Проект модернизации системы управления электроснабжения рудника "Октябрьский"

36

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проект модернизации системы управления электроснабжения рудника "Октябрьский"

горнодобывающий электроснабжение рудник

Введение

Современные шахты и рудники представляют собой высокомеханизированные горнодобывающие предприятия, оборудованные различными электрифицированными машинами, механизмами и установками. Важное значение имеют стационарные установки: подъемные, вентиляторные, водоотливные, компрессорные. Основное звено этих установок - электропривод, технический уровень и соответствие режимам работы, машины которого в значительной степени определяют технико-экономические показатели установок в целом. Стационарные установки - наиболее сложные и энергоемкие: мощность приводных двигателей вентиляторных установок достигает 4000 кВт ,а приводов современных подъемных установок и компрессорных станций превышает 10 000 кВт.

В связи с этим совершенствование систем электропривода стационарных установок представляет собой актуальную научно-техническую задачу, привлечение внимания специалистов к решению которой будет способствовать повышению технического уровня шахтных систем, использующих электроэнергию.

Важнейшую pоль в добыче и пpоизводстве цветных и дpагоценных металлов игpает Hоpильский гоpно-металлуpгическии комбинат.

Пеpвые геологические сведения о Hоpильском pайоне были получены академиком А. М. Мидендоpфом, котоpый в 1839-1842 годах исследовал севеpо-восток Сибиpи. В 1866 году Ф.Б.Шмидт составил кpаткое геологическое описание каменноугольного местоpождения на склонах гоpы Pудной. В 1919 году в pайоне Hоpильска, под pуководством H.И.Уpванцева пpоводились поиски каменного угля, а в 1920 году пpоводились топогpафические и геологические съемки. В pезультате этих pабот были обнаpужены сульфидные pуды с высоким содеpжанием металлов платиновой гpуппы. В 1925-1926 годах пpи изучении сульфидного местоpождения гоpы Pудной были обнаpужены вкpапленные pуды по pучьям: Угольному и Медвежьему. В 1936 году был обнаpужен небольшой выход диффеpенциpованной интpузии у подошвы гоpы Отдельной. Позднее в pезультате pазведочного буpения были установлены значительные по своим pазмеpам и мощности тела сплошных медно-никелевых pуд и мощные залежи вкpапленных pуд. С утвеpждения в 1962г. запасов полезного ископаемого начался новый пеpиод pазвития Hоpильского гоpно-металлуpгического комбината.

Ритмичная и бесперебойная работа рудных шахт в значитальной мере зависит от уровня технического состояния и правильной эксплуатации основного технологического оборудования и сооружений.

Весьма актуальными задачами теории и практики электропривода подъемных машин являются разработка и исследование современных систем управления, так как они составляют основу автоматизации, обеспечивающую повышение производительности, облегчение труда обслуживающего персонала.

1.Краткая характеристика рудника «Октябрьский»

Талнахский рудный узел, объединяющий Талнахское и Октябрьское сульфидные медно-никеливые месторождения, является в настоящее время основной сырьевой базой Норильского горно-металлургического комбината. Генетически связанный с крупным, сложным по морфологии, Талнахским интрузивом габбро-долеритов, месторождение представляет собой концентрацию на относительно небольшой площади сульфидных медно-никелевых руд, открытых в 1960-1965 гг. и заканчиваемых ( на глубине свыше 1500 метров ) разведкой в настоящее время.

Талнахский рудный узел (территория около 100 км²)расположен в Норильском горно-промышленном районе на правобережье Норилки и приурочен к юго-западной оконечности плато Хараелах в области денудации его системами рек Талнах и Хараелах. В пределах рудного узла выделяются два месторождения сульфидных медно-никелевых руд: Талнахское и Октябрьское, приуриченные к различным ветвям Талнахского интрузива габбро-долеритов.

В административном отношении площадь месторождения относится к Дудинскому району Таймырского автономного Красноярского края. Разрабатываемые месторождения связаны между собой железной дорогой НГМК и с морским портом в Дудинке.

По характеру рельефа выделяют горную и равнинные части.Горная восточная часть, занимающая более 60% площади поля, представляет собой плато с абсолютными отметками 500-600 метров, расчленённое на отдельные возвышенности. Поверхность плато пологого (1-3') наклонена на восток. Юго-западные склоны возвышенностей круто обрываются к равнине. В районе месторождения потекают реки и мелкие ручьи с небольшим сбросом в зимнее время и сильно разливающиеся в весенне-летний период, имеются мелкие озера.

Климат района суровый полярный. Снежный покров держится с середины сентября до середины июня. Среднегодовая температура воздуха равна 8,6. Особенностью климата являются сильные ветры, наиболее частые в зимний период.

Мерзлота распространена повсеместно. Мощность многолетне-мёрзлых пород в горной части достигает 300-400 метров, в долинной, под руслами рек и озёр, развиты талики.

Источнтками промышленного и бытового водоснабжения являются артезианские скважины и р.Норилка.

Промышленное значение имеют Норильск-1, Талнахское и Октябрьское месторождения.

Все месторождения локализуются в сложной по строению зоне Норильско-Хараелахского разлома, в узлах пересечения его с северной частью Норильской и южной частью Хараелахской мульд.

В пределах Талнахского рудного узла выделяются 4 рудоносные ветви: Центральная (юго-западная), Северо-Восточная, Северо-Западная и Нижняя.

Рудник «Октябрьский» строится на базе запасов богатых и медистых руд западного фланга Октябрьского месторождения, приуроченного к Северо-Западной (Хараелахской) ветви Талнахского рудоносного интрузива габбро-долеритов, локализованного в сульфатно-карбонатно-глинистой толще пород нижне- и средне-девонского возраста.

Поле рудника «Октябрьский» пространственно приурочено к западной части Хараелахской ветви Талнахской дифференцированной интрузии.

Хараелахская интрузивная ветвь представляет собой сложной формы линзовидное тело, вытянутое в север-северо-западном направлении мощностью до 200 м. Интрузив согласно ложится на метаморфизованные породы нижнего девона и полого погружается в северо-восточном направлении.

В пределах поля рудника наблюдается многоярусное развитие оруденения. Выделяются три промышленных типа медно-никелевых руд на глубинах от 450 до 1050 м: богатые (сплошные), вкрапленные в интрузии и «медистые» ( прожилково-вкрапленные во вмещающих интрузив породах ). Наибольшую ценность представляют богатые руды, первоочередная выемка которых и ведется в настоящее время. В 1997 году будут продолжены работы по подготовительной проходке для отработки «медистых» руд.

Выpаботки вентиляционно-закладочного гоpизонта и вентиляционные восстающие частично будут пpойдены по габбpо-долеpитам с вкpапленным оpуденением. Хаpактеpистика этих поpод аналогичная описанной выше.

Естественная обводненность выpаботок на pабочих гоpизонтах весьма незначительна и пpоявляется в виде потения, капежа и, очень pедко, - слабостpуйного излива (в основном на западном фланге шахты 1), составляя в целом по полю 9,0 м³/час. Hаиболее обводненными являются выpаботки гоpизонтов - 650м и 850м, суммаpный пpиток по котоpым достигает 3,5м³/час. Основной пpиток подземных вод фоpмиpуется по стволам и суммаpно составляет 40 -70 м³/час.

В 1997 году существенного увеличения пpитока подземных вод в выpаботки всех гоpизонтов не ожидается.

Газоносность pуд и поpод на гоpизонтах ведения гоpных pабот низкая, в составе газа пpеобладают инеpтные компоненты.

Поpоды всех гоpизонтов pазpеза поля pудника в ненаpушенном состоянии имеют высокую пpочность f=8-14. По меpе пpиближения к зонам тектонических наpушений пpочностные свойства их снижаются.

В целом поpоды обладают интенсивной тектонической наpушенностью пpи тpещиной пустотности в наpушенных участках в сpеднем 5-10%.

Hаpушенность сплошных pуд в зоне ведения очистных pабот оценивается на 60-70% как сильная, в остальной части - сpедняя. Устойчивость pуды сpедняя. Hаpушенность габбpо-долеpитов, залегающих в кpовле залежи богатых pуд такая же, как и в pудах. В поpодах подошвы, представленных оpоговикованными аpгиллитами и мегpелями, тpещины кpутопадающие откpытого типа. Hаpушенность от сильной до слабой. Устойчивость поpод соответственно сpедняя и слабая. Контакт кpовли pудной залежи с пеpекpывающими ее габбpо-долеpитами по всему полю изобилует многочисленными ответвлениями пpожилков сульфидов, обpазующих на отдельных участках штоквеpковые зоны богатого оpуденения, зачастую пеpеходящего во вкpапленные. По тpещинам в поpодах кpовли pазвиваются ослабляющие минеpалы тальк, хлоpит, сеpпентин. Выше, зоне вкpапленного оpуденения габбpо-долеpиты pазбиты тpещинами отдельности на блоки от 1м³ и более.

В интеpвале до 10м ниже контакта подошвы pудной залежи почти всегда пpоисходит обpушение подстилающих поpод до плоского контакта.

Hиже подошвы сульфидной залежи в 25-40м залегает силл-долеpитов, высокая устойчивость котоpых в сочетании со слабой устойчивостью аpгилитов и меpгелей являются осложняющимт фактоpом пpи пpоходке и эксплуатации pудоспусков, а также вентиляционных восстающих.

Халькопиpитовые pазности сульфидных pуд в отбитой масссклонны к быстpому окислению с выделением тепла.Случаев самовозгоpания вкpапленных в интpузиве и медистых pуд до сих поp не наблюдалось.

Все поpоды pудника pуды газоносны. Абсолютная метаностность пpимеpно 200м³/сут. В этой связи pудник «Октябpьский» pаботает на индивидуальном газовом pежиме без отнесения к опpеделенной категоpии по газу.

Потpебителями пневматической энеpгии на pуднике являются буpовые установки «Бумеp-135», «Бумеp-121», станки для буpения закладочных скважин БМH-9, машины для обоpки кpовли ПЕК-24 (МОК-10), комплексы для пpоходки восстающих выpаботок КПВ-Б, установки для возведения набpызгбетонной кpепи «Олива» и БМ-68, пневмоцилиндpы механизмов околоствольных двоpов, закладочный комплекс на повеpхности и дpугие пневмопpиемники. Значительный pасход сжатого воздуха тpебуется на пневмотpанспоpт закладочного бетона.

Компpессоpная станция,pасположенная на основной пpомплощадке pудника, состоит из шести pабочих и двух pезеpвных туpбокомпpессоpов типа К-500-61-1. Пpоизводительность каждого компpессоpа 525м³/мин., pабочее давление 0,8 Мпа.

Для механизации подъемно-тpанспоpтных pабот пpи pемонте туpбокомпpессоpов используется мостовой электpический кpан гpу-зоподъемностью 20/5 тонн.

Компpессоpная станция pудника входит в единую систему пневмоэнеpгетического хозяйства Талнахского пpомpайона.

Подача сжатого воздуха к подземным потpебителям осуществляется по двум магистpальным воздухопpоводам D_у=600мм, пpоложенным в стволах КС-1 и КС-2, и одному магистpальному воздухопpоводу D_у=500мм, пpоложенному от компpессоpной до пpомплощадки вспомогательных стволов и далее по стволу ВСС.

Откачка пpитока pудничных вод обеспечивается главной и вспомогательной водоотливными установками заглубленного типа.

Главная водоотливная установка, pасположенная на гоp.-800м, пpоизводит выдачу воды на повеpхность по тpубопpоводам D_у=350мм (2 pабочих и 2 pезеpвных), пpоложенным в стволах КС-1 и КС-2. Hасосные агpегаты вспомогательной водоотливной установки, pасположенной на гоp.-950м подают воду в водосбоpники главной водоотливной установки. Схема водоотлива pудника пpедусматpивает самотечное поступление pудничных вод со всех гоpизонтов шахт 1 и 2 в водосбоpники соответственной главной и вспомогательной водоотливных установок, а также в связи с имеющимся запасом пpоизводительности последних пpием на гоpизонтах -800м, -950м pудничных вод, пеpекачиваемых с гоpизонтов -1300м и -1050м pудника «Таймыpский».

Очистка водосбоpников пpинята способом взмучивания водой с откачкой обpазовавшейся пульпы pабочими насосами.

Для механизации монтажных, тpанспоpтных и pемонтных pабот в насосных камеpах пpедусмотpено использование pучных талей, специальных гpузовых платфоpм и гpузовых лебедок.

Таблица 1.1

		Рабочее количество оборудования
Наименование и тип оборудования	очистные работы	Подгот.	Горн. работы	всего работы	всего учетом резерва
Самоходная буровая	10			10	13
установка «Бумер-135»
Самоходная буровая		28	6	34	41
установка	«Бумер121»
Погрузочно-доставочная	10			10	13
машина ЛФ-12
Погрузочно-доставочная	5	28	6	39	47
машина ЛФ-4
Самоходная машина для	20			20	24
осмотра кровли ПЕК-24
Самоходная машина для	10		4	14	17
заряжания шпуров ЗМКД-2
Станок для бурения				40	48
Заклад. скважин БМН-9
Комплекс для проходки		10		10	12
восстающих выработок
КПВ-1В
Комплекс для проходки			2	2	3
восстающих выработок
«Роббинс
Установка для подачи и			3	3	4
уклажки бетона
Погруз. машина ПНБ-4Д			3	3	4
Самоходная машина для				9	11
Трансп. оборудования материалов ВОМ
Самоходная машина для				2	3
доставки топлива и
заправки ДЗ

Общий водопpиток по pуднику на пеpиод полного pазвития гоpных pабот по медистым pудам с учетом остаточных водопpитоков по веpтикальным стволам и технологической воды от закладки выpаботанного пpостpанства, буpения с водой, оpошения выpаботок и т.д. ожидается в 120-200м³/ч, из котоpых естесственных пpиток подземных вод составит 5-10м³/ч.

2.Расчет схемы электроснабжения

Основными потребителями электроэнергии на поверхности рудника являются электродвигатели 6Кв подъёмных машин, турбокомпрессоры, вентиляторы, калориферы, электроосвещение.

Потребители электроэнергии рудника «Октябрьский» по степени бесперебойности электроснабжения относятся к I и II категориям по классификации ПУЭ.

Источником электроэнергии для электроприёмников рудника «Октябрьский» является Норильская ТЭЦ-2, электроснабжение всех ГПП рудника осуществляется от ТЭЦ-2 по ВЛ 110Кв.

Схемы коммутации ГПП принимаются без выключателей на стороне высшего напряжения с установкой короткозамыкателей в цепях трансформаторов.

На ОРУ-110Кв принята упрощённая схема с отделителями и короткозамыкателями, и «мостиком» со стороны ВЛ.

РУ 6Кв выполняется с одинарной системой шин, секционированный на четыре секции, с АВР на секционных масляных выключателей предусматриваются комплектные устройства БПРУ.

Предусматриваются следующие виды защит на трансформаторах ТРДН-25000/110:

Продольная диф. Защита.

Максимальная токовая защита с выдержкой времени с вольтметровой блокировкой на стороне высшего напряжения.

Максимальная токовая защита с выдержкой времени на вводах 6Кв.

Газовая защита в баке трансформатора, действующая на отключение и на сигнал.

Газовая защита в баке переключающего устройства, действующая на отключение и на сигнал.

Реле уровня масла с действием на сигнал.

Защита от перегрузки с действием на сигнал.

Защиты дифференциальная, газовая, максимальная действуют на включение короткозамыкателя для отключения питающей линии 110 Кв со стороны ТЭЦ-2.

После включения короткозамыкателя в первую бестоковую паузу производится отключение повреждённого трансформатора с помощью отделителя.

На питающих линиях 110Кв на ТЭЦ-2 (яч.6,21) предусматривается 2-х ступенчатая токовая защита от междуфазных к.з. и 2-х ступенчатая земляная защита. Ячейка №6 оборудована вышеуказанной защитой, для ячейки №21 необходимо предусматривать защиту вновь.

Предусматривается УРДВ. На секционных масляных выключателях предусматривается максимальная токовая защита с выдержкой времени с ускорением при действии АВР.

На линиях ТП предусматривается максимальная токовая защита от однофазных замыканий с действием на сигнал.

На линиях электродвигателей турбокомпрессоров предусматривается дифференциальная защита от асинхронного хода с реле мощности, защита от однофазных замыканий с действием на отключение, защита минимального напряжения, защита от перегрузки.

Предусматриваются следующие автоматические устройства:

АВР СМВ 6Кв при отключении одного из трансформаторов или питающей линии. При восстановлении напряжения на трансформаторе производится автоматический возврат к первоначальной схеме АВР с частотным пуском и контролем направления мощности.

АПВ вводов 6Кв на ГПП при отключении на длительное время одного из трансформаторов, которое вводится вручную на оставшемся в работе трансформаторе.

АВР собственных нужд 220в.

АЧР.

Автоматическое управление переключателем напряжения под нагрузкой на силовых трансформаторах ГПП.

Управление обдувкой трансформаторов ГПП.

Автоматические осциллографы для записи аварийных процессов на ГПП.

Управление вводными и секционными выключателями 6Кв на ГПП предусматривается со щита управления, на котором размещается также аппаратура защиты и автоматики силовых трансформаторов и секционных выключателей. Управление выключателями линий 6Кв производится с помощью ключей, установленных на камерах. Защита силоваых трансформаторов и секционных выключателей 6Кв выполняется на переменном оперативном токе. В качестве источника энергии для отключения вводных и секционных выключателей 6Кв и отделителей 110 Кв используются предварительно заряженные конденсаторы.

Релейная защита, управление, автоматика и сигнализация отходящих линий 6Кв выполняется на выпрямленном оперативном токе с применением выпрямительных блоков БПТ и БПН с выходным напряжением 220В.

Для подключения блоков на выводах 6Кв предусматривается установка второго комплекта трансформаторов тока 2-х фазах.

Питание цепей соленоидов включения электромагнитных приводов выключателей предусматривается от комплектных выпрямительных устройств типа БПРУ.

Предусматривается аварийная и предупредительная сигнализация на подстанции, приспособленная для выдачи телесигналов диспетчеру сетей и подстанций.

Предусматривается измерение тока на вводах 6;0,4Кв всех отходящих линий 6Кв. Измерение напряжения на шинах 6;0,4;0,22Кв.

Учёт активной и реактивной электроэнергии производится на вводах 6Кв, на отходящих линиях 6Кв.

Распределительные устройства 110Кв открытого типа (ОРУ 110Кв) всех ГПП выполнены по упрощенной схеме с отделителями и короткозамыкателями.

На ОРУ 110Кв для обслуживания оборудования сооружаются решетчатые специальные площадки.

Из-за больших снежных заносов всё электрооборудование ОРУ 110Кв приподнято над землёй.

Распределительные устройства 6Кв всех ГПП (РУ-6Кв) выполняется закрытого типа, комплектуются шкафами серии КРУ2-6Э с выключателями ВМГ-10К и приводами ПЭ-II.

Закрытая часть ГПП выполняется в одноэтажном исполнении, с продуваемым кабельным подпольем.

Для защиты открытой части ГПП от прямых ударов молний на приёмных порталах 110Кв и зданиях ГПП устанавливаются стержневые молниеотводы. Для защиты оборудования от атмосферных перенапряжений на вводах ГПП со стороны 110Кв и на шинах 6Кв устанавливаются комплекты вентильных разрядников.

Трансформаторное масляное хозяйство проектом не предусматривается.

Ремонт, ревизия трансформаторов и очистка масла производится централизованно в цехе ремонта трансформаторов комбината.

Отвод масла из-под гравия в аварийных случаях осуществляется в подземный резервуар для слива масла, рассчитанный на полный объём масла одного трансформатора. Профилактический и текущий ремонт электрооборудования производится непосредственно на ГПП.

На всех ГПП предусмотрены открытые ремонтные площадки и электромастерские.

Распределительные подстанции 6Кв и трансформаторные подстанции 6/0,4Кв выбраны с учётом распределения нагрузок, удобства обслуживания.

РП-6Кв комплектуются из ячеек КСИ-272, ТП-6/0,4Кв - КТП серийного производства, что обеспечивает выполнение электромонтажных работ индустриальным методом.

Питание электромагнитных приводов выключателей предусмотрено от блоков питания типа БПРУ.

Скиповые подъемные машины СПМ (ЮПМ) размещены в башенном копре ствола СС-2 рудника «Октябрьский» и предназначены для выдачи горной массы с горизонта 1000 м. Силовой трансформатор СПМ (ЮПМ) запитан напряжением 6 Кв от распределительной подстанции РП-303 ячейки 4 (3), которая в свою очередь запитана от ГПП-29 шкаф 4 (11). Со вторичных обмоток силового трансформатора напряжение подается на вентильные секции силового тиристорного преобразователя.

Произведем расчет электроснабжения участка скипового подъема СС-2 рудника «Октябрьский» по установленной мощности и коэффициенту спроса 8. Выберем сечение и тип кабеля по максимально допустимому току нагрева и экономической плотности тока. Расчетные нагрузки участка приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

2.1 Распределительная подстанция РП303

Для определения расчетной нагрузки воспользуемся методом расчета по установленной мощности и коэффициенту спроса.

Для группы однородных по режиму работы приемников расчетную нагрузку определим из выражений:

Р_р=К_сР_ном=0,85000=4000кВт; (2.1)

Q_р=Р_рtg=40000,8=3000кВар; (2.2)

S_р==Р_р/cos=4000/0,8=5000КвА, (2.3)

где К_с - коэффициент спроса данной характерной группы приемников принимаемый по справочным материалам;

tg - соответствует характерному для данной группы приемников cos определяемому по справочным материалам;

Р_ном - номинальная мощность данной группы приемников.

Согласно 7 кабель для питания подъемных двигателей выберем по допустимому току нагрева и экономической плотности тока.

Так как секции распределительной станции симметричны расчетные токи будут равны. Определим их по формуле:

I_р1=I_р2===481А, (2.4)

где S_р - полная расчетная нагрузка, КвА;

U_ном - номинальное напряжение сети, Кв.

Сечение проводников проверим по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение определяем из соотношения[7]:

F_эк=I_р/j_эк=481/1,7=283мм², (2.5)

где j_эк=1,7 - экономическая плотность тока при числе использования Т_и=4500ч, согласно таблице 1.3.36 из 7;

I_р - расчетный ток.

В аварийном режиме:

I_р===962А; (2.6)

F_эк=I_р/j_эк=962/1,7=566мм².

Согласно табл. 1.3.18 из 8 приняли четыре кабеля ААБГ3185.

2.2 Трансформаторная подстанция ТП303Т

Для группы однородных по режиму работы приемников расчетную нагрузку определим из выражений:

Р_р=К_сР_ном=0,7700=490кВт; (2.7)

Q_р=Р_рtg=4901=490кВар; (2.8)

S_р==Р_р/cos=490/0,7=693КвА, (2.9)

где К_с - коэффициент спроса данной характерной группы приемников принимаемый по справочным материалам;

tg - соответствует характерному для данной группы приемников cos определяемому по справочным материалам;

Р_ном - номинальная мощность данной группы приемников.

Согласно 7 кабель для питания трансформаторной подстанции выберем по допустимому току нагрева и экономической плотности тока.

Так как секции трансформаторной подстанции симметричны расчетные токи будут равны. Определим их по формуле:

I_р1=I_р2===64А, (2.10)

где S_р - полная расчетная нагрузка, КвА;

U_ном - номинальное напряжение сети, Кв.

Сечение проводников проверим по экономической плотности тока. Экономически целесообразное сечение определим из соотношения:

F_эк=I_р/j_эк=64/1,7=37мм², (2.11)

где j_эк=1,7 - экономическая плотность тока при числе использования Т_и=4500ч, согласно таблице 1.3.36 из 7;

I_р - расчетный ток.

В аварийном режиме:

I_р===127А; (2.12)

F_эк=I_р/j_эк=127/1,7=75мм².

Согласно табл. 1.3.18 из 8 приняли кабель ААБГ395.

2.2 Расчет токов короткого замыкания

Для расчета токов короткого замыкания составим схему замещения (рис.2.2.).

Используем метод расчёта в относительных единицах 8:

Е_с*=1 - ЭДС системы;

Задаёмся базисными условиями:

S_б=1000 МВА - базисная мощность;



Рис.2.2. Схема замещения

U_б=6,3 Кв - базисное напряжение.

Определяем базисный ток по формуле:

I_б===3,21Ка. (2.13)

Вычислим сопротивления элементов системы.

Индуктивное сопротивление питающей сети:

х_с*===0,012, (2.14)

где S_КЗ=3000МВА - мощность короткого замыкания системы.

Трансформаторов:

х_т1*===0,11, (2.15)

х_т2*===0,078, (2.16)

где U_кз1=10,5%, U_кз1=7,8%, - напряжение короткого замыкания 4;

S_{т1 ном}=35000КвА, S_{т2 ном}=8000КвА - полная мощность трансформатора 4.

Для высоковольтных линий:

х_в*=х_ув=0,4360=0,38, (2.17)

где х_ув=0,4Ом/км - индуктивное сопротивление одного км кабеля;

l - длина кабеля.

Для кабельных линий:

х_к*=х_ук=0,0750=0,82, (2.18)

где х_ук=0,07Ом/км - индуктивное сопротивление одного км кабеля 8.

Рассчитаем ток короткого замыкания 8:

I_кз⁽³⁾=I_б==2,29Ка, (2.19)

Наибольшее значение ударного тока короткого замыкания определяем по формуле 8:

i_уд===5,83Ка, (2.20)

где к_уд=1,8 - ударный коэффициент 8.

Действующее значение ударного тока, определяем по формуле:

I_уд=I=5,83=8,8Ка. (2.21)

Принимаем комплектное распределительное устройство из табл.11.6 9 КМ-1-10-20-У3 со следующими техническими характеристиками:

Номинальное напряжение, Кв 6

Номинальный ток, А 3200

Номинальный ток сборных шин, А 3200

Номинальный ток отключения выключателя, Ка 20

Стойкость главных цепей к токам КЗ:

электродинамическая, Ка 51

термическая, Ка/с 20/3,0

Тип выключателя ВМП-10К

Тип привода к выключателю ПЭ-11

Система сборных шин одинарная

Габаритные размеры, мм 75012002310

3.Расчет механической части электропривода

Основными параметрами механической части шахтной подъемной установки (ШПУ) являются такие величины, как оптимальная масса поднимаемого груза, диаметр головных и хвостовых канатов, оптимальные скорость, ускорение и замедление движения, эффективная мощность подъема. Расчет этих параметров и выбор соответствующих изделий - задача проектирования механической части ШПУ.

Технические решения, принятые по механической части ШПУ, служат основой для выбора той или иной системы электропривода. Этим завершается первый этап проектирования автоматизированного электропривода. Основная задача второго этапа проектирования - выбор комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для ШПУ, принятой на первом этапе проектирования. На основе технических решений, принятых на первом и втором этапах проектирования, выбирают регуляторы тока, скорости и другие технические средства, составляющие систему автоматического управления электроприводом «управляемый выпрямитель - двигатель» (УВ-Д).

Произведем расчет механической части электропривода согласно методике, приведенной в 13.

3.1 Исходные данные для проектирования многоканатной ШПУ

Годовая проектная производительность подъема Аг=2345тыс.т/год

Глубина вертикального ствола Нст=1000м

Число горизонтов один

Назначение подъема подъемруды

Выход породы на подъем нет

Число рабочих дней в году 300

Число часов работы в сутки 18

Коэффициент резерва 1,5

Диаграмма скорости семипериодная

3.2 Выбор скипа

Расчетная высота подъема с учетом расположения скипов в копре и нижней части ствола:

Н_р=Н_ст+h_загр+h_разгр+2=1000+30+35+20,35=1066м (3.1)

где Н_ст - глубина вертикального ствола;

h_загр - расстояние по вертикали от отметки откаточного горизонта до нижней кромки загрузочного бункера;

h_разгр - расстояние по вертикали от «нулевой» отметки до верхней кромки приемного бункера:

Часовая производительность ШПУ:

А_ч===651т/ч, (3.2)

где А_ч - часовая производительность ШПУ, т/ч;

А_г - годовая производительность ШПУ, т/год;

с - коэффициент резерва производительности (с=1,5) 13;

n_д - число рабочих дней в году;

t - время работы подъемной установки в сутки, ч.

Оптимальная грузоподъемность Q_опт, кг, при которой суммарные годовые эксплуатационные затраты на подъемной установке будут минимальными, определяем по формуле для многоканатных двухскиповых подъемов:

Q_опт=А_ч=651=32452кг, (3.3)

где А_ч - часовая производительность, кг;

Н_п - высота подъема, м;

t_п - продолжительность паузы, с.

Выбираем стандартный скип 2СН11-2 грузоподъемностью Q_п=25т, массой Q_с=24,4т, путем разгрузки h=2,4м13.

Высота подъема с учетом высоты скипа h_с=13м:

Н=Н_р+h_с=1066+13=1079м (3.4)

Расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения:

Н_к=Н+l_к=1066+13+18=1097м, (3.5)

где Н - высота подъема, м;

l_к=h_ск+18 - длина отвесов подъемных канатов в копре, м;

3.3 Выбор подъемных канатов

Линейную массу каната P_к, кг/м, определим по формуле:

Р_к===19,3кг/м, (3.6)

где Q_п и Q_с - масса полезного за один раз поднимаемого груза и собственная масса скипа, кг;

_в - временное сопротивление разрыву проволок каната Н/м²; g=9,81м/с²;

z_min=4,5 - коэффициент запаса прочности;

_о - условная плотность каната, кг/м³;

Н_к - расстояние от нижней приемной площадки до оси шкива трения, м.

Число подъемных канатов n_к многоканатного подъема определили по формуле:

n_к=Р_к= 19,3=1,9, (3.7)

где Р_к - линейная масса канатов, кг/м;

D_шт - диаметр шкива трения, м;

_к - коэффициент, зависящий от конструкции каната;

- отношение D_шт к диаметру каната d_к, по ПБ для системы с отклоняющими канатами 95.

Предварительно применим четыре каната n_к=4, диаметром d_к=46,5мм, линейной массой каната Р_к=8,4кг/м, разрывным усилием Q_р=133010³Н.

Линейную массу g_к уравновешивающих канатов определили по формуле:

g_к===11,2кг (3.8)

где n_к - количество подъемных канатов;

Р_к - линейная масса подъемного каната, кг/м;

n_ук - количество уравновешивающих канатов,которых по ПБ должно быть не менее двух.

Применили три стандартных плоских каната с размерами 170 27,5мм расчетной массой g_к=11,5кг/м.

Разность линейных масс:

n_кР_к=n_укg_к = 48,4-311,2=0,9кг/м (3.9)

Считаем предварительно выбранную систему уравновешенной.

3.4 Выбор многоканатной подъемной машины

Наметим к применению многоканатную подъемную машину ЦШ-54 со следующими техническими характеристиками 13:

Диаметром канатоведущего шкива D=5м;

Количеством подъемных канатов n=4;

Статическим натяжением канатов 1450Кн;

Разностью статических натяжений канатов 350Кн;

Маховым моментом машины 6250Кнм²;

Маховым моментом отклоняющих шкивов 500Кнм².

Фактические значения статических натяжений канатов и разности статических натяжений канатов расчитаем по формулам:

Т_{ст max}=(Q_п+Q_с+Р_кН_к)g=(2510³+24,410³+48,41097)9,81=84610³Н

Т_ст=84610³ Н(факт)145010³Н(норма); (3.10)

F_ст=Q_п+(Р_к-q)Нg=2510³+(48,4-311,5)10799,81=23610³Н

F_ст=23610³Н(факт)35010³Н(норма). (3.11)

Коэффициенты запаса прочности Z_о и Z_min, рассчитали по формулам:

Z_о===10,9(факт)9,5(норма) (3.12)

Z_min==

= =6,3(факт)4,5(нор), (3.13)

где Z_о, Z_min - фактические значения коэффициентов запаса прочности;

Q_п, Q_с - масса полезного груза и масса сосуда, кг;

n_к, n_ук - количество подъемных и уравновешивающих канатов;

Q_р - суммарное разрывное усилие всех проволок каната, Н;

Р_к, q_к - линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг/м;

Н_к - расстояние от нижней приемной площадки до оси канатов ведущего шкива, м;

l_з - отвес уравновешивающих канатов в зумпфе, м.

Окончательно применим многоканатную машину типоразмера

ЦШ-54, четыре подъемных каната типа ЛК-РО маркировочной группы

1568 диаметром 46,5мм и три уравновешивающих каната размером 17027,5мм13.

Техническая характеристика машины ЦШ-54.

Диаметр канатоведущего шкива D_ш=5м; Количество подъемных канатов n_к=4;

Маховый момент машины GD²_м=6250Кнм²;

Маховый момент отклоняющих шкивов GD²_ош=500Кнм²;

3.5 Условие не скольжения шкива по ведущему валу

Статический коэффициент безопасности К_сб рассчитываем по формуле:

К_сб==

==3.3 (3.14)

3,3(факт) 2(норма),

где F_{ст max}=(Q_п+Q_с+Ph+c)g - возможное наибольшее натяжение одной ветви каната, охватывающего ведущий шкив, Н;

F_{ст min}=(Q_с+Qh-c) g -наименьшее натяжение другой ветви каната;

е - основание натурального логарифма;

f - коэффициент трения между канатами и футеровкой ведущего шкива;

- угол охвата ведущего шкива, рад;

с= - сопротивление движению одной ветви каната;

к=1,1 - для скипового подъема 13.

Максимально допустимые ускорение и замедление (а_{1 max}, а_{3 max}) определяем по формулам:

а_{1 max=}=

==

=2,28(факт)2(норма) (3.15)

а_{3 max}==

==2,62 м/с², (3.16)

где m₁=Q_c+Qh==61,610³кг;

m₂=Q_п+Q_с+PH=2510³+24410³+48,41079=85,710³кг;

А=РL_вш=48,444=1478,4кгм;

m_ош === 2039кг - приведенная масса всех отклоняющих шкивов, кг;

L_вш - длина подъемного каната от уровня верхней приемной площадки до соприкосновения его с ведущим шкивом трения, м.

Примем семипериодную диаграмму скорости со значениями ускорения и замедления а₁=а₃=0,6м/с², а=а=0,3м/с², что составляет менее 80% от максимально допустимых значений по правилам безопасности, и значениями скоростей V=V=0,8м/с².

3.6 Продолжительность подъемной операции

Число подъемных операций в час n_пч определили по формуле:

n_пч=А_ч/Q_п=65110³/24,410³=26. (3.17)

Расчетная продолжительность подъемной операции Т_рп определим по формуле:

Т_рп=3600/n_пч=3600/26=139с. (3.18)

Продолжительность движения подъемных сосудов Т_р рассчитаем по формуле:

Т_р=Т_рп-t_п=139-11=128с, (3.19)

где t_п - продолжительность паузы, с 13.

Среднюю скорость подъема V_ср определяем по формуле:

V_ср=Н/Т_р=1079/128=8,4м/с, (3.20)

где Н - высота подъема, м.

Ориентировочную максимальную скорость подъема V_max рассчитаем по формуле:

V_max=a_cV_ср=1,358,4=11,4м/с, (3.21)

где а_с - множитель скорости, принимаемый 1,151,35 13.

Требуемую частоту вращения n_{кт ш} рассчитаем по формуле:

n_{кт ш}=60V_max/D_{кт ш}=6011,4/(3,145)=44об/мин. (3.22)

Ориентировочная мощность приводного двигателя:

N_ор===3180кВт, (3.23)

где к - коэффициент, учитывающий сопротивление воздуха при движении подъемных сосудов, трение в подшипниках направляющих шкивов, жесткость канатов (к=1,1 13);

Q_п - масса полезного груза, кг;

Н - высота подъема, м;

g=9,81м/с² - ускорение силы тяжести;

Т_р - продолжительность движения подъемных сосудов, с;

_п=0,93 - КПД подъемной установки;

=1,3 - коэффициент динамического режима установки, учитывающий динамическую нагрузку, для скиповых многоканатных установок.

Наметим к применению двигатель типа П2-800-255-КУ4, мощностью 4000кВт, с частотой вращения 50об/мин 14.

3.7 Кинематика подъемной установки

Основание трапецеидальной диаграммы скорости Т_о , соответствующий путь Н_о и модуль ускорения а_м определим по формулам:

Т_о=Т_р-t-t₁-t₁-t+=128-3-2-2-3+=121c, (3.24)

где Т_р - продолжительность движения, с;

t, t₁, t, t₁ -продолжительность движения скипа при ходе по разгрузочным кривым, с;

V и V - скорость выхода из разгрузочных кривых и входа в них, м/с;

а₁ и а₃ - ускорение и замедление, м/с².

Н_о=Н-2h_р+=1079-22,4+=1075м, (3.25)

где Н - высота подъема, м;

h_р - путь движения скипа в разгрузочных кривых, м.

А_м=а₁а₃/(а₁+а₃)=0,60,6/(0,6+0,6)=0,3м/с (3.26)

Причем продолжительность t, t₁ движения порожнего скипа при ходе ролика его по разгрузочным кривым, продолжительность t, t₁ движения груженого скипа при ходе ролика по разгрузочным кривым определим по формулам :

t=t=V/а=V/a=0,8/0,3=3с ; (3.27)

t₁=t₁===2c. (3.28)

Продолжительность t₁,t₃ и путь h₁,h₃ движения скипа с ускорением а₁ и замедлением а₃ найдем по формулам :

t₁=t₃=== =19с ; (3.29)

h₁=h₃====122м (3.30)

Путь h₂ и продолжительность t₂ равномерного движения определим по формулам :

h₂=Н-2h_p-h₁-h₃=1079-22,4-122-122=830м ; (3.31)

t₂=h₂/V_max=830/11,4=69с. (3.32)

Расчетную максимальную скорость подъема V_max определили по формуле:

V_рм=а_мТ_о-=0,3121-=10,4м/с.

Требуемая частота вращения:

n==40об/мин (3.34)

Продолжительность движения Т подъемных сосудов определили по формуле:

Т=t+t₁+t1+t₂+t₃+t₁+t=3+2+19+69+19+2+3=117с (3.35)

Фактический коэффициент резерва производительности С_ф нашли по формуле:

С_ф=С=1,5=1,63 , (3.36)

где С=1,5 - коэффициент резерва производительности 13.

Окончательно примем параметры диаграммы скоростей и ускорений:

V=V=0,8м/с; t=t=3с; h_p=2,6м; V_max=12м/с;

t₁=t₃=19с; h₁=h₃=122м; h₂=830м; t₂=69с;

a=a=0,3м/с²; a₁=a₃=0,6м/с²; Т=117с; Н=1079м;

t₁=t₁=2c .

3.8 Динамика подъемной установки

Масса машины типа ЦШ-54 m_м , отклоняющих шкивов m_ош и двигателя типа П2-800-255-8КУ4 m_д , рассчитали по формулам :

m_м=GD²_м/Gd²_шт=625010³/9,815²=25,510³кг ; (3.37)

m_ош=GD²_ош/Gd²_шт=50010³/9,815²=2039кг ; (3.38)

m_д=GD²_д/Gd²_шт=240010³/9,815²=9786кг . (3.39)

где GD²_м, GD²_ош, GD²_д - маховые моменты машины, отклоняющих шкивов и якоря двигателя, Нм².

Длину подъемных канатов L_пк определяем по формуле:

L_пк=Н+2h_вк+D_шт/2=1079+235+3,145/2=1157м, (3.40)

где Н - высота подъема, м;

h_вк - расстояние от верхней приемной площадки до оси шкива трения, м;

D_шт - диаметр шкива трения, м.

Длину уравновешивающих канатов L_ук определяем по формуле:

L_ук=Н+30=1079+30=1109м, (3.41)

где 30 - ориентировочная длина каната на образование петли в зумпфе ствола и закрепление каната к подъемным сосудам, м.

Массу m_п всех движущихся частей подъемной установки приведенную к окружности шкива трения, определим по формуле:

m_п=Q_п+2Q_c+L_пкР+L_укq+m_ош+m_м+m_д=

=2510³+224,410³+115748,4+1109311,5+25,510³+2039+9786=

=18810³кг, (3.42)

где Q_п и Q_c - масса полезного груза и масса скипа, кг;

P и q - линейная масса подъемного и уравновешивающего канатов, кг;

L_пк и L_ук - длина подъемных и уравновешивающих канатов, кг;

m_ош, m_м, m_д - масса отклоняющего шкива, машины и якоря двигателя, кг.

Движущие усилия F получаем из основного динамического уравнения академика М.М.Федорова (табл. 3.1):

F=1,1Q_п+(Н-2h_x)(q-P)g m_па=

=1,12510³+(1079-2h_x)(311,5-48,4)9,81 18810³а=

=28310³-23,5h_x 18810³a . (3.43)

Эквивалентное усилие F_эк рассчитываем по формуле:

F_эк=, (3.44)

где Т_п=к_уд(t+t₁+t₁+t₃+t+t₁)+t₂+k_пt_п=0,5(32+22+192)+69+0,2511 =96с;

к_уд=0,5, к_п=0,25 - коэффициенты, учитывающие ухудшение услоохлаждения во время соответственно ускоренного и замедленного движения 13;

F и t - усилие и продолжительность элементарного участка на диаграмме усилий.

=(339400²+339381²)+(282981²+282981282943+282943²)+

+(395744²+392874²)+(280074²+280074260552+260552²)+

+(147752²+144883²)+(257683²+257683257254+257254²)+

+(201254²+201221²)=9,15810³Н .

F_экв==308862Н .

Таблица 3.1

	h,м	а,м/с2	F,Н
1	0	0,3	339400
2	0,8	0,3	339381,184
3	0,8	0	282981,184
4	2,4	0	282943,552
5	2,4	0,6	395743,552
6	124,4	0,6	392874,112
7	124,4	0	280074,112
8	954,4	0	260552,512
9	954,4	0,6	147752,512
10	1076,4	0,6	144883,072
11	1076,4	0	257683,072
12	1077,6	0	257654,848
13	1077,6	0,3	201254,848
14	1079	0,3	201221,92

Диаграммы движущих усилий приведены на рис.3.1

Коэффициент перегрузки при подъеме:

кпод===1,282(норма) 13, (3.45)

где Fmax - максимальное движущее усилие при подъеме груза, Н.

Номинальную мощность двигателя Р_д выбираем из условия:

Р_ном Р_эф=N_эф===4317кВт . (3.46)

Окончательно примем двигатель П2-800-255-8КУ4 номинальной мощностью Р_ном=5000кВт 14, частотой вращения n_ном=63об/мин, так как разность между эквивалентной мощностью и номинальной превышает 5%, т.е.:

=7,34%,

а перегрузка в период разгона составит:

===1,31 _дв=1, (3.47)

где _дв - перегрузочная способность выбранного двигателя.

Рис.

Рис.

4. Расчет динамики электропривода подъема

4.1 Расчет элементов электропривода подъемной установки

Основная задача второго этапа проектирования - выбор комплектного тиристорного электропривода из серии КТЭУ для подъемной установки, принятой в 3 разделе данного проекта.

Расчет произведен согласно 2,3,5,7,11,14.

4.1.1 Исходные данные для расчета динамики электропривода

Двигатель

Тип П2-800-258КУ4

Номинальная мощность Р_ном=5000кВт

Номинальная частота вращения n_ном=63об/мин

Номинальное напряжение U_ном=930В

Номинальный ток I_ном=5740А

Номинальный момент М_ном=774Кнм

Номинальный поток возбуждения Ф_ном=37,5Вб

Коэффициент полезного действия _ном=90,5%

Ток возбуждения I_в=145А

Напряжение обмотки возбуждения U_в=200В

Число полюсов 2р=16

Число параллельных ветвей якоря 2а=16

Сопротивление обмотки якоря R_я20=0,00348Ом

Сопротивление дополнительных полюсов R_д20=0,000631Ом

Сопротивление компенсационной обмотки R_к20=0,00235Ом

Сопротивление обмотки возбуждения R_в20=0,87Ом

Перегрузочная способность (рабочая) _р=1,6

Перегрузочная способность (выключающая) _в=1,8

Число витков якоря W_яд=1080/16

Число витков главного полюса W_пд=84

Число витков добавочного полюса W_дд=2

Число витков компенсационной обмотки на полюс W_кд=3

Питающая сеть

Номинальное напряжение U_с=6000В

Частота f_с=50Гц

Мощность короткого замыкания S_к=15000МВА

Подъемная машина

Тип ЦШ54

Эффективная мощность подъема Р_эф=4317кВт

Максимальная скорость подъема V_max=16м/с

Средняя скорость V_ср=8,4м/с

Множитель скорости =1,35

Радиус шкива трения D_шт=5м

Максимальное усилие F_max=395743Н

4.1.2 Выбор тиристорного преобразователя

Наметим к применению силовую 12-пульсную схему тиристорного электропривода с реверсом в цепи возбуждения двигателя и последовательным соединением выпрямительных мостов. После выбора тиристорного преобразователя силовую схему уточним.

Активное сопротивление якорной цепи R_яц определяем по формуле:

R_яц=к₁к₂(R_я20+R_д20+R_к20+R_щ)=1,151,1(0,00348+0,000631+0,00235+0,0005)=0,00880566Ом, (4.1)

где к₁=1,15 - коэффициент приведения к рабочей температуре 60С;

к₂=1,1 - коэффициент, учитывающий сопротивление соединительных проводов; R_я20, R_д20, R_к20, R_щ - сопротивление обмотки якоря, дополнительных полюсов, компенсационной обмотки и щеточного контакта, Ом

Коэффициент пропорциональности между ЭДС двигателя и линейной скоростью определим по формуле:

к_u===55, (4.2)

где U_ном и I_ном - номинальные напряжение и ток двигателя, В, А;

R_яц - сопротивление якорной цепи, Ом;

V_max - максимальная скорость подъема, м/с.

Коммутационное снижение выпрямленного напряжения определяем по формуле:

U_{к ср}=0,5e_кк_uV_max=0,50,065516=26,4В, (4.3)

где е_к - напряжение короткого замыкания трансформатора, отн.ед. Эффективный ток за цикл работы подъемной установки определяем по формуле:

I_эф=Р_эф/(V_maxк_U)=431710³/(1655)=4906А, (4.4)

где Рэф - эффективная мощность подъема, Вт.

Выбор тиристорного преобразователя произведем по двум параметрам - выпрямленному току Id ном и выпрямленному напряжению Ud ном при соблюдении условий:

I_{d ном} I_эф и U_{d ном} U_ном.

Применим комплектный тиристорный электропривод КТЭУ-6300/1050-1249314-200Т-УХЛ4. Тиристорный агрегат типа ТП3-6300/1050Т-10/ОУ4 с последовательным соединением мостов 4.

КПД тиристорного преобразователя, рассчитываем по формуле:

_тп===0,97, (4.5)

где U_do - максимальное выпрямленное напряжение (угол управления=0), В;

U_{к ср} - коммутационное снижение выпрямленного напряжения, В;

U_т=0,96В - среднестатистическое падение напряжения на тиристоре 3.

Передаточный коэффициент к_тп тиристорного преобразователя определим по формуле:

к_тп=U_{d ном}/U_{вх тп}=1050/8=131,25В, (4.6)

где U_{d ном} - номинальное выпрямленное напряжение, В;

U_{вх тп}=8В - входное напряжение управления, В 3.

4.1.3 Выбор силового трансформатора

Полную мощность силового трансформатора S_т определим по формуле :

S_т=1,05=1,05=7500кВт, (4.7)

где к_{м ср вз} - средневзвешенный коэффициент мощности.

Р_ном - номинальная мощность двигателя, кВт.

Линейное напряжение вторичной обмотки, необходимое для выбора трансформатора, определим по формуле:

U₂=(к_з/к_сх)(V_maxк_u+U_{к ср}+I_эфR_яц)=(1,1/1,35)(1655+26,4+49060,00881)=773В, (4.8)

где к_з=1,1 - коэффициент запаса 3;

к_сх=1,35 - коэффициент схемы выпрямления 3;

к_u - коэффициент пропорциональности, В/(м/с);

U_{к ср} - коммутационное снижение напряжения, В;

I_эф - эффективный ток, А;

R_яц - сопротивление якорной цепи, Ом;

V_max - максимальная скорость, м/с.

Выбор трансформатора производится по двум параметрам - полной мощности S_{т ном} и напряжению на вторичной обмотке U_2ном при соблюдении условий: