Инновационная компенсация напряжения для дальнего электроснабжения в подземных угольных шахтах

Аннотация

С быстрым развитием технологий в угольной промышленности уровень мощности оборудования для добычи угля продолжает расти, а расстояния до горнодобывающих площадей увеличиваются. Эти изменения создают более высокие требования к соответствующим системам электроснабжения. В процессе добычи увеличивается расстояние между добычей угля, оборудованием для экскаваторов и системами электроснабжения, что приводит к множеству проблем, таких как снижение коэффициента мощности, низкое напряжение на концах линии, колебания напряжения и искажения формы сигналов из-за сильных и нелинейных нагрузок. Для решения этих проблем в статье предлагаются различные решения, сравниваются их преимущества и недостатки, а также инновационная схема компенсации напряжения вместе с соответствующим оборудованием и полевых применений.
Ключевые слова: Подземная угольная шахта; Источник электроснабжения для дальнего расстояния; Оборудование для раскопок; Качество электроэнергии; Компенсация напряжения
 

1. Введение

Быстрое развитие угольной промышленности привело к увеличению электроэнергии для горного оборудования, что привело к увеличению горных поверхностей. Это расширение создаёт значительные трудности для соответствующих систем питания. По мере увеличения расстояния между оборудованием для добычи и экскаваторов и устройствами питания, наличие больших ударных и нелинейных нагрузок приводит к ряду проблем с качеством электропитания на больших расстояниях. К ним относятся сниженный коэффициент мощности, низкое напряжение на концах линии, колебания напряжения и искажения формы сигнала. Такие проблемы не только затрудняют запуск крупного оборудования и приводят к частым отказам, но и снижают эффективность изоляции, что приводит к инцидентам с электробезопасностью. Кроме того, передача электроэнергии на большие расстояния приводит к значительным потерям на линиях, что значительно увеличивает энергопотребление и расходы для угольных предприятий.
Для снижения экономических потерь, повышения безопасности и повышения эффективности в этой работе рассматриваются распространённые решения для дальнего электроснабжения в подземных угольных шахтах, сравнивая их плюсы и минусы, а также предлагается инновационная схема компенсации напряжения.
 

2. Общие решения для дальнего электроснабжения в подземных угольных шахтах

2.1 Несколько кабелей параллельного или большего диаметра кабеля

Использование нескольких кабелей параллельно или замена существующих кабелей с большим диаметром позволяет снизить эквивалентное сопротивление и падения напряжения. Однако такой подход увеличивает стоимость кабеля и усложняет установку.
 

Рисунок 1. Схема параллельных кабелей или решение увеличенного сечения кабеля
 

2.2 Регулировка отводов трансформатора для увеличения напряжения питания

Регулировка отводов трансформатора для увеличения напряжения питания может компенсировать потери на линии. Однако этот метод может привести к чрезмерно высоким напряжениям во время простоя оборудования или работы без нагрузки, что создаёт риски для изоляции кабелей и устройств.

Рисунок 2. Схема решения с увеличением выходного напряжения мобильного трансформатора
 

2.3 Перемещение мобильных трансформаторов ближе к оборудованию

Перемещение мобильных трансформаторов ближе к оборудованию уменьшает длину кабелей питания, тем самым снижая падения напряжения. Однако частое перемещение трансформаторов увеличивает эксплуатационные трудности и затраты.

Рисунок 3. Схема перемещения мобильного трансформатора ближе к нагрузке
 

2.4 Добавление взрывоустойчивого SVG для компенсации реактивной мощности

Размещение взрывоустойчивых SVG-установок рядом с нагрузочным оборудованием обеспечивает компенсацию реактивной мощности, повышение напряжения на конце линии и стабилизацию работы оборудования. Это решение предполагает размещение SVG близко к нагрузке, желательно перемещая их вместе с нагрузкой, если это возможно, что всё равно может потребовать многократных перемещений и увеличения затрат.

Рисунок 4. Схема добавления взрывоустойчивого SVG на стороне нагрузки для компенсации реактивной мощности
 

3. Устройство интегрированной регулировки сетки в средней линии

Чтобы устранить ограничения вышеуказанных решений, в данной работе предлагается инновационный подход: интеграция устройства регулирования сети в середине линии для повышения напряжения линии, обеспечивая достаточную мощность оборудования конца линии.

Рисунок 5. Схема установки интегрированного регулирующего устройства сетки в центре линии
 

Интегрированное устройство регулирования напряжения повышает компенсацию реактивной мощности энергосистемы, повышая коэффициент мощности и снижая потери при падении напряжения. Он компенсирует потери, вызванные активным током, повышая напряжение системы, обеспечивая стабильное напряжение в конце линии. Устройство автоматически регулирует параметры напряжения на сетке и тока, поддерживая напряжение в допустимых диапазонах при различных условиях.
 

