Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ НАГРУЗОК В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО РУДНИКА

Семёнов А.С. 1
1 Политехнический институт (филиал) ФГАОУ ВО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»
Данная научная статья посвящена вопросам определения нелинейных нагрузок в системе электроснабжения подземного рудника по добыче алмазосодержащих пород в условиях Крайнего Севера на территории Республики Саха (Якутия). Для определения нелинейных нагрузок выбран поверхностный комплекс рудника, проанализирована структура системы электроснабжения, определены уровни напряжения на руднике для питания электрооборудования. Электроснабжение рудника осуществляется от подстанции 110/6,6/6,3 кВ, на которой установлены два трехобмоточных трансформатора. Технические характеристики трансформаторов приведены в табл. 1. Определена мощность короткого замыкания на шинах 110 кВ, исходя из номинального тока отключения выключателя, установленного перед вводом в трансформатор. Представлен фрагмент схемы электроснабжения рудника от подстанции 110/6,6/6,3 кВ. Для ограничения токов короткого замыкания на стороне 6,6 и 6,3 кВ выбраны токоограничивающие реакторы, параметры которых сведены в табл. 2. Для компенсации высших гармонических составляющих тока и повышения коэффициента мощности в закрытом распределительном устройстве 6,3 кВ к секции шин, питающейся от второго трансформатора, присоединено нерегулируемое фильтрокомпенсирующее устройство Allen-Bradley, технические характеристики которого приведены в табл. 3. Приведен состав нелинейных электроприемников, питающихся от закрытого распределительного устройства, представлены схемы электроснабжения нелинейных электроприемников и расчетные значения их нагрузок. Сделаны выводы о суммарной мощности нелинейных электроприемников подземного рудника.
нелинейные нагрузки
система электроснабжения
подземный рудник
трансформатор
гармоники
суммарная мощность
1. Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3–2. – С. 302–303.
2. Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5–1. – С. 228–229.
3. Гольдман А.А., Семёнов А.С., Матул Г.А. // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2–2. – URL: http://science-education.ru/ru/article/view id=21627.
4. Егорова А.А., Семёнов А.С., Петрова М.Н. // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2–2. – URL: http://science-education.ru/ru/article/view id=22723.
5. Заголило С.А., Семёнов А.С. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 11–3. – С. 333–336.
6. Заголило С.А., Черенков Н.С., Семёнов А.С. // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 7–0. – С. 76–79.
7. Карташев И.И., Тульский В.Н., Кузнецов Н.М., Семёнов А.С. Мониторинг показателей качества электрической энергии в системах электроснабжения горных предприятий: монография. – М., 2013. – 142 с.
8. Кузнецов Н.М., Бебихов Ю.В., Самсонов А.В., Егоров А.Н., Семёнов А.С. Качество электрической энергии горных предприятий: монография. – М., 2012. – 68 с.
9. Кузнецов Н.М., Семёнов А.С. // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 4–2. – С. 295–299.
10. Кузнецов Н.М., Семенов А.С., Бебихов Ю.В., Рыбников А.В. // Горный журнал. – 2014. – № 1. – С. 23–26.
11. Петрова М.Н., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3–2. – С. 312–314.
12. Рушкин Е.И., Бондарев В.А., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5–1. – С. 229–231.
13. Рушкин Е.И., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8–2. – С. 341–342.
14. Рушкин Е.И., Семёнов А.С. // Технические науки – от теории к практике. – 2013. – № 20. – С. 34–41.
