Автоматизированная информационно-измерительная система технического учета электроэнергии для подземных горных работ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © С.С. Кубрин, С.Н. Решетняк, 2014

УДК 622:621.3

С.С. Кубрин, С.Н. Решетняк

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Представлена информация об опыте создания автоматизированной информационно-измерительной системы технического учета электрической энергии на предприятии по добыче твердых полезных ископаемых подземным способом. Проанализирован рынок современного высоковольтного оборудования служащего для учета потребления электрической энергии в условиях подземных горных работ на угольных шахтах опасных по газу и пыли. Представлена информация о разработке перспективного устройства для создания системы на более высоком уровне. Данная статья будет интересна специалистам энергетических служб предприятий по добыче твердых полезных ископаемых подземным способом.

Ключевые слова: блок измерительных трансформаторов шахтный, автоматизированная информационно-измерительная система технического учета электроэнергии, учет электроэнергии подземных потребителей.

На предприятиях по добыче твердых полезных ископаемых подземным способом имеется ряд основных энергетических ресурсов, таких как электрическая и тепловая энергия, природный газ и ряд не основных, таких как моторное топливо и т.д. В среднем, до 70-80% в энергетическом балансе предприятия по добыче полезного ископаемого подземным способом, достигает потребление электрической энергии, поэтому к электрической энергии, как к основному энергетическому ресурсу, необходимо уделить основное внимание [1, 3].

Одной из задач по повышению энергетической эффективности предприятия по добыче твердых полезных ископаемых подземным способом, это обеспечение непрерывного, в реальном времени, мониторинга о потреблении энергетических ресурсов с представление текущей информации по работе электрооборудования расположенного в подземных условиях на пульт энергодиспетчера. Данная информация позволит энергодиспет-

черу на поверхности идентифицировать работу различного оборудования по участкам, и оперативно реагировать на изменение режимов работы. Наиболее эффективно в данном случае является внедрение системы АИИСТУЭ (Автоматизированной информационно - измерительной системы технического учета электроэнергии), для подземных горных работ.

Кроме экономического эффекта внедрение системы АИИСТУЭ дает эффект у предприятия по добыче твердого полезного ископаемого, а именно, улучшение бюджетного баланса позволяет стимулировать научно-технический прогресс и техническое перевооружение производства, а также повышается культура производства (снижаются простои оборудования, сокращаются режимы «холостого хода»). Исходя из вышесказанного, вопрос разработки автоматизированной информационно-измерительной системы технического учета электроэнергии для подземных горных работ является актуальной и требующей решения задачей [2, 3].

Рис. 1. Общий вид регистратора параметров электрической энергии производства Algodue Elettronica UPM 3080 (Италия)

Однако, при разработке системы АИИСТУЭ для предприятия по добыче полезного ископаемого подземным способом имеется ряд трудностей. В условиях подземных горных работ имеются потребители на различные уровни напряжения: 6 кВ, 3,3 кВ, 1140 В, 660 В. В частности напряжение 6 кВ, используется для транспортировки электрической энергии к ЦПП, а также для дальнейшей транспортировки электрической энергии на участковые трансформаторные подстанции. Дальнейшее преобразование электрической энергии осуществляется за счет преобразования первичного напряжения с 6 кВ в вторичное напряжение 3,3 кВ, 1140 В, 660 В. В настоящее время имеется современная коммутационная аппаратура на напряжение 6 кВ во взрыво-защищенном исполнении с возможностью передачи цифрового сигнала в режиме реального времени об основных параметрах электропотребления. В качестве примера такого оборудования можно отметить высоковольтное комплектное распределительное устройство во взрывозащищенном исполнении КРУВ-6С-УХД5.

