Совершенствование систем электроснабжения подземных потребителей шахт. Расчет схемы электроснабжения ЦПП до участка и выбор фазокомпенсирующих устройств

В связи с существенной разницей в способах пуска каскад­ных приводов для вентиляторов ВЦД-47У, ВЦД-47 ''Север'' (плавный пуск по схеме АВК с остановленного состояния) и вентилятора ВЦД-31,5М (резисторный пуск с последующим пе­реходом в работу по схеме АВК) соответствующие принципи­альные схемы заметно отличаются.

На рис.2.1 приведена принципиальная схема электропри­вода по системе АВК для вентиляторов ВЦД-47У и ВЦД-47 ''Север''. Схема дана для одного агрегата (для второго иден­тична). Комплект электрооборудования каждой вентиляторной установки состоит из двух одинаковых наборов электрообору­дования вентиляторов и набора электрооборудования вспомога­тельных приводов.

Технические данные основного электрооборудования элект­ропривода по системе АВК для вентиляторов ВЦД-47У и ВЦД-47 ''Север'':

Электродвигатель асинхронный с фазным ротором АКН2-18-53-12УХЛ4, 2000 кВт, 495 мин^-1 , 6000 В, 237 А, на­пряжение и ток ротора 1050 В, 1170 А (для вентилятора ВЦД-47У; обозначение на рис. 5.3 М1М, М2М).

Электродвигатель асинхронный с фазным ротором АКС-17-76-12, 3200 кВт, 495 мин^-1 , 6000 В, 376 А, напряжение и ток ротора 1360 В, 1425 А (для вентилятора ВЦД-47 ''Север'' – М1М, М2М).

Агрегат ТДП2-2500/400-2Т УХЛ4, 50 Гц, 4700 В, 125 А (VI, Ul, V2 u U2).

Трансформатор ТСЗП-1000/10УЗ, сетевая обмотка 6000 В, Ud=460 В, Id =1600 А (Т1, Т2).

Выключатель автоматический Q1 быстродействующий ВАБ-42-4000/10, ток уставки 1600 – 4000 А, номинальное напря­жение 1050 В.

Реактор ТРОС-160 УХЛ4, номинальный ток 1000 А, индук­тивность 0,5 мГн.

Рассматриваемый электропривод имеет свои особенности. Применяемые для приводов вентиляторов ВЦД-47У и ВЦД-47 ''Север'' асинхронные двигатели с фазным ротором имеют соот­ветственно номинальные напряжения ротора 1050 и 1360 В. Вы­пускаемые для асинхронных вентильных каскадов преобразова­тели тока ротора имеют напряжение 700 В. Поэтому в каскаде для снижения напряжения предусмотрено последовательное сое­динение статорных обмоток двигателей М1М, М2М и включе­ние их в зависимости от достигаемого значения частоты вра­щения в общую звезду или в общий треугольник. В зависимо­сти от значения тока ротора в преобразователе переменного тока роторов производится переключение выпрямителей VI, V2 с параллельного на последовательное или наоборот.

Для регулируемых двухдвигательных приводов вентиляторов ВЦД-47У и ВЦД-47 ''Север'' целесообразно иметь глубину ре­гулирования частоты вращения порядка 1 : 5 – 1 : 4. Для осуще­ствления ступенчатого резисторного пуска асинхронных двига­телей, применяемых в приводе вентиляторов ВЦД-47 ''Север'', отсутствуют серийно выпускаемые надежные средства. Поэтому принятые регулируемые приводы этих вентиляторов обеспечивают регулирование частоты вращения из остановленного состояния. Это позволяет осуществить надежный бесступенчатый пуск вентиляторов и настройку вентиляторов на необходимый, наиболее экономичный режим работы.