4. Полевое применение устройства интегрированного регулирования сетки

TheУстройство интегрированного регулирования сетиуспешно введён в эксплуатацию и введён в эксплуатацию на подземной линииУгольная шахта Чанчэн No 5, расположен в баннере Отог Фронт, Автономный район Внутренняя Монголия. Шахта управляетсяShandong Energy Xinmin Inner Mongolia Energy Co., Ltd., основана в 2005 году и расположена в городе Ордос, Внутренняя Монголия.
Шахта Чанчэн No5 охватывает горнодобывающую территорию13,6595 км², с общими геологическими запасами180,4 миллиона метрических тонна также поддаются извлечению запасов118,8 миллиона метрических тонн. Её расчетная годовая производственная мощность составляет1,8 миллиона тонни предполагаемый срок службы50,8 лет.
Направление шахты столкнулось с серьёзным ударомПроблемы с падением напряжения на дальнем блоке питания. Предыдущее решение заключалось в перемещении мобильной подстанции (мобильного трансформатора) каждый раз, когда курс продвигался на определённое расстояние. Такой подход привёл к значительным затратам на рабочую силу и материалы, а также нарушил непрерывность производства — что подчёркивало острую необходимость улучшения.
Детальные исследования на объекте выявили следующие параметры системы:

• Рабочее напряжение системы:1140 V
• Общая мощность дорожного прохода:518 кВт
  • Гидравлический насосный двигатель:200 кВт
  • Режущий мотор:318 кВт
• Ёмкость мобильной подстанции:1 MVA
• Сечение троса:120 мм²
• Расчетное общее расстояние курса:2,8 км

Для определения максимального допустимого рабочего расстояния без поддержки напряжения были выполнены следующие расчёты:
(1)Эквивалентное сопротивление мобильной подстанции:

где Un — номинальное напряжение системы, Uz% — процент короткого замыкания подстанции, а In — номинальный ток.

(2)Эквивалентное сопротивление режущего двигателя при запуске:

где Iq — это стартовый ток мотора.

(3) В худшем случае (максимальное расстояние) допустимое падение напряжения на клемме двигателя равно25%, то есть минимально допустимое напряжение на клеме равно:

Umin=0,75×1140 V=855 VUmin=0,75×1140V=855V

(4) Стартовый ток режущего двигателя в таком состоянии был рассчитан соответственно.

(5) Допустимое падение напряжения по кабелю равно:

где Uo — выходное напряжение мобильной подстанции.

(6) Согласно стандартным таблицам кабелей, эквивалентное сопротивление120 мм²Кабель —rc=0,173 Ω/kmRc=0,173Ω/км(по фазе).

(7) Исходя из этих параметров,Максимальное допустимое расстояние от источника питаниябыло рассчитано как примерно1400 метров.

Анализ подтвердил, что когда дорожный терминал работает за пределами~1400 метровС мобильной подстанции чрезмерное падение напряжения как при запуске, так и при нормальной работе приводило к отключению оборудования или незапуску.
Чтобы ответить на этот вопрос,Устройство интегрированного регулирования сетибыл установлен1,4 км вниз по течениюиз мобильной подстанции, как показано в:

Рисунок 6. Схема места установки устройства интегрированного регулирования сетки
 

Устройство было настроено с целевым выходным напряжением1300 В. После регулировки напряжение в линии поддерживается примерно на уровне1300 В, что позволяет удлинить нижний кабельный сегмент — от устройства до дорожного разъёма —Дальше 1,4 кмпри этом при этом обеспечивая эксплуатационные требования 1140 В на кончике нагрузки. Та же методология расчёта применяется, поэтому здесь опущена ради краткости.
После установки интегрированного устройства регулирования сети эффективное расстояние курса было увеличено до полной мощности2800 метров. Теперь дорожный разъезд работает надёжно без перебоев, связанных с напряжением. Частота переносов мобильных подстанций значительно сократилась, стабильность системы улучшилась, и решение было полученоВысокая похвала от клиента.

Рисунок 7. Фотография на месте устройства интегрированного регулирования электросети, работающего на шахте Чанчэн No5
 

5. Заключение

По мере развития угольной промышленности спросы на электроэнергию горного оборудования продолжают расти, что требует увеличения рабочих дистанций. Проблемы с электропитанием на большом расстоянии, особенно падения напряжения, часто встречаются в подземных операциях. Двигатели прямого запуска, используемые в экскаваторах и шахтёрах, сталкиваются с серьёзными проблемами при запуске из-за высокого первоначального текущего спроса. Традиционные решения имеют ограничения, но предлагаемое устройство интегрированного регулирования сетей предлагает эффективное решение, повышая эффективность подземных работ и снижая эксплуатационные расходы.
Сочетание взрывоустойчивых SVG-установок и интегрированных устройств регулировки в сети предоставляет комплексное решение для повышения качества электроэнергии в подземных угольных шахтах, обеспечивая надёжное и эффективное электроснабжение.