15. Рушкин Е.И., Семёнов А.С., Саввинов П.В. // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 11–12. – С. 2615–2619.
16. Саввинов П.В., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5–1. – С. 232.
17. Саввинов П.В., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8–2. – С. 342–344.
18. Семёнов А.С. // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. – 2014. – Т. 11. – № 1. – С. 51–59.
19. Семёнов А.С. // Естественные и технические науки. – 2013. – № 4 (66). – С. 296–298.
20. Семёнов А.С. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 9–2. – С. 29–34.
21. Семёнов А.С. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 5–3. – С. 391–395.
22. Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3–2. – С. 314–319.
23. Семёнов А.С. // Мир современной науки. – 2013. – № 1 (16). – С. 12–15.
24. Семёнов А.С. // Наука в центральной России. – 2012. – № 2S. – С. 23–27.
25. Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 5–1. – С. 232–236.
26. Семенов А.С. // Технические науки – от теории к практике. – 2012. – № 11. – С. 68–73.
27. Семёнов А.С. // Технические науки – от теории к практике. – 2013. – № 18. – С. 71–77.
28. Семёнов А.С., Бондарев В.А. // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3–4. – С. 414–416.
29. Семёнов А.С., Бондарев В.А. // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4–1. – С. 112–117.
30. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8–5. – С. 1066–1070.
31. Семенов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М., Матул Г.А. // Естественные и технические науки. – 2014. – № 3 (71). – С. 165–171.
32. Семенов А.С., Кузнецов Н.М. // Измерительная техника. – 2014. – № 4. – С. 31–34.
33. Семёнов А.С., Матул Г.А., Хазиев Р.Р., Шевчук В.А., Черенков Н.С. // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9–6. – С. 1210–1215.
34. Семёнов А.С., Пак А.Л., Шипулин В.С. // Приволжский научный вестник. – 2012. – № 11 (15). – С. 17–23.
35. Семёнов А.С., Самсонов А.В., Бебихов Ю.В., Матул Г.А. // Естественные и технические науки. – 2015. – № 6 (84). – С. 446–450.
36. Семёнов А.С., Самсонов А.В., Матул Г.А., Черенков Н.С., Заголило С.А., Мартынова А.Б. // Естественные и технические науки. – 2015. – № 10 (88). – С. 331–334.
37. Семёнов А.С., Хазиев Р.Р. // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 5–5. – С. 694–698.
38. Семёнов А.С., Хубиева В.М., Петрова М.Н. // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 10–3. – С. 523–528.
39. Семёнов А.С., Шипулин В.С. // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6–3. – С. 480–484.
40. Черенков Н.С., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3–4. – С. 417–419.
41. Шевчук В.А., Семёнов А.С. // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-4. – С. 419–423.
42. Шипулин В.С., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. – 2013. – № 8–2. – С. 344–347.
43. Semenov A.S. // В сборнике: Applied and Fundamental Studies Proceedings of the 1st International Academic Conference. Edited by Yan Maximov. – 2012. – Р. 301–304.
44. Semenov A.S. // В сборнике: Applied Sciences and technologies in the United States and Europe: common challenges and scientific findings Proceedings of the 3th International scientific conference. Editor Ludwig Siebenberg. – 2013. – Р. 139–141.
45. Semenov A.S. // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – № 12. – Р. 65–66.
46. Semenov A.S. // Международный журнал экспериментального образования. – 2013. – № 12. – С. 57–59.
47. Semenov A.S. // Наука и технологии. – 2014. – № 3. – С. 22–28.
48. Semenov A.S., Shipulin V.S. // Europaische Fachhochschule. – 2013. – № 1. – Р. 228–230.

