CC BY
48
----------------------------------------------- © А. В. Пичуев, 2006
УДК 622.862.7.012.3 А.В. Пичуев
ПРОБЛЕМЫ АВАРИЙНОСТИ В КАРЬЕРНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10 кВ
Семинар № 21
Я а современном этапе развития горнодобывающих отраслей промышленности актуальным направлением является научное обоснование и разработка комплекса организационных и технических мероприятий, направленных на совершенствование структуры управления электрохозяйством и обеспечение высокого уровня надежности и безопасности при эксплуатации электротехнических систем (ЭТС). Это положение следует из анализа опыта эксплуатации ЭТС горных предприятий, структуры управления безопасной эксплуатацией электрохозяйства, оценки уровня технического обеспечения энергомеханических служб, осуществляющих оперативное управление, техническое обслуживание и различные виды ремонтов электрооборудования горных машин и механизмов, а также анализа параметров и режимов работы электроустановок в специфических условиях горного производства [1, 2].
Статистический анализ причин аварийных ситуаций, возникающих в процессе эксплуатации ЭТС, наглядно показывает, что, например, в карьерных распределительных сетях (КРС) напряжением 6-10 кВ в месяц происходит от 30 до 100 однофазных и 15 - 30 между-фазных замыканий на землю, более 50% которых представляют непосредственную опасность для электротехнического персонала, работающего в электроуста-
новках или осуществляющего их обслуживание. В первую очередь к ним относятся повреждения воздушных и кабельных линий транспортными средствами (наезды на опоры и кабели, касание фазных проводов воздушных линий или их обрыв ковшом экскаватора, стрелой крана, мачтой бурового станка, кузовом самосвала), короткие замыкания в кабельных линиях вследствие повреждения изоляции, пробой изоляции электрооборудования горных машин на корпус, пожары комплектных трансформаторных подстанций, приключателъных пунктов, опор ВЛ и т.д.
В техническом плане требуемый уровень электробезопасности при разработке месторождений полезных ископаемых на открытых горных работах обеспечивается за счет установки быстродействующей защиты от однофазных замыканий на землю, максимальной токовой защиты, автоматического контроля параметров изоляции электрооборудования и сетей и устройства сети защитного заземления.
Выявление причины возникновения однофазных замыканий на землю (033) и последующего отключения электроустановок устройствами релейной защиты является достаточно непростой задачей. Анализ статистических данных показывает, что в производственных условиях неустановленные причины аварийных отключений составляют от 40 до 100 %
от общего числа зафиксированных отключений.
Основная цель анализа аварийных отключений заключается в том, чтобы на основании статистических данных классифицировать причины их возникновения и установить взаимосвязь между факторами, оказывающими влияние на надежность и безопасность эксплуатации электроустановок. Анализ аварийных отключений необходим для обоснования структуры системы контроля параметров и режимов работы электротехнических установок и комплексов, определения путей совершенствования системы управления эксплуатацией, а также разработки средств технического обеспечения такой системы.
Причины аварийных отключений в КРС-6-10 кВ по факторному признаку можно классифицировать следующим образом.
1. Природно-климатические (суточный перепад температуры (верхняя и нижняя температурные границы), атмосферное давление, среднемесячное количество осадков, скоростной напор ветра, число грозовых дней (продолжительность грозовых периодов и т.д.).
2. Технологические - состояние электрооборудования машин и механизмов, воздушных и кабельных линий, коммутационной аппаратуры, релейной защиты, изменение качества электроэнергии.
3. Организационные - действия оперативного и ремонтного персонала, действия персонала, работающего на электроустановках и вблизи них, периодичность и качество технического обслуживания и ремонта (ТОиР), квалификационный уровень электротехнического персонала.
В качестве примера приведем некоторые данные статистического анализа аварийных отключений в электрических
сетях карьеров, входящих в структуру горно-обогатительных комбинатов, расположенных в северо-восточных регионах России.
Анализ статистических данных показал следующее распределение аварийных отключений: воздушные линии КРС - 29 %; кабельные линии - 27 %; горные машины и оборудование - 21,3 %; КТПН, ЯКНО -7,7 %; повреждения линий транспортными средствами - 7 %; повреждение линий при ведении взрывных работ - 3,7 %; отказы защит - 3 %: удары молнии - 1.3 %.
Наибольшее число аварийных отключений приходится на воздушные линии карьера, высоковольтные кабельные линии и на горные машины и оборудование (75,8 %).
При этом следует обратить внимание на то, что из причин аварийных отключений воздушных линий 60 % составляют схлестывания проводов, 30 % - обрывы земляного, одного или нескольких фазных проводов. 10 % - прочие неисправности опор, изоляторов и арматуры. Это свидетельствует о том, что на безаварийность эксплуатации воздушных линий существенное влияние оказывают природно-климатические условия.
Из причин аварийных отключений кабельных линий 45 % приходится на пробой изоляции кабельных разделок, 53 % - на короткие замыкания в кабелях, 3 % - прочие. В данном случае существенное влияние на безаварийность эксплуатации, наряду с природноклиматическими, оказывают эксплуатационные факторы.
Причины аварийных отключений горных машин и оборудования распределились следующим образом: 37 % - запуск сетевых двигателей экскаваторов; 13 % - неисправности систем приводов механизмов поворота и подъема; 18 % -короткие замыкания в кольцевых токо-
приемниках; 8 % - прочие. Анализ приведенных данных свидетельствует о том, что существенное влияние на безаварийность эксплуатации горных машин и оборудования оказывают в первую очередь эксплуатационные факторы.
Для более полного анализа аварийных ситуаций, возникающих в процессе эксплуатации горных машин и механизмов, необходимо исследование динамики этих процессов и установление зависимостей, позволяющих осуществить количественную и качественную оценку уровня надежности и безопасности электроустановок.
В условиях интенсивного производства достижение более высокого уровня безопасности имеет определенный предел, после которого выполнение отдельных мероприятий, направленных на повышение данного уровня не дает существенного положительного эффекта. Например, повышение эксплуатационной надежности устройств релейной защиты не может быть достигнуто только за счет модернизации реле, повышения их чувствительности, быстродействия т.д. Это объясняется тем, что эффективность действия защиты зависит от целого ряда факторов, оценка степени влияния которых на условия электробезопасности является важным направлением научных исследований. К таким факторам следует отнести: режимы работы электрооборудования горных машин (экскаваторов, буровых станков, насосных станций системы водоотлива и т.д.), динамику системы электроснабжения вследствие периодического изменения конфигурации электросети и перераспределения нагрузки по фидерам КРС, наличие мощных преобразовательных агрегатов (систем регулирования приводов горных машин), оказывающих влияние на качество электроэнергии, и т.д..
При решении задач повышения эксплуатационной надежности электрооборудования и сетей иногда возникают противоречия с требованиями обеспечения необходимого уровня электробезопасности. Например, для повышения чувствительности устройств релейной защиты необходимо увеличить ток однофазного замыкания на землю, однако в этом случае возрастает опасность поражения человека в случае его попадания под воздействие напряжения прикосновения или шагового напряжения.
Необходимый уровень безопасности при эксплуатации ЭТС может быть достигнут при условии выполнения всего комплекса организационных и технических мероприятий.
В области организации безопасной эксплуатации и управления электрохозяйством наиболее актуальным становится не только совершенствование системы оперативного управления, технического обслуживания и ремонта, повышение уровня квалификации электротехнического персонала, но и техническое обеспечение эффективными средствами контроля параметров и режимов работы электротехнического оборудования.
Решение поставленных задач, исходящих из анализа надежности и безопасности эксплуатации электроустановок, находится в области создания на современной технической базе системы управления параметрами и режимами работы ЭТС. Система может быть представлена двумя уровнями реализации: эксплуатационным и техническим.
Эксплуатационный уровень заключается в совершенствовании системы оперативного управления электрохозяйством и системы ТОиР.
Технический уровень заключается в разработке устройств автомати-
зированного технического диагностиро-
вания и контроля (АСТДК) параметров и режимов работы электрооборудования, входящего в состав ЭТС горного предприятия.
В последние годы в Московском государственном горном университете ведется активная работа в области анализа надежной и безопасной эксплуатации электроустановок горных предприятий, разработка системы управления электробезопасностью и создание технических средств оперативного контроля параметров и режимов работы электрооборудования горных машин и устройств защиты.
В настоящее время разработан мобильный диагностический комплекс АСТДК-РЗ для определения параметров и проверки работоспособности устройств защиты от однофазных замыканий на землю [3].
Диагностический комплекс позволяет выполнить анализ диаграммы пускового тока электропривода одноковшовых экскаваторов с объемом ковша до 15 м3); спектральный анализ высших гармонических составляющих, возникающих в сети при однофазных замыканиях на землю (033); измерение активной и емкостной составляющих тока в
1. Щуцкий В.И., Пичуев А.В. Проблемы управления электробезопасностью в электроустановках горнодобывающих отраслей. - М., «Энергосбережение и водоподготовка», №2, 1998.
2. Электробезопасность на открытых гор-
ных работах. Щуцкий В.И., Сидоров А.И., Сит-чихин Ю.В. и др. - М.: Недра, 1996.
переходном процессе при 033; выбор уставки релейной защиты.
В процессе выборочного контроля комплектов релейной защиты на отходящих фидерах ГПП (КРП) карьеров диагностический комплекс позволяет отстроить защиту от собственного емкостного тока и броска тока при включении линий под нагрузку и при запуске мощных сетевых двигателей; отстроить защиту в рабочем режиме стационарных установок и режимах экскавации; определить диапазон изменения токов небаланса в рабочих режимах и режимах короткого замыкания; выявить резонансные режимы для предупреждения выхода из строя измерительных трансформаторов напряжения; отстроить защиту от высших гармонических составляющих; проверить эффективность опережающего контроля изоляции перед включением линий под нагрузку и в случае срабатывания системы однократного АПВ.
Применение АСТДК-РЗ в производственных условиях позволяет за счет оперативного контроля параметров и режимов работы электрооборудования уменьшить число аварийных отключений, представляющих изменение качества электроэнергии.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Пичуев А.В. Автоматизированная система технического диагностирования устройств релейной защиты в распределительных сетях напряжением 6-10 кВ. - М., МГГУ, ГИАБ №5, 2005.
— Коротко об авторах ------------------------------------
Пичуев А.В. — Московский государственный горный университет.
