Выбор рациональной схемы электроснабжения горного участка в условиях ООО «Разрез Тулунуголь»

При составлении рациональной схемы электроснабжения учитываются следующие факторы. Низковольтная аппаратура должна быть максимально приближена к потребителю. Минимальное расстояние от окна лавы до энергопоезда 10м, корпус передвижной подстанции отстает от забоя не более 50м, длина кабеля к комбайну и конвейеру принимается с учетом длины лавы, расстояния от окна лавы до пускозащитной аппаратуры и 10% провеса. Длина кабеля к остальным электроприемникам принята с учетом их расположения, производственной необходимости и 10% провеса. длина высоковольтного кабеля принята с учетом расположения передвижной подстанции, длины вынимаемого столба и расположения стационарного распределительного пункта РПП- 6, длина магистрального кабеля с низкой стороны принимается с учетом минимального приближения передвижной подстанции к окну лавы -50м, а фактически 27м. Для обеспечения безопасной работы пускозащитная аппаратура устанавливается на свежей струе.

Под системой распределения электроэнергии ОГР понимается совокупность источников питания (обычно это шины распределительного устройства (РУ) главных понизительных подстанций (ГПП)) и распределительных сетей разрезов и карьеров (КРС). Электрические сети ОГР можно рассматривать как сложные системы с определенными на каждой ступени распределения энергии базовыми элементами. Для КРС такими элементами являются стационарные и передвижные воздушные (ВЛ) и кабельные (КЛ) линии электропередачи (ЛЭП), стационарные (ТП) и передвижные (ПКТП) трансформаторные подстанции, стационарные закрытые и передвижные открытые или закрытые распределительные пункты (РП), передвижные приключательные пункты (ППП) и ряд других элементов системы электроснабжения (СЭС).

При создании и эксплуатации систем распределения электроэнергии необходимо принимать во внимание особенности ОГР как объектов электроснабжения. Кроме свойств и режимов работы ЭП, которые зависят от типа агрегата, здесь следует учитывать условия эксплуатации оборудования СЭС и технологию ведения горных работ. Для ОГР характерны значительная площадь карьерного поля, постоянное углубление и уступная форма профиля карьеров, рассредоточенность горных машин и комплексов по всей площади (уступам) и их глубине, систематическое подвигание забоев и фронта работ в целом; широкое ведение буро-взрывных работ, сезонность отработки уступов способами гидромеханизации и прочее. Из-за сложности рельефа трасс, по которым прокладываются и перемещаются ВЛ и КЛ, а также влияние взрывных работ и запыленности атмосферы, специфическими также являются конструктивное исполнение и способы монтажа элементов ЛЭП, а также другого оборудования СЭС.

Опыт эксплуатации КРС свидетельствует, что простои горной техники из-за перерывов электроснабжения достигают 6% от фонда рабочего времени. При этом «вклад» КРС (передвижных и временных ЛЭП) в общее время простоя экскаваторов составляет около 50% (37% – на технологические переключения в сети и 13% – на аварийные отключения). Остальное время перерывов обусловлено аварийным отключением ЭО экскаваторов (двигателей и генераторов) – 32%, стационарных ЛЭП и питающих элементов СЭС – 18%. Приведенные цифры указывают на то, насколько важным является вопрос повышения надежности и мобильности КРС.

Учитывая подчиненность СЭС на ОГР целям и задачам добычи полезного ископаемого, требования к надежности электроснабжения определенных категорий ЭП выходят здесь на передний план.

Регламентированный уровень надежности электроснабжения можно достичь за счет применения более надежных элементов, например ячеек КРУ с вакуумными выключателями в исполнении РН, или рациональных схем распределительных сетей участков горных работ и карьера в целом.

Первое направление обеспечения надежности КРС ограничивается достаточно высокой интенсивностью отказов, присущей передвижным ВЛ и приключательным пунктам с масляными выключателями и разъединителями, экскаваторным кабелям и ПКТП.

Второй путь включает применение резервирования наиболее ответственных элементов системы, децентрализацию приема и распределения электроэнергии и локализацию за счет этого аварийных ситуаций; сооружение комбинированных (воздушно-кабельных) передвижных ЛЭП, имеющих большую мобильность и меньшую аварийность по сравнению с ВЛ, а также питание технологически объединенных горно-транспортных машин и комплексов от общего источника или общей линии электропередачи с одновременным ограничением числа подключаемого к ней оборудования. Поэтому на ОГР, исходя из возможных потерь при перерывах электроснабжения, к одной передвижной воздушной ЛЭП 6-10 кВ рекомендуется подключать не более:

- двух-трех или одного  экскаватора с ковшом вместимостью  соответственно 5, 15 или 20 м3 и более вместе с тремя или двумя (при двух и одном экскаваторе) ПКТП единичной мощностью до 630 кВА;

- двух или одного роторного (многоковшового) экскаватора с теоретической производительностью соответственно до 1300 и свыше 1300 м3/ч вместе с двумя ПКТП единичной мощностью до 630 кВА;

- пяти буровых станков  или пяти ПКТП единичной мощностью до 630 кВА для питания силовых ЭП или десяти ПКТП единичной мощностью до 100 кВ⋅А для питания осветительных установок.

