Развитие теории и комплексные методы повышения эффективности функционирования электрооборудования горных предприятий (15.06.2009)

Автор: Дорошев Юрий Степанович

Энергетические характеристики

Критерий Фишера Относи-

тельная погреш-

ность, %

ЭШ-10/70

(отвал) W=1814,1+193,6Пр+556,0Пэ Fрасч=1,20<Fтабл=2,08 6,18

ЭШ-13/50

(отвал) W=3145,9+103Пр+415Пэ Fрасч=1,84<Fтабл=2,00 3,8

ЭШ-10/70 (земполотно) W=262,8+541,7Пп+665,8Пэ Fрасч=1,33<Fтабл=2,19 6,3

ЭКГ-8И (вскрыша) W=512,5+343,6П Fрасч=1,00<Fтабл=2,00 0,3

Проведен анализ годовых удельных расходов электроэнергии на экскавацию горной массы различных категорий для условий Лучегорского разреза - при различных значениях плотности горной массы, выполненный на основании расчётно-аналитического метода и с помощью энергетических характеристик.

По результатам полученного расчётного годового электропотребления вычислены удельные энергозатраты по различным типам экскаваторов для различных категорий грунтов, а также проведено сравнение полученных удельных энергозатрат с плановыми (регламентированными) нормами, которое показало существенные расхождения между расчётным и плановым удельным электропотреблением (относительная погрешность от 16 до 80 %).

Сравнительный анализ удельных энергозатрат по вскрышным экскаваторам, определенных с помощью энергетических характеристик и на основании расчётно-аналитического метода, показывает незначительное отличие между собой (не более 13,1%).

Исследование режимных параметров и научное обоснование критериев для организации энергосберегающих режимов работы карьерных экскаваторов.

Функционирование системы электроснабжения характеризуется значениями показателей ее состояния, называемыми режимными параметрами.

В той или иной мере в исследованиях режимных параметров горного электрооборудования принимали участие Б. Н. Абрамович, Ю.В. Коновалов, А. А. Буторин, В.П. Бухгольц, В.Л. Скрипка, П. П. Вершинин, А.В. Бугаенко, Н.А. Серебренников, В.И. Гордеев, Ф.Г. Гусейнов, О.С. Мамедяров, Ю.С. Железко, Ф.Ф. Карпов, Л.А. Солдаткина, И.И. Карташев, О.И. Кирилина, Н.А. Клименко, И.Н. Ковалёв, М.А. Осипов, Ю.А. Самохин, Г.В. Красник, Б.И. Кудрин, С.И. Малафеев, В.С. Мамай, А.М. Манилов, В.С. Орлов, А.В. Праховник, В.В. Дегтярёв, И.А. Сыромятников, А.А. Фёдоров, В.Ф. Шумилов, Н.И. Шумилова, В.А. Веников, И.В. Жежеленко и др.

Существующие методы определения расчетных электрических нагрузок дают значительные погрешности в сторону их завышения. На горнодобывающих предприятиях завышение нагрузок составляет от 27 до 350 %. Большинство экспериментальных исследований проводилось по определению отдельных параметров функционирования оборудования. Однако комплексных исследований по одновременной регистрации нескольких режимных параметров практически не проводилось.

В отличие от промышленных предприятий, где всегда существует дефицит в реактивной мощности, на угольных разрезах ее всегда избыток в связи с наличием большого парка экскаваторов с синхронными сетевыми двигателями, работающими в режиме перевозбуждения. Это приводит к значительному перерасходу активной мощности, затрачиваемой на генерацию реактивной и дополнительными потерями активной мощности в распределительных сетях разрезов. Определение фактических значений максимальных и минимальных нагрузок карьерных экскаваторов при экскавации и на холостом ходу, соотношения между потребляемой и рекуперируемой в сеть активной и реактивной мощностями сетевых двигателей и др. дают возможность разработать рекомендации по выбору рационального режима возбуждения синхронных двигателей экскаваторов с целью минимизации потерь мощности в распределительных сетях угольного разреза за счет перераспределения реактивной мощности между ее источниками (синхронными двигателями преобразовательных агрегатов карьерных экскаваторов) и потребителями (асинхронными двигателями и трансформаторами) фидерных линий.

Основные задачи экспериментальных исследований направлены на определение фактических значений в данных условиях эксплуатации различных эксплуатационных параметров горного электрооборудования – режимных параметров. Существует множество технических характеристик (параметров), определяющих техническое состояние электрооборудования.

