CC BY
137
© Л.А. Плащанский, В.Л. Беляк, 2009
Л.А. Плащанский, В.Л. Беляк
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УРОВНЯ НОМИНАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ВЫСОКО ЭНЕРГОВООРУЖЕННЫХ ОЧИСТНЫХ КОМПЛЕКСОВ
Дано обоснование необходимости разработки и выпуска отечественной горной техники на напряжение питания 3,3 кВ (электродвигатели для комбайнов и лавных конвейеров, трансформаторные подстанции, пусковая и распределительная аппаратура).
Ключевые слова: угольные шахты, выемочное оборудование, мощность электропривода, горные машины.
Основным объектом технического перевооружения угольных шахт являются очистные работы, трудоемкость которых составляет более 30 % общей трудоемкости добычи угля подземным способом. Нагрузка и число очистных забоев определяют производственные возможности угольного предприятия по горным факторам, содействуют концентрации горных работ и снижению трудоемкости в последующих звеньях производственного процесса.
Комплексная механизация и автоматизация горных работ способствует повышению степени извлечения полезного ископаемого и снижению потерь угля при подземном способе добычи, в первую очередь благодаря ликвидации целиков и ниш, проведению выработок в присечку к выработанному пространству, переходу на оптимальные длины забоев, повышению длины выемочных полей.
Совершенствование выемочного оборудования, осуществляемое в направлении повышения его энерговооруженности, позволяет решить проблему использования очистных машин для выемки более крепких углей и, как следствие, увеличить скорость подачи комбайна.
Создание новых горных машин со значительно увеличенной мощностью электропривода диктуется необходимостью:
- дальнейшей концентрации горных работ и, следовательно, резкого увеличения нагрузки на забой;
- осуществления механизированной и автоматизированной проходки выработок и выемки пластов угля различной крепости, с прослойками породы и твердыми включениями;
- уменьшения пылеