡при наличии склада у ДПП —

У Д ЦПТ — Уд ДКК- (3.2 6)

Обработка статистических данных для железорудных карьеров с ЦПТ Кривбасса при доверительной вероятности Р=0,95 позволила определить численные значения средних удельных ущербов и их доверительных интервалов: УДДКк~ =|(509±285) руб/ч; Удцпт =.(1522±620) руб/ч [8].

Разработаны математические модели процессов восстановления питания электроприемни'ков тэ, работоспособности тр и производственного ритма до номинального режима "ТХ1! , формирующих длительность единичного .простоя ДКК тпр ©осле нарушений электроснабжения, основанных на микромоделировании, и получены выражения средних значений указанных составляющих.

Если тож—время ожидания цикличными транспортными средствами (автосамосвалы, железнодорожный транспорт) начала работы ДКК, то при условии тПр>^ож составляющая Ттхн должна быть учтена, а при условии ~пр < ~ож этой составляющей мож'но пренебречь.

Если учесть характер взаимосвязи звеньев технологической цепи ДКК, допустить равновероятность остановки любого звена и примерное равенство средних продолжительно-стей простоя одного звена п =тг= ... =ч„=>х, то средняя продолжительность восстановления работоспособности ДКК в случае остановки одного из его звеньев и последующего пуска звеньев остановленной части ливни может быть определена из выражения:

= (7+ 2т + ... + АГзв к) АСв1 • (3.3)

Представив первый сомножитель в выражении (3.3) в виде значения суммы членов арифметической прогрессии, получаем

^ = 0,5(^-1-1К (3.4)

Средняя длительность восстановления работоспособности ДКК ири нарушениях электроснабжения, которые приводят

практически к остановке всего комплекса, может быть приближенно выражена как

^ (3.5)

Наиболее существенное влияние на надежность ДКК оказывают 033 на присоединениях передвижных электроустановок ОГР. Значение годового ущерба состоит из двух составляющих, отражающих соответственно излишнее (по отношению к ДКК) действие первой и второй ступеней защиты от 033:

Удкк = У1 + Уп = Удцпт («I ^ + V,,). (3.6)

где я,, П\\^tv ¿п —средние числа простоев за ,год и средние продолжительности одного простоя (ч) ДКК н системы ЦПТ из-за излишних действий соответственно первой и второй ступеней защиты от 033.

На рис. 3.1 приведена схема СЭС с двумя группами потребителей, на которой обозначены: погр —среднегодовое число отходящих ли'ний в карьер для -питания участка ОГР; Пцхк — число отходящих линий ДКК, подключенных непосредственно к шинам подстанций; Зь 32, ..., 3„ — последовательные звенья — механизмы технологической системы ДКК с общим числом М3й; С?,, <Э2..... С}„ и <3/, Q2/, ..., <3Л' —соответственно выключатели присоединений ДКК и ОГР, на которые действует первая ступень защиты от 033; <?в — выключатель ввода 'подстанции, на который действует вторая ступень защиты от 033; ссц — поток случайных сигналов (параметр потока или число) излишних действий 'первой ступени защиты от 033 за данный промежуток времени; ©2 — то же для второй ступени защиты от 033 [10].

Для массива устройств защиты от 033 с действием на отключение наблюдается условие Л^!дК„ Могр! поэтому

М'^лСр.

В первом приближении можно считать равновероятными случайные ■события в виде неоправданных отключений 'присоединений ДКК от излишнего действия первой и второй ступеней защиты от 033 »при замыканиях в любых присоединениях электрически связанной сети. С учетом этого расчетная величина годового ущерба от простоев ДКК по причине ¡неоправданных 'нарушений электроснабжения вследствие неправильного функционирования ¡первой и второй ступеней защиты ог 033 при повреждениях в присоединениях ОГР может быть представлена в виде:

Удкх = Уд цпт Л;«0* «»-¿"[О^Лди (погр - 1 + «дкк)-1 X

Х(^зв+1) + ^ЛзВ]. (3.7)