Для выполнения задач экспериментальных исследований необходимо иметь данные об изменении нескольких режимных параметров. Поскольку исследования являются комплексными, необходима одновременная запись этих параметров. Кроме того, система должна обеспечивать необходимую точность регистрации и длительную непрерывную работу.

Рис. 1. Схема измерения и регистрации режимных параметров электрической сети

Перечисленным требованиям удовлетворяет система на основе серийно выпускаемых Витебским заводом электроизмерительной техники измерительных преобразователей (ИП) в совокупности с многоточечным (12 канальным) регистрирующим прибором типа КСП. Структурная схема системы представлена на рис. 1. Она состоит из подключенных к измерительным трансформаторам тока и напряжения девяти измерительных каналов: активной Р(t) и реактивной Q(t) мощностей, фазных (линейных) токов IА(t) , IВ(t) , IС(t), линейных напряжений UАВ(t) , UВС(t), UСА(t), частоты питающего напряжения fAB(t).

Все преобразователи предназначены для линейного преобразования различных режимных параметров трехфазных трехпроводных цепей переменного тока в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 0-5 мА на нагрузке 0-3 кОм.

В качестве регистрирующего прибора использовался 12-и точечный автоматический потенциометр типа КСПИ-037-ухл 4,2.

Выбор КСПИ обусловлен необходимостью одновременной регистрации девяти параметров - активной и реактивной мощностей, фазных токов, линейных напряжений и частоты. В целях заполнения всех 12-и входов потенциометра, сигнал от измерительного преобразователя активной мощности подается на параллельно подключенные входы I и 9, а реактивной - на входы 2 и 11.

Согласующее устройство - блок входных резисторов, экспериментально подобрано на основе термостабильных резисторов из расчета максимального отклонения указателя по шкале КСП-4 при подаче на входы максимальных сигналов измерительных преобразователей, т.е. 5 мА.

В процессе проведения экспериментальных исследований часто возникали сомнения по поводу достоверности маркировки концов трансформаторов тока и их коэффициентов трансформации. Данное обстоятельство обусловлено тем, что приключательные пункты, к которым производилось подключение системы измерения и регистрации режимных параметров, часто ремонтировались, могли меняться трансформаторы тока, а надписи концов оставлялись прежними. Доступ к этим трансформаторам тока в условиях подключенного к высоковольтной сети приключательного пункта невозможен. Кроме того, не на всех приключательных пунктах имелись трехфазные трансформаторы напряжения типа НТМИ, поскольку для питания защиты и вольтметра достаточно иметь один однофазный трансформатор типа НОМ-6. Поэтому в измерительной системе было предусмотрено использование двух однофазных трансформаторов для получения трехфазной системы линейных напряжений. Подключение двух НОМ-6 производилось с помощью отрезка высоковольтного кабеля типа КШВГ на выводные шпильки масляного выключателя. Для питания автоматического потенциометра и измерительных преобразователей требуется напряжение 220 В, которое также отсутствует на приключательных пунктах; для этой цели изготовлен специальный стабилизированный повышающий трансформатор СН 100/220 В.

С целью корректировки и правильного подключения системы к трансформаторам тока и напряжения были предприняты усовершенствования в системе измерения (установка переключателей П1 – П7, а также фазометра Э500), позволяющие не только менять позицию токов фаз А и С, но и изменять фазы этих токов на 180°.

При работе экскаватора возможны режимы рекуперации как активной, так и реактивной энергии. Поэтому в схеме экспериментальной установки предусмотрен сигнал смещения, который подаётся на вход каналов активной и реактивной мощности потенциометра КСП-4 от двух независимых источников питания, с помощью которых нулевая линия измерения мощностей P и Q смещается на середину диаграммной ленты.

, т.е. проведения многопараметрических экспериментальных исследований режимных параметров горного электрооборудования в условиях ограниченной информации о параметрах и схемах включения трансформаторов тока и напряжения.

) фазных токов и линейных напряжений

Полученные в результате экспериментов регистограммы режимных параметров высоковольтных электроприёмников подвергались ручной обработке для набора в массив данных. Для облегчения обработки соседние точки каждого режимного параметра соединялись разноцветными линиями, таким образом, дискретные графики преобразовывались в непрерывные. Фрагмент таких преобразованных регистограмм представлен на рис.3. Подобные регистограммы получены для экскаваторов типов ЭШ-20/90, ЭШ-15/90А, ЭШ-10(11)/70, ЭКГ-8И, ЭКГ-5А.

Рис.3. Фрагмент регистограммы режимных параметров

экскаватора ЭШ-10/70

Для набора массива данных использовались наиболее характерные отрезки регистограмм, отображающие соответствующие режимы работы экскаваторов: «работа», «холостой ход», «шагание». Набранный массив представляет собой представительную выборку, обеспечивающую допустимое отклонение среднего арифметического значения режимного параметра в пределах ±3 %.

Массив представляет собой матрицу, в которой строки соответствуют текущим значениям параметров в конкретные моменты времени. В ходе проведения эксперимента также проводились дополнительные измерения с целью определения зависимости потребляемого тока I1 от различных токов возбуждения синхронных двигателей карьерных экскаваторов.

Результаты обработки экспериментальных данных для различных режимов работы карьерных экскаваторов переданы для практического использования на разрезы ОАО «Приморскуголь» и р/у «Лучегорское». Результаты обработки экспериментальных данных свидетельствуют о том, что фактические нагрузки экскаваторов отличаются от номинальных всегда в меньшую сторону от 25 до 50%. Т.е. можно говорить, что установленная мощность главных приводов экскаваторов значительно недоиспользуется. Однако режим возбуждения синхронных двигателей (СД) устанавливается как для номинального режима, что приводит к завышенной генерации реактивной мощности (РМ) и связанным с этим потерям активной мощности. В этой связи возникает необходимость установки токов возбуждения СД в зависимости от их фактических активных нагрузок и потребного количества в РМ на каждой фидерной линии.

При использовании СД в промышленности как источников РМ решаются следующие задачи: стабилизация напряжения, минимизация потерь электроэнергии, поддержание оптимального уровня коэффициента мощности в часы максимума активной нагрузки. Использование СД для стабилизации напряжения рационально при кратковременных набросах индуктивной мощности смежных приемников, когда допустимы кратковременные перегрузки по току ротора. При этом должен быть достигнут положительный эффект, связанный снижением воздействия СД на осветительную сеть или электроприемники, изменение напряжения которых сказывается на производительности труда. Для открытых горных работ эта проблема не является актуальной. Использование реактивной мощности СД для снижения потерь в распределительных сетях рассматривается в двух аспектах: определения реактивной мощности СД в часы максимума нагрузки энергосистемы для обеспечения предприятием контролируемой реактивной мощности в соответствии с договором на обеспечение электроэнергией и регулирование возбуждения при изменении собственной активной и смежной реактивной нагрузок. В настоящее время на угольных разрезах Дальнего Востока вопрос о поддержании оптимального коэффициента мощности не стоит в связи с проведением расчетов за электроэнергию по одноставочному тарифу. Что же касается оптимизации возбуждения СД в зависимости от их фактической активной и смежной реактивной нагрузок, то эта проблема является очень актуальной. Однако следует учитывать, что эффективность автоматического регулирования тока возбуждения может оказаться весьма малой при высокой эффективности использования СД как источника реактивной мощности. Как показывают исследования, экономическая целесообразность автоматического регулирования реактивной мощности в зависимости от смежной нагрузки возникает при суммарной активной мощности смежной нагрузки выше 1-5 МВт. На угольных разрезах индуктивная нагрузка на одном фидере с СД не достигает таких значений. Также следует учитывать, что минимум потерь СД достигается при постоянной реактивной мощности, если нагрузка на валу изменяется не менее чем на 50%. Нагрузка на валу СД карьерных экскаваторов резкопеременная, изменяется в широких пределах. Таким образом, для СД карьерных экскаваторов применять автоматическое регулирование тока возбуждения нецелесообразно. Достаточно устанавливать ток возбуждения в соответствии с требуемой от двигателя реактивной мощностью, используя режим пониженного возбуждения.

Для выбора рационального режима возбуждения необходимо иметь U-образные и рабочие характеристики синхронных двигателей. U -образная характеристика представляет собой зависимость тока статора от тока возбуждения при постоянных частоте, напряжении на выводах и полезной мощности на валу двигателя т.е. I1= f (IB) при Р1, U1, f1 = const.

Рабочие характеристики синхронных двигателей могут быть получены на основании U -образных и представляют собой зависимости различных параметров двигателя (мощностей полной и реактивной, тока статора, cos?) от потребляемой активной мощности при различных токах возбуждения. Рабочие характеристики дают возможность выбора режима возбуждения в зависимости от фактических нагрузок синхронных двигателей при условии генерации требуемой реактивной мощности.


загрузка...