Следует отметить, что рядом компанией производится глубокая модернизация КРУВ-6 предыдущих поколений. Так модернизация производится по согласованию с заказчиком

с заменой высоковольтного выключателя и без замены. В качестве альтернативы имеющегося воздушного выключателя выступает современный высоковольтный вакуумный или элегазо-вый выключатель, который обладает рядом достоинств таких как: высокий механический и коммутационный ресурс; повышенная надежность; компактность. При модернизации КРУВ-6 также происходит замена крышки аппарата, в новой крышке располагается микропроцессорный счетчик электрической энергии.

Примерная стоимость модернизации КРУВ-6, составляет без замены выключателя 350-370 тыс. руб., с заменой выключателя 450-530 тыс. руб. Примерная стоимость нового высоковольтного комплектного распределительного устройства во взрывозащи-щенном исполнении КРУВ-6С-УХД5 составляет 520-580 тыс. руб.

Однако, КРУВ-6 включается перед трансформаторной подстанцией или ряда трансформаторных подстанций запитанных шлейфом, от которых питается, как правило, ряд потребителей. В частности от участковой понизительной подстанции (проходческого участка шахты) питается проходческий комбайн, конвейер, 2-3 масло-станции и т.д. Поэтому сведения о работе того или иного оборудования по участковой понизительной подстанции анализируются на основании электрического баланса. Для получения достоверной информации о потреблении электрической энергии по проходческому участку модернизирована КРУВ-6, от которой питается участок, за счет внедрения в ее состав регистратора параметров электрической энергии производства А1до<<ие ЕкКгопюа иРМ 3080 (Ита-

Оборудование Кол-во Мощность, кВт Суммарная мощность, кВт Ток, А Доля, %

Комбайн JOY 4SL-20 1 703 703 130,19 36,02

Конвейер ЗЛЛТ-1200ТС 2 315 630 116,67 32,28

Маслостанция 3 200 600 111,11 30,75

Эмульгатор 1 3,5 3,5 0,65 0,18

Насос HDP-177 3 5 15 2,78 0,77

Итого 1951,5 361,39 100

лия) (рис. 1). Также составлен перечень оборудования, запитанного от модернизированной ячейки КРУВ-6, который сведен в табл. 1.

Анализ баланса электропотребления и проведенного замера позволил сделать вывод о достаточно сложной зависимости протекания тока, через КРУВ-6 проходческого участка и затруднении в идентификации работы конкретного оборудования, в виду практически равных долей в балансе электропотребления. Представленная информация достаточна лишь для анализа электропотребления проходческого участка в целом, без идентификации работы конкретного оборудования участка.

На рис. 2 представлен график изменения силы тока протекающий по фазе А КРУВ-6 проходческого участка угольной шахты.

Графики изменения силы тока протекающие по фазам В и С не представлены, ввиду полной идентичности.

Второй задачей является телеметрия сигнала. Протяженность шахтных выработок достаточно большая, с целью улучшения качества необходима транспортировка сигнала по оптическим линиям связи. Преобразование сигнала осуществляется с помощью медиаконвертера.

Предлагаемая структурная схема АИИСТУЭ для Рис. 2. График вторичного тока КРУВ-6 фаза А

подземных горных работ на основе КРУВ-6С представлена на рис. 3. На предприятии имеется 2 пласта по добыче полезного ископаемого подземным способом. На каждом из пластов имеется участки два проходческих и один добычной. Сведения об электрических нагрузках по участкам снимаются с КРУВ-6С и по шахтному абонентскому кабелю связи КСША 1х2х0,6 поступают на медиаконвер-теры. В медиаконвертере происходит преобразование цифрового сигнала, далее передается на поверхность предприятия с помощью оптоволоконного кабеля ОКГМ (оптический кабель, грунтовый, многомодульный). В дальнейшем, происходит обратное преобразование сигнала, который поступает на сервер энергодиспетче-

Рис. 3. Предлагаемая структурная схема АИИСТУЭ для подземных горных работ на основе КРУВ-6С

ра. Следует отметить, что на пласте 2 имеется добычной участок, в котором подстанция с оборудована цифровым выходом измерительных цепей. Поэтому сигнал с нее поступает непосредственно на медиаконвертер для дальнейшего преобразования.