Таким образом, получено достаточно корректное аналитическое описание зависимости величины ущерба от влияющих на него факторов и параметров, характеризующих структуры сетей двух групп электроприемшиков (ДКК и ОГР), удельную -повреждаемость -и 'показатели работы защиты от 033. Опыт эксплуатации электрохозяйства и расчеты показывают, _что для условий 'карьеров Кривбасса тэ~5 мин, тр«*30 'мин, хпн ^30 мин. Таким образом, независимо от длительности (даже при кратковременных нарушениях) перерыва питания ЭП .минимальные значения продолжительности единичного простоя ДКК, связанные с его технологическими особенностями, после восстановления электроснабжения до окончания восстановления номинального режима .производственного процесса в зависимости от числа звеньев и расстояния транспортирования достаточно -велики и достигают 1 ч (для сравнения: для потребителя ЦТ это -время не более 2—5 мин) [13]. Следовательно, совместное питание групп электропрне'м'нико® ДКК и ОГР приводит к значительному ущербу от простоев ДКК вследствие неоправданных отключений из-за излишней рабогы защиты от ОЗЗ -при замыканиях в сети ОГР, к снижению эффективности использования высокопроизводительных систем ЦПТ.

4. Обоснование и выбор схем электроснабжения комплексов ЦПТ [1, 6, 8]

Для создания надежных и экономичных СЭС карьеров с комплексами ЦПТ решен ряд задач обоснованно-го построения и выбора схем электроснабжения компонентов системы ЦПТ (ДКК, складов горной массы),, состава трансформатор-наго оборудования и схем понизительных подстанций на основе минимизации расчетных приведенных затрат [1, 8].

Схемы понизительных подстанций с обособленным питанием, где полностью исключается отрицательное влияние отказов -в сети передвижных электроустановок ОГР на надежность сети ДКК, имеют одинаковый уровень надежности и представлены четырьмя вариантами (рис. 4.1): рис. 4.1, а — схема питания каждой из групп ЭП ДКК и ОГР от самостоятельных двухтрансфор'маторных подстанций; рис. 4.1, б— схема питания каждой из групп ЭП от двух разных понизительных трансформаторов совмещенной четырехтрансформа-торной подстанции. При аналогичном трансформаторном оборудовании схема б) отличается от схемы а) лучшей компоновкой и меньшими затратами на строительную часть. Рис. 4Л, в — схема питания от совмещенной подстанции с использованием двух групповых понизительных трансформаторов для питания ЭП ДКК и разделительных трансформа-

торов для литания ЭП ОГР; рис. 4.1, г — схема с применением на совмещенной подстанции двух сетевых грехобмоточ-ных трансформаторов, к каждой из вторичных обмоток, которых через свои распределительные устройства (РУ) 6 кВ подключены ЭП ДКК и ОГР [6].

Схемы совмещенных понизительных подстанций с 'питанием нагрузок ЭП ДКК и ОГР от электрически связанной сети рассмотрены для двух 'вариантов (рис. 4.2). Рис. 4.2, а— схема совместного питания ЭП ДКК и ОГР от двух групповых двухобмоточных трансформаторов совмещенной подстанции с одной двухсекционной системой тин. В этой схеме отрицательное влияние повреждений в электроустановках ОГР на надежность электроснабжения ДКК не ограничено. Рис. 4.2, б, в — схемы совместного .питания ЭП ДКК и ОГР ог совмещенной подстанции с таким же составом трансформаторов, ка'к в варианте а), но с мероприятиями по ограничению влияния сети ОГР на сеть ДКК- Рис. 4.2, б показывает сочетание четырехсекционных схем РУ 6 кВ подстанций (по две для питания ЭП ДКК н ОГР), соответствующего размещения и действия защиты от 033 на отключение выключателей вводов, причем вводы на секции шин ЭП ДКК подключены до этих выключателей. В схеме рис. 4.2, в защита от 033 действует - на отключение дополнительно установленных между секциями РУ ОГР и РУ ДКК выключателей, выполняющих функции вводных; здесь предусмотрено глубокое ограничение дуговых ■ перенапряжений и дополнительное реагирование групповым секционным реактором секций шин, от которых питаются передвижные ЭП ОГР, для снижения тока к. з. и поддержания минимального напряжения на шинах [6].