В настоящее время акционерная компания «АЛРОСА» (ПАО) ведет активную разработку месторождений полезных ископаемых подземным способом. Обосновывается это экономической целесообразностью, снижаются затраты на вскрышные работы, требуется меньше специального транспорта. На данный момент на территории Республики Саха (Якутия) действуют четыре подземных рудника по добыче алмазосодержащих пород, и один находится на стадии строительства. Качество алмазов, добываемых в них, существенно улучшается из-за меньшей кусковатости руды, которая поступает на обогатительную фабрику и проходит меньше этапов дробления, нежели руда, поступающая с карьера.

Практически всё оборудование и механизмы на руднике имеют электрический привод, поэтому для бесперебойной подачи электроэнергии разрабатывается сложная система электроснабжения. Система электроснабжения должна обеспечивать надежное и бесперебойное питание электроэнергией основных потребителей, требуемое качество электроэнергии, экономичность всех элементов системы, гибкость и мобильность, обособленное от сетей поверхности питание подземных электроприемников, безопасность в отношении пожаров, взрывов рудничной атмосферы и поражения людей электрическим током. Выбор напряжения зависит от назначения и расположения потребителей, регламентируется различными инструкциями. Для питания электроприемников рудника применяется напряжение 6000, 1140, 660 и 380 В переменного тока. Для питания ручного электроинструмента принято напряжение 127 В, а для освещения – 220, 127 и 36 В.

Электроснабжение рудника осуществляется от подстанции 110/6,6/6,3 кВ. На подстанции установлены два трехобмоточных трансформатора ТДТНШ-40000/110, технические характеристики трансформатора представлены в табл. 1.

Питание подстанции осуществляется по двум одноцепным воздушным линиям (ВЛ) 110 кВ. Мощность короткого замыкания на шинах 110 кВ, определенная исходя из номинального тока отключения выключателя ВМТ-110Б-25/1250 УХЛ1, установленного перед вводом в трансформатор, составляет

semenov01.wmf

Таблица 1

Технические данные трансформатора ТДТНШ-40000/110

Тип трансформатора

Номинальная мощность, МВА

Номинальные напряжения обмоток, кВ

Потери мощности, кВт

Uкз, %

Iхх, %

ВН

СН

НН

Ркз

Рхх

ВН-СН

ВН-НН

СН-НН

ТДТНШ-40000/110

40

115

6,6

6,3

63

220

10,5

17,0

6,5

0,8

Фрагмент схемы электроснабжения от подстанции 110/6,6/6,3 кВ изображен на рис. 1.

Для ограничения токов короткого замыкания на стороне 6,6 и 6,3 кВ установлены токоограничивающие реакторы РБДГ-10-2500-0,35У3, РБСГ-10-2х1000-0,28У3, РБГ-10-1000-0,56У3. Параметры установленных токоограничивающих реакторов сведены в табл. 2.

В закрытом распределительном устройстве (ЗРУ) 6,3 кВ к секции шин, питающейся от второго трансформатора, присоединено нерегулируемое фильтрокомпенсирующее устройство (ФКУ) Allen-Bradley для компенсации 5, 7, 11, 13 высших гармонических составляющих тока и повышения коэффициента мощности. Технические характеристики ФКУ приведены в табл. 3.

В состав нелинейных электроприемников, питающихся от ЗРУ-1 6,3 кВ, входят:

– регулируемый электропривод постоянного тока подъемной машины скипового подъема скипового ствола (2500 кВт, 12-пульсный выпрямитель с питанием от двух двухобмоточных трансформаторов ТС3Р-2500, 6300/850 В);

– регулируемый электропривод постоянного тока подъемной машины клетьевого ствола (850 кВт, 6-пульсный преобразователь с питанием от трансформатора ТС3Р-1600, 6300/620 В; категория по бесперебойности электроснабжения – I);

– регулируемый электропривод постоянного тока подъемной машины клетьевого подъема скипового ствола 2Ц5х2,4Д-ТД2 (1500 кВт, 6-пульсный преобразователь с питанием от трансформатора ТС3Р-2500 6000/850В; категория по бесперебойности электроснабжения – I);

– регулируемый электропривод постоянного тока подъемной машины клетьевого ствола (1500 кВт, 6-пульсный преобразователь с питанием от трансформатора ТС3Р-2500, 6300/850В; категория по бесперебойности электроснабжения – I);

– частотно-регулируемый электропривод 3150 кВт вентилятора ВЦД-42,5 № 1 (высоковольтный преобразователь частоты с 18-пульсным управляемым выпрямителем с питанием от трансформатора 5000 кВА, 6300/2100/2100/2100 В; категория по бесперебойности электроснабжения – I);

– частотно-регулируемый электропривод 3150 кВт вентилятора ВЦД-42,5 № 2 (высоковольтный преобразователь частоты с 18-пульсным управляемым выпрямителем с питанием от трансформатора 5000 кВА, 6300/2100/2100/2100 В; категория по бесперебойности электроснабжения – I).