Кроме надежности питания, система распределения электроэнергии должна обеспечивать у ЭП регламентированное качество электроэнергии. Наиболее важные показатели качества электроэнергии для КРС и ЭП, которые питаются от них, – отклонение напряжения, размах изменения напряжения, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения и коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности. Нормализацию качества электроэнергии следует решать комплексно. В первую очередь использовать способы централизованного (на ГПП) и местного (на РП) регулирования напряжения. В случае технической необходимости и экономической целесообразности дополнительно можно применять регулируемые конденсаторные установки, а при наличии нелинейных нагрузок – фильтрокомпенсирующие устройства.

Учитывая передвижной характер работ ЭП ОГР (экскаваторов, буровых станков и др.), а также значительную неравномерность электропотребления на протяжении рабочей недели, КРС должны быть мобильными. Под этим требованием понимается способность системы распределения электроэнергии с минимальными затратами времени на переключения обеспечить надежное питание ЭП во всех случаях, предусмотренных технологией проведения работ. Система распределения электроэнергии должна также строиться с учетом возможного расширения разреза или карьера. Поэтому схема КРС и основные ее элементы по пропускной способности и в конструктивном отношении должны обеспечивать возможность поэтапного ввода новых электроустановок, расширение РУ, трансформаторных подстанций, увеличение количества ЛЭП.

Построение КРС должно выполняться из условия минимума затрат на сооружение и эксплуатацию всей СЭС. Для этого необходимо решить такие задачи:

- определение номинального  напряжения или системы номинальных  напряжений для распределения  электроэнергии и питания энергоемких  ЭП на ОГР;

- выбор трасс стационарных  ЛЭП, количества и мест размещения карьерных распределительных пунктов, комплектных передвижных трансформаторных подстанций;

- выбор трасс временных (передвижных) высоковольтных ЛЭП;

- определение исполнения  и параметров основных элементов  КРС.

Различают внешние и внутренние схемы электроснабжения ОГР. На рис.1 показаны наиболее характерные схемы внешнего электроснабжения.

Рис. 1. Внешние схемы электроснабжения ОГР

 

Для подсчета электрических нагрузок применяют упрощенные или более точные методы. К основным методам определения расчётных нагрузок относятся:

1) определение расчётной  нагрузки по методу коэффициента  спроса;

2) по удельному расходу  электроэнергии на единицу продукции  при заданном объёме выпуска  продукции за определённый период;

3) по средней мощности  и коэффициенту графика нагрузки;

4) по средней мощности  и коэффициенту максимальной  нагрузки;

5) по средней мощности  и среднему квадратическому отклонению (статический метод).

При проектировании электроснабжения карьеров, расчёт электрических нагрузок производится по методу коэффициента спроса.

Определение расчётных электрических нагрузок данным методом производится в такой последовательности: все намеченные к установке электроприёмники объединяют в группы по технологическим процессам и по значению необходимого напряжения; определяют суммарные установленные мощности электроприёмников, активные (2.1), реактивные (2.2), и полные (2.3) электрические нагрузки электроприёмников, а также суммарные нагрузки по группам с одинаковым напряжением:

Рр =Рном ·Кс ; кВт (2.1)

Qр -Рр ·tgφ; квар (2.2)

Sр= ; кВ·А (2.3)

где Кс – коэффициент спроса конкретной характерной группы электроприёмников, принимаемый по справочным материалам;

tgφ – соответствует  характерному для данной группы  электроприёмников cosφ, определяемому по справочнику.

Распределяем электроприемники предприятия по конкретным группам, находим их суммарную мощность, по справочным материалам находим значение коэффициента спроса и cosφ для каждой группы электроприёмников; по соответствующим значениям cosφ определяем значение tgφ и согласно формуле (2.1) – (2.3) определяем расчётные нагрузки.

Все необходимые данные и расчёт сводим в таблицу 1.

Например, экскаватор ЭКГ 12,5: количество в работе – 12;

Рн =1250 кВт;

∑Рн =1250·12=1500 кВт;

Кс=0,5;

cosφ=0,9;

tgφ=-0,48;

∑Рр =∑Рн ·Кс =15000·0,5=7500 кВт;

∑Qр =∑Рр ·tgφ=7500·(-0,48)=-3600 квар;

Sр = кВ·А

 