Технико-экономическое сравнение вариантов схем позволило сделать вывод о предпочтительности схем обособленного питания нагрузок ДКК и ОГР. Наиболее рациональными схемами являются: в сети с питающим напряжением 35 кВ — схема с применением четырех трансформаторов 35/6 кВ на совмещенной подстанции; в сети с питающим напряжением 110 кВ — схема с применением двух трехобмоточ-ных трансформаторов 1'10/6, 3/6,6 кВ. Рассмотрел выбор рациональной схемы распределительной сети ДКК- Для анализа были приняты следующие варианты схем: 1) питание и коммутация приводных двигателей 6 «В конвейеров и дробилок, трансформаторных -подстанций (ТП) 6/0,4 кВ осуществляются от соответствующих распределительных пунктов (РП) 6 кВ (у ДПП, перегрузочных станций приводов конвейеров— СП, корпусов погрузки или складов руды — СК) ДКК; 2) питание и коммутация указанных двигателей и групповых трансформаторов ТП 6/0,4 кВ осуществляются непосредственно от шин подстанции глубокого ввода (ПГВ);

3) питание и коммутация, двигателей осуществляются непосредственно от шин ПГВ, а трансформаторов 6/0,4 кВ—от ТП, расположенных у ДПП, СП и СК. Расчет технико-экономических показателей сравниваемых вариантов производился по приведенным ежегодным затратам с учетом ожидаемого ущерба от перерывов электроснабжения. Тех ни ко-экономический анализ схем показал, что наиболее эффективным является вариант, при котором питание и коммутация ¡присоединений двигателей приводов конвейеров и дробилок осуществляются от шин ПГВ, а трансформаторов 6/0,4 кВ—от ТП, расположенных в узлах нагрузок ДКК-

В состав систем ЦПТ карьеров входит оборудование складов горной массы (руды, вскрышных пород). Для обоснования рациональных схем электроснабжения склада рассмотрена эффективность следующих решений: 1-й вариант — схема совместного питания экскаваторов и ЭП ДКК от электрически связанной сети; 2-й вариант — схема электрического разделения нагрузок экскаваторов и ДКК .путем строительства ЛЭП 6 кВ соответствующей длины для подключения экскаваторов и ближайшей подстанции или РП для ЭТК ОГР; 3-й вариант — схема электрического разделения этих нагрузок, но с питанием экскаваторов через разделительный трансформатор, установленный на понизительной подстанции или РП для ДКК.

На основании сравнения технико-экономических показателей рассматриваемых вариантов электроснабжения складов сделаны следующие выводы: приведенные годовые затраты 2- и 3-го вариантов — электрически раздельное питание натрузок экскаваторов склада и ДКК — 'меньше, чем при их совместном питании от электрически связанной сети (1-й вариант); при условии строительства коротких линий наиболее целесообразен 2-й вариант, при необходимости сооружения сравнительно протяженных линий — 3-й вариант. Таким образом, питание экскаваторов складов системы ЦПТ следует осуществлять обособленно от нагрузок ДКК.

Построение н выбор конкурирующих вариантов схем электроснабжения и трансформаторного оборудования подстанций карьеров с ЦПТ зависят от электрических нагрузок. С целью получения параметров групповых графиков нагрузки проведены исследования электрических нагрузок пяти ДКК на четырех железорудных карьерах ГОКов Кривбасса в течение весенних, осенних и зимних месяцев. Исходным материалом для анализа послужили сменные и суточные графики нагрузки по данным намерений электроэнергии с интервалом осреднения 60 мин. Значения расчетных показателей приведены в табл. 4.1.

показателей, характеризующих структуру н параметры сетей, а также комплексов ПТ и ЦТ.

4. Разработанные математические модели процессов восстановления питания электродриемников, работоспособности и производственного ритма ДКК после нарушений электроснабжения, основанные на микромоделировании и учитывающие особенности комплексов ЦПТ, позволяют обоснованно рассчитывать параметры удельных показателей для оценки размеров ущерба.

5. Величины ущерба при простоях электроприемников карьеров с ЦПТ зависят от основных параметров структуры электрической сети и технологической схемы, показателей работы релейной защиты, наличия технологического резервирования.

6. Технико-экономический анализ с учетом надежности позволил обосновать выбор рациональных -схем электроснабжения, распределительных сетей комплексов ЦПТ ОГР и состава трансформаторного оборудования подстанций для различных уровней питающего напряжения. Наиболее эффективными являются схемы обособленного питания электропрн-емников ПТ ДКК и ЦТ участка ОГР (в том числе складов горной массы системы ЦПТ).

7. Обоснованы технические решения и требования к средствам повышения собственной и зависимой надежностей работы ДКК: к выключателям и схемам их включения; нелинейным ограничителям перенапряжений для сетей с защитой от 033, действующей на сигнал или отключение; к устройству технического диагностирования заземляющих резисторов нейтрали распределительной сети; к защите от 033, построенной на принципе периодического анализа знака .мгновенной мощности.

8. Разработанные методика определения показателей надежности ОЗС карьеров с ЦПТ, методика определения ущерба от нарушений электроснабжения карьеров с ЦПТ, технические средства защиты и диагностики внедрены в проектах института «Южтипроруда» и на предприятиях концерна «Укррудпром».

Суммарный расчетный экономический эффект от внедрения результатов работы составляет 278 тыс. руб.

2*

19

Основные научные результаты, включенные в диссертацию, опубликованы в следующих работах:

'1. Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Об электроснабжении комплексов циклично-поточной технологии на карьерах.— Горный .журнал,-ИШ, № 9, с. 49—51.

2. Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Построение системы электроснабжения комплексов циклично-поточной технологии карьеров. — Горный журнал. Изв. вузов, 1986, № 8, с. 86—>88.

3. Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Создание ограничителей перенапряжений для распределительных сетей карьеров.— Горная электромеханика и автоматика, 1987, вып. 50, с. Г1—il5.

4. Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Ограничитель перенапряжений для распределительных сетей карьеров. — Промышленная энергетика, 1988, № 5, с. 40—41.

5. Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Контроль заземляющего сопротивления нейтрали распределительных сетей. — Горная электромеханика и автоматика, 1989, вып. 54, с. 22— 25.

6. Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Рациональные схемы электроснабжения карьеров с комплексами циклично-поточной технологии. — Горная электромеханика и автоматика, 1989, вып. 55, с. 39—46.

7. Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Ограничение перенапряжений в сетях комплексов циклично-поточной технологии карьеров.— Горный журнал. Изв. вузов, 1989, № 8, с. 75—79.

8. Щуцкий В. И., Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Вопросы электроснабжения карьеров с комплексами циклично-поточной технологии. — Горный журнал, 1990, № 6, с. 49—51.

9. Самойлович И. С., Куницкий И. М., Ксендзов В. В., Пуглаченко Н. А. Устройство защиты от замыканий на землю в сетях 6 к>В карьеров.—Промышленная энергетика, 1990, № 7, с. 32—33.

'10. Ксендзов В. В., Самойлович И. С. К обоснованию систем электроснабжения комплексов циклично-поточной техно-лотии карьеров. — В кн.: Повышение эффективности электроснабжения на промышленных предприятиях. Тез. докл. науч,-техн. конф. — М., 1990, с. 95—96.

11. Ксендзов В. В., Самойлович И. С. О надежности выключателей в схемах электроснабжения дробильно-конвейер-ных трактов. — В кн.: Повышение эффективности электроснабжения на промышленных предприятиях. Тез. докл. науч.-техн. конф, —М., 1990, с. 60—61.

12. Самойлович И. С., Ксендзов В. В. Оценка ущерба от нарушений электроснабжения дробильно-конвейерных трак-

тов комплексов ЦПТ карьеров. — Горная электромеханика и автоматика, 1991, вып. 58, с. 21—27.

13. Самойлович И. С., Ксендзоз В. В. Анализ нарушений электроснабжения дробильно-конвейерных трактов железорудных карьеров. — Горная электромеханика и автоматика, 1991, вып. 59, с. 3—11.

Личный вклад соискателя в совместно написанных работах состоит в разработке методов исследований, математических моделей и анализе результатов ([1, 2, 3, 6, 10, 12, .13]), проведении экспериментальных исследований ([4, 5, 8]), разработке функциональных и принципиальных схем устройств и анализе эффективности их функционирования ([7, 9,11]).

Подписано к печати 20.03.92. Формат 60X90/16 Объем 1 леч. л.+6 вкл. Тираж 120 экз. Заказ № 853.

Типография Московского горного института. Ленинский проспект, д. 6