Схемы электроснабжения нелинейных электроприемников изображены на рис. 2, 3.

pic_43.tif

Рис. 1. Фрагмент схемы электроснабжения от подстанции 110/6,6/6,3 кВ

Таблица 2

Данные токоограничивающих реакторов

Тип реактора

Номинальное напряжение, кВ

Длительно допустимый ток, А

Номинальное индуктивное сопротивление, Ом

Номинальные потери на фазу, кВт

Ток электродинамической стойкости (амплитуда), кА

Принадлежность к шинам ПС

РБГ-10-1000-0,56У3

10

1000

0,56

7,8

24

ЗРУ 6,6 кВ

РБДГ-10-2500-0,35У3

10

2000

0,35

20,5

37

ЗРУ 6,3 кВ

РБСГ-10-2х1000-0,28У3

10

2×1000

0,28/0,856/0,132*

(коэффициент связи 0,53)

10

45

ЗРУ 6,6 кВ

Примечание. * – индуктивное сопротивление номинальное/двух ветвей при последовательном их соединении/одной ветви при встречных токах.

pic_44.tif

Рис. 2. Схема электроснабжения двигателей постоянного тока

pic_45.tif

Рис. 3. Схема электроснабжения синхронных двигателей с частотно регулируемым приводом вентиляторной установки главного проветривания

Таблица 3

Технические характеристики ФКУ

Номер гармоники

С1, мкФ

С2, мкФ

L, мГн

Резонансная частота, Гц

5-я

22,99

15,33

11,1

244,3

7-я

22,99

15,33

5,68

341,1

11-я

30,66

30,66

1,44

535,6

13-я

30,66

30,66

1,05

627,2

Таблица 4

Расчетные нагрузки нелинейных электроприемников

Тип ЭП

Секция шин

Рном, кВт

Кс

cos φ

Рр, кВт

Qр, квар

Sр, кВА

Iр, А

Эл. привод пост. тока ПМ СПСС

6,3 кВ 2Т

2500

0,7

0,8

1750

1312,5

2187,5

200,5

Эл. привод пост. тока ПМ КС

6,3 кВ 1Т

850

0,7

0,8

595

446,3

743,75

68,2

Эл. привод пост. тока ПМ КПСС

6,3 кВ 2Т

1500

0,6

0,7

900

918,2

1285,71

117,8

Эл. привод пост. тока ПМ КС

6,3 кВ 1Т

1500

0,6

0,7

900

918,2

1285,71

117,8

Эл. привод вентилятора

6,3 кВ 1Т

3150

0,8

0,9

2520

1220,5

2800

256,6

Эл. привод вентилятора

6,3 кВ 2Т

3150

0,8

0,9

2520

1220,5

2800

256,6

Расчет мощностей электрических нагрузок производился методом коэффициента спроса с учетом рекомендаций РТМ 36.18.32.4-92 для промышленности. Расчетные значения нагрузок нелинейных электроприемников приведены в табл. 4.

Таким образом, можно сделать заключение о том, что суммарная мощность нелинейных электроприемников подземного рудника, присоединенных к секции шин 6,3 кВ питающейся от первого трансформатора, равна 4829 кВА, а от второго трансформатора – 6273 кВА, что в сумме составляет более 11 МВА. Полученные расчетные данные в дальнейшем будут использованы при выборе компенсаторных устройств и при проведении анализа качества электроэнергии.


Библиографическая ссылка

Семёнов А.С. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ НАГРУЗОК В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО РУДНИКА // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 9-3. – С. 445-451;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36248 (дата обращения: 29.11.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074