Таблица 1. Данные и расчет электрических нагрузок

Электроприемники	n	Рн	∑Рр	Кс	cosφ	tgφ	∑Рр =∑Рн ·Кс	∑Qр =Рр ·tgφ,	Sр =
Выше 1000 В
1) ЭКГ 8И	7	630	4410	0,55	0,9	-0,48	2425,5	-1164,24	2127,8
ТСН ТМЭ-160/10-69	7	112	784	0,7	0,7	1	548,8	548,8	776,1
2) ЭКГ-12,5	12	1250	15000	0,5	0,9	-0,48	7500	-3600	6579,5
ТСН ТМЭ 160/6	12	112	1344	0,7	0,7	1	940,8	940,8	1330,4
3) ЭШ 10/70	2	1170	2340	0,6	0,8	0,75	1404	1053	1755
ТСН ТМЭ 250/6	2	175	350	0,7	0,7	1	245	245	346,5
4) ЭКГ 10УС	10	630	6300	0,63	0,9	-0,48	3969	-1905,12	4402,5
ТСН ТМЭ-160/10-69	10	112	1120	0,7	0,7	1	784	784	1108,7
5) ЭКГ 4,6Б	5	250	1250	0,55	0,81	0,45	687,5	309,3	753,8
ТСН ТМАЭ – 30/6	5	21	165	0,7	0,7	1	73,5	73,5	103,9
6) Водоотлив	5	630	3150	0,6	0,8	0,75	1890	1417,5	2362,5
7)Землесосы	3	450	1350	0,75	0,75	0,88	1012,5	891	1348,7
Всего	21480,6	-406,46	22995,4
Ниже 1000 В
1)2СБШ 200	6	320	1920	0,5	0,6	1,5	960	1248	1574,5
2)СБШ-250МН	9	386	3474	0,5	0,6	1,5	1887	2453,1	3094,9
3)Забойные конвейеры	4	55	220	0,75	0,75	0,75	165	148,7	222,1
4)Освещение	15	20	300	1	1	0	360	0	360
5)Промплощадка	1	305	305	0,4	0,7	1	122	122	172,5
6) 1СБУ 125	3	30	90	0,55	0,6	1,3	49,5	64,35	81,2
Всего	3903,5	4036	5505,2
Итого	25384,1	3629,7	28500,6

 

 

Воздушные линии электропередачи предназначены для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположение на опорах и закреплённым с помощью изоляторов и арматуры.

На открытых горных работах сооружаются стационарные и передвижные воздушные линии. Стационарные внутрикарьерные линии сооружаются на нерабочих уступах для подачи электроэнергии к внутрикарьерным распределительным пунктам и подстанциям. Передвижные линии электропередачи, подлежащие перемещению, удлинению или укорочению, сооружаемых на рабочих уступах, выполняются на опорах с железобетонными, деревянными или металлическими основаниями. Для внутрикарьерных воздушных линий электропередачи должны применятся провода: алюминиевые марки А, сталеалюминевые марки АС и стальные многопроволочные марки ПС. Для передвижных линий карьеров используют алюминиевые провода сечением не более 120 мм2 или сталеалюминевые сечением не более 95 мм2 . Для стационарных линий карьеров используют сталеалюминевые провода сечением не более 185 мм2 . Стальные многопроволочные провода необходимо применять для прокладки по опорам воздушных линий заземляющих магистралей от заземляющих очагов на поверхности карьера до приключательных пунктов, комплектных трансформаторов рассчитывается, но оно должно быть не ниже минимально допустимых по мехпрочности значений. Длина передвижных ВЛ не должна превышать 2 километра, так как через каждые 2 километра необходимо устанавливать заземления.

На открытых горных разработках широко используются для питания электроприёмников различные кабели.

Для стационарных установок карьера (магистральные конвейеры, насосные и компрессорные установки, мастерские и т.п.) применяются бронированные и небронированные кабели с пропитанной и обеднённопропитаной бумажной изоляцией СБ, СК, АСБ, ААБ, СБГ, ААБГ, СГ, АГ, ААГ, ААШВ, имеющие три или четыре жилы.

Для питания электроэнергии мощных экскаваторов применяются гибкие кабели на напряжение 6-10 кВ типа КГЭ.

Для питания передвижных электроприёмников карьеров (буровые станки, оборудование горнотранспортных комплексов и др.) применяются гибкие кабели с резиновой изоляцией типов ГРШ, ГРШЭ, ГТШ, КТ и т.д.

Согласно ГОСТ 22483-77, основные жилы могут быть следующим сечением:

1,5; 2,5; 4; 5; 10; 16; 25; 35; 50; 70; 95; 120; 150; 240; 300; 400; 500; 625; 800; 1000 мм2 .

Для расчёта электрических сетей составляют план и схему электроустановок и определяют нагрузку на каждую воздушную линию

Задачей расчёта является определение минимальных сечений проводов и кабелей. Правил устройства электроустановок и ПТЭ открытых горных работ.

Расчёт сечения проводов стационарных линий и кабелей напряжением выше 1000В производят по тепловому режиму (длительностью до нагрева), допустимой потери напряжения экономической тока, механической прочности проводов воздушных линий и тепловой (термической) прочности кабелей напряжением выше 1000В также короткого замыкания.