Для оценки отдельных электропотребителей участков, становится актуальной задачей разработка Блока измерительных трансформаторов шахтного (БИТШ), внутри которого также

Рис. 4. Предлагаемая структура БИТШ (Блок измерительных трансформаторов шахтный)

располагается Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и медиаконвер-тер, предлагаемая структура блока представлена на рис. 4. Также БИТШ необходима установка блока питания для аналого-цифрового преобразователя и медиаконвертера. Представленное устройство выполняется на основные напряжения подземных потребителей. В частности на напряжения 3,3 кВ, 1140 В, 660 В. Устройство позволит получить сведения по электрической нагрузки шахтного оборудования без учета потерь в линиях и трансформаторных подстанциях. БИТШ должен быть встроен во взрывозащищенную оболочку и иметь ряд коммутационных аппаратов позволяющих обеспечить нормальное функционирование данного оборудования.

В заключении следует отметить, что внедрение системы АИИСТУЭ на пред-

приятиях по добыче твердых полезных ископаемых подземным способом, позволит моментально получить достоверную информацию на поверхности предприятия о работе оборудования расположенного в подземных условиях. Это позволит, оперативно реагировать на изменение режимов работы электрооборудования, планировать электропотребление конкретным

участком, и тем самым минимизировать потребление электрической энергии. В конечном итоге, снижение потребления электрической энергии позволит снизить себестоимость продукции и увеличить энерговооруженность, которая в конечном итоге является одним из основных условий научно-технического прогресса в производстве и роста производительности труда.

1. Ляхомский А.В., Бабокин Г.И. Управление энергетическими ресурсам горных предприятий: учебное пособие. - М.: Издательство «Горная книга», 2011. - 232 с.

2. Повышение эффективности использования энергии в промышленности. Дания /

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Под ред. А.М. Мастепанова. - М., 1999. -242 с.

3. Решетняк С.Н. К вопросу повышения энергетических показателей промышленных предприятий // Приволжский научный вестник. - 2013. - № 10. - С. 41-44. ЕШ

Кубрин Сергей Сергеевич - доктор технических наук, профессор, зав. лабораторией, e-mail: s_kubrin@mail.ru, Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

Решетняк Сергей Николаевич - кандидат технических наук, e-mail: reshetniak@inbox.ru, МГИ НИТУ «МИСиС».

UDC 622:621.3

AUTOMATED INFORMATION-MEASUREMENT SYSTEM FOR ENERGY REGISTRATION IN UNDERGROUND MINING

Kubrin S.S., Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Laboratory, e-mail: s_kubrin@mail.ru, Institute of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources Russian Academy of Sciences. Reshetnyak S.N., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor e-mail: reshetniak@inbox.ru, Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS».

This work presents information about the experience of creating an automated information-measuring system of technical accounting of electric energy at the enterprise on extraction of mineral underground way. Analyzed the market of modern high-voltage equipment employee to account for the consumption of electric energy in the conditions of underground mining works at coal mines dangerous on gas and dust. Also presents information on the development of a promising device for creation of the system at a higher level. This article will be of interest to the specialists of the energy services enterprises for extraction of mineral underground way.

Key words: unit of measuring transformers of a mine, automated information-measuring system of technical accounting of the electric power, accounting of electricity consumers underground.

REFERENCES

1. Lyakhomskii A.V., Babokin G.I. Upravlenie energeticheskimi resursam gornykh predpriyatii: ucheb-noe posobie (Management of energy resources mining enterprises: textbook), Moscow, Izdatel'stvo «Gornaya kniga», 2011, 232 p.

2. Povyshenie effektivnosti ispolzovaniya energii v promyshlennosti. Daniya. Pod red. A.M. Mastepanova (Energy efficiency in industry. Denmark. Mastepanov A.M. (Ed.)), Moscow, 1999, 242 p.

3. Reshetnyak S.N. Privolzhskii nauchnyi vestnik, 2013, no 10, pp. 41-44.