Электропривод вентилятора по системе АВК работает сле­дующим образом. Вначале масляным выключателем высоко­вольтной ячейки ВЯ4 подается напряжение на согласующие трансформаторы Т1, Т2, а с их вторичных обмоток на инверторы U1, U2 (цепи управления инверторов должны быть подготов­лены). На стороне постоянного тока инверторы создадут мак­симальную противо-ЭДС (автоматический выключатель Q2 ра­зомкнут). Затем масляным выключателем ячейки ВЯЗ после­довательно соединенные обмотки статоров асинхронных двига­телей М1М и М2М включаются в общую звезду. После этого масляным выключателем ячейки ВЯ1 подается напряжение 6000 В на статорные обмотки двигателей. В результате такого включения напряжение на статорных обмотках каждого дви­гателя составит U_1ф =1732 В, а на кольцах роторов напряжение равно U_2Л =525 В в приводе вентилятора ВЦД-47У и U_2Л = 680 В в приводе вентилятора ВЦД-47 ''Север''. Как видно, напряжение уменьшается по сравнению с номинальным вдвое и будет ниже номинального напряжения переменного тока 700 В на входе выпрямителей VI, V2. В дальнейшем при включении автоматического выключателя Q2 замыкается цепь контура по­стоянного тока, выпрямители VI, V2 подключаются параллельно (автоматический выключатель Q1 разомкнут) к последова­тельно соединенным инверторам U1, U2. Так как суммарная противо-ЭДС постоянного тока, создаваемая двумя инверто­рами, соответствует подведенному суммарному напряжению пе­ременного тока 380Х2=760 В и превышает выпрямленную ЭДС ротора, соответствующую напряжению роторов 525 В (680 В), ток в контуре постоянного тока проходить не будет. Ток в роторных обмотках также отсутствует. Поэтому двига­тели М1М и М2М не вращаются.

В процессе уменьшения противо-ЭДС с момента ее равен­ства выпрямленной ЭДС роторов начинает плавно возрастать ток в роторах двигателей и контуре постоянного тока. С по­явлением тока в роторах на валах двигателей возникает вра­щающий момент. Когда вращающий момент превысит момент сопротивления, двигатели начнут вращаться с плавным повы­шением частоты вращения. При прекращении изменения угла регулирования тиристоров инвертора устанавливается необхо­димое значение частоты вращения. При установившейся ча­стоте вращения выпрямленная ЭДС роторов превышает про­тиво-ЭДС инверторов на такое значение, при котором протекает ток в роторах, необходимый для создания на валах двигателей момента, равного моменту сопротивления. В случае необходи­мости снижения частоты вращения соответствующим измене­нием угла регулирования тиристоров повышается противо-ЭДC инверторов. Это вызывает уменьшение тока в роторах двигате­лей, снижение моментов двигателей и соответственно снижение частоты вращения двигателей.

Таким образом, изменение частоты вращения двигателей про­исходит за счет изменения противо-ЭДС инверторов: снижение ее значения повышает частоту вращения, а повышение – сни­жает. При максимальном значении противо-ЭДС угол регулиро­вания тиристоров инвертора – максимальный, при минималь­ном – минимальный. Изменение угла регулирования осуще­ствляется с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ). В СИФУ подается сигнал выходного напряжения сельсинного задатчика скорости.

В режиме включения статорных обмоток двигателей в общую звезду электропривод обеспечивает получение установившихся частот вращения в зоне I (рис. 2.2).

При необходимости получения частот вращения выше диапа­зона зоны I на верхнем значении частоты вращения зоны статорные обмотки переключаются с общей звезды в общий тре­угольник: масляный выключатель ячейки ВЯЗ (см. рис. 2.1) отключается, а масляный выключатель ячейки ВЯ2 включа­ется. При этом напряжение на кольцах роторов двигателей возрастает в раза и обеспечивается регулирование частот вращения в зоне II.

В случае необходимости дальнейшего повышения частоты вращения при достижении приводом верхнего предела частоты вращения зоны II включается автоматический выключатель Q1 и выпрямители VI и V2 подключаются последовательно к ин­верторам U1 и U2. Ток по диодам V3 и V4 не протекает, так как они включены непроводящей полярностью по отношению к ЭДС выпрямителей. В таком соединении привод работает в зоне III частот вращения, обеспечивая разгон двигателя до номинальной частоты вращения или работу на любой из частот вращения в пределах зоны III. С достижением электроприво­дом максимальной, близкой к номинальному значению, частоты вращения замыкаются контакты контакторов К1, К2. Двига­тели переводятся на естественную характеристику.

При необходимости перевода привода вентилятора с есте­ственной характеристики в зону III, затем в зону II и далее в зону I вначале размыкаются контакты Kl, К2. После сниже­ния частоты вращения до нижней границы зоны III отключается автоматический выключатель Q1. В дальнейшем при снижении частоты вращения до нижней границы зоны II производится переключение обмоток статоров с общего треугольника в общую звезду, т. е. переключения производятся в обратном порядке. Переключения обмоток статора с общей звезды в общий тре­угольник и наоборот, а также включение и отключение выключателя Q1 производится автоматически в функции частоты вра­щения.

Дроссели LI, L2 ограничивают пики выпрямленного тока в процессе включения и отключения автоматического выключа­теля Q1, а также сглаживают пульсации выпрямленного на­пряжения при работе в зонах I и II. Дроссели L3 и L.4 предна­значены только для сглаживания пульсации выпрямленного напряжения. Инверторы U1, U2 во всех зонах работы электропривода рекуперируют через согласующие трансформаторы Т1, Т2 энергию скольжения в сеть.

Рис. 2.2. Зоны работы электропривода вентилятора ВЦД-470 ''Север''

Наличие в системе регулятора скорости обеспечивает под­держание установленной скорости в необходимых пределах с помощью обратной связи по частоте вращения (напряжению тахогенератора BR). Регулятор тока обеспечивает ограничение максимального значения выпрямленного тока при переходных процессах включения и регулирования частоты вращения.

7. Автоматизация производственных процессов

7.1. Общие положения

Проектные решения в области автоматизации и управления технологическими процессами базируются на предписаниях норм технологического проектирования угольных шахт, разрезов и обогатительных фабрик, и направлены на облегчение условий труда и повышения безопасности производства работ. А также высвобождение рабочих, где это представляется технически возможным и экономически целесообразным, повышение производительности труда и снижение себестоимости угля, экономию энергетических и материальных ресурсов.

Реализация указанных мероприятий достигается следующим путем:

комплексной автоматизацией стационарных установок, групп технологического оборудования и процессов в шахте и на поверхности;

высокого уровня и глубины автоматизации технологических процессов;

- использования в проекте аппаратуры автоматизации, базирующейся на комплектных устройствах блочного типа, разработанной на совершенной элементарной базе с учетом последних достижений отечественной науки и техники в этой области, имеющих высокие показатели надежности и ремонтопригодности, и оснащенные в ряде случаев средствами технической диагностики;

- организации оптимальной структуры оперативного управления основным производством.

Таблица 7.1

В своей работе хочу подробно остановиться на системе автоматизированного управления вентиляторами главного проветривания, т.к. их доля в общем потреблении шахтой электроэнергии около 40%. Система автоматического управления ВГП позволяет оптимизировать процесс вентиляции шахты и снизить потребление электроэнергии на шахте, что приведет к снижению себестоимости угля.

7.2 Средства технологического контроля за работой

вентиляционных установок

В соответствии с правилами безопасности на угольных и сланцевых шахтах схемы управления главными вентиляторными установками дол­жны обеспечивать непрерывное измерение, регистрацию и контроль дав­ления и подачи (производительности) при работе вентилятора как в прямом, так и в реверсивном режиме.

Измерительная аппаратура, в большинстве случаев применяемая для этих целей, представляет собой комплект, состоящий из датчиков давления и производительности, первичного измерительного прибора и связанного с ним системой дистанционной передачи показаний вторич­ного измерительного прибора, обеспечивающего непрерывный контроль и регистрацию измерений.

Датчики давления и подачи (производительности), устанавливае­мые в контрольном сечении вентиляторной установки, обеспечивают получение некоторого пневматического импульса в виде перепада дав­лений, пропорционального контролируемой величине. Полученный дат­чиком перепад давлений по импульсным трубкам подается на первичный измерительный прибор, представляющий собой чаще всего дифферен­циальный манометр, который размещается в здании вентиляторной уста­новки. Вторичные измерительные приборы устанавливают в шкафу управления вентиляторами в помещении вентиляторной установки.

В качестве первичных приборов измерения давления и подачи вен­тиляторов используют датчики давления – разрежения и дифферен­циальные манометры следующих типов: сильфонные ДСС, ДСП; мембран­ные ДМИ-Т, ДМИ-Р; тензометрические Сапфир-22 и другие. С ними используют вторичные приборы типов ВФС, ВФП, Н342К, ДС1, ДСР1, ДСМР2, КСД2 и др.

Дистанционная передача результатов измерений от первичного при­бора ко вторичному осуществляется на основе использования нуль-балансных ферродинамических и дифференциально-трансформаторных систем.

Для непрерывного автоматического контроля температуры подшип­ников вентиляторов главного проветривания и приводных двигателей используется аппаратура ДКТЗ-8М и АКТ-1.

7.3 Техническое обеспечение

Структура системы автоматического управления вентиляцией шахты (САУ):

ВГП – вентилятор главного проветривания;

РРВ – регулятор расхода воздуха;

ШВС – шахтная вентиляционная сеть;

УВК – управляющий вычислительный комплекс;

ПД – программный диспетчер;

ОСРВ – операционная система реального времени;

НМД – накопитель на магнитных дисках.

Аппаратура контроля и управления вентилятором главного проветривания (ВГП) УКАВ-2М предназначена для контроля и теле­механического управления шахтными вентиляторными установ­ками, оборудованными одним или двумя венти­ляторами с электродвигателями высокого и низкого напря­жения.

Аппаратура обеспечивает:

– телемеханическое и местное управление двумя главными вен­тиляторами;

– телемеханическое реверсирование воздушной струи вентиля­торов;

– защиту электродвигателя от ненормальных режимов;

– нулевую защиту;

– автоматический двухпредельный контроль за развиваемыми вентиляторами расходом воздуха и депрессией в канале;

– непрерывную регистрацию расхода воздуха на вентиляторе, установке и депрессии;

– автоматическую световую сигнализацию при пуске вентиля­тора;

– невозможность включения вентилятора, если не включена маслостанция при циркулярной системе смазки.

Схема управления и контроля – телемеханическая, релейная с полярным разделением каналов связи. Линия связи семипроводная.

Комплект состоит из пульта диспетчера; станции управ­ления; автоматического переключателя дифманометра АПД и аппаратов контроля температуры АКТФ-1.

Пульт предназначен для телемеханического управления глав­ной вентиляционной установкой и сигнализации о режимах ее работы.

Станция управления служит для приема и воспроизведения команд теле­управления, передачи сигналов и местного управления главной вентиляторной установкой, а также для защиты электродвигателей от различных ненормальных режимов работы.

АПД предназначен для подключения минусового пространства расходомера, измеряющего перепад давления в канале работа­ющего вентилятора на установках, состоящих из двух вентиля­торов, работающих поочередно.

АКТФ-1 применяется для непрерывного контроля и автома­тической сигнализации о перегреве подшипников шахтных венти­ляторов с фиксацией места нагрева выше допустимой величины. Работает в комплексе с восемью ферритовыми датчиками темпе­ратуры.

Комплект аппаратуры УКАВ-2М включает 13 станций и один пульт управления, конструктивно выпол­ненные в виде шкафов управления одностороннего обслуживания серии ШГС. По согласованию с заводом-изготовителем шкафы управления могут быть объ­единены в щит управления.

На каждый шкаф при заказе заполняется опросный лист, где указываются все необходимые данные для завода-изготовителя, в том числе уставки автоматов силовых цепей.

Высоковольтное распредустройство не входит в комплект поставки. Его вы­бирает и заказывает проектная организация. При этом заказываются также до­полнительные трансформаторы тока для высоковольтных реверсивных электро­приводов и кнопки для местного (ремонтного) управления вспомогательными приводами ляд (дверей) вентиляционных каналов, направляющих аппаратов, тормоза и спрямляющего аппарата осевых реверсивных вентиляторов, маслостанций и т. д., устанавливаемых по месту.

Приборы контроля давления и подачи вентилятора заказывает проектирую­щая организация со шкалой, определяемой параметрами вентиляции. Приборы поставляются заводом-изготовителем вентиляторов в комплекте с технологиче­ским оборудованием и устанавливаются на станции КИП и в помещении диспет­чера или оператора при монтаже. Приборы контроля маслосмазки поставляются комплектно с маслостанцией.

Конечные выключатели положения ляд, тормоза, направляющих и спрям­ляющих аппаратов поставляет завод-изготовитель вентиляторов. Аппаратура унифицированного комплекта автоматизации вентиляторов (УКАВ-1М) глав­ного проветривания позволяет осуществить:

– выбор вентилятора для работы и резерва;

– выбор вида (места) управления вентиляторной установкой дистанционное автоматизированное из машинного зала или от диспетчера (оператора) и ремонт­ное местное;

– выбор режима работы вентилятора прямой или реверсивный;

– автоматический контроль за работой установки;

– регулирование производительности вентилятора изменением угла установки лопаток направляющего аппарата без остановки вентилятора;

– автоматическое включение резервного вентилятора при аварийном отключе­нии работающего вентилятора;

– автоматическое включение резерва (АВР);

– автоматическое повторное включение работавшего вентилятора при кратко­временном (до 10 с) отключении или глубоком падении напряжения питающей сети;

– изменение направления движения (реверс) воздушного потока без остановки работавшего центробежного вентилятора.

– при этом производится закрытие направляющих аппаратов, перевод ляд (дверей) в положение, соответствующее реверсивному режиму работы вентилятора, и открытие направляющих аппаратов;

– последовательный пуск разгонного асинхронного, а затем синхронного электродвигателей синхро-асинхронного привода;

– последовательный пуск колес второй и первой ступеней вентилятора встреч­ного вращения при прямом режиме его работы, обратную последовательность при реверсивном режиме и пуск одного из его колес в любом режиме;

– автоматизированное выполнение всех технологических операций после подачи команды на пуск вентилятора.

Основные функции и работа основных элементов комплекса УКАВ-1М может быть рассмотрена на принципиальной схеме блока управления (ДП.180400.05).

Работа схемы при пуске реверсивного или нереверсивного вентилятора. Пуск вентиляторной установки осуществляется из помещения машинного зала кнопкой КнПМ либо из диспетчерского пункта кнопкой КнПД.

Если резервный вентилятор не работает и, следовательно, контакт II-РРЛ замкнут, включится реле РПН (в нормальном режиме) или РПР (в реверсивном режиме) (4), которое включит реле РПП (4) и подготовит цепи реле РМН (РМР) (4) и пускателей ПЛВ, ПЛН (9) (станции вспомприводов). Схема включения пускателей ПЛВ и ПЛН ляд кон­тактами реле РПН, РПР, РП. РПП и РИА определяется тех­нологической схемой вентиляторной установки.

Реле РПН (РПР) включит реверсивные пускатели управле­ния ПНО, ПНЗ (8) и ПСО, ПСЗ (8) соответственно направля­ющим и спрямляющим аппаратами, которые установят их в положение, соответствующее режиму работы установки. При нормальном режиме направляющий аппарат пускателем ПНЗ установится в положение «Меньше», спрямляющий – пускате­лем ПСО в положение «Больше»; при реверсивном режиме


29-04-2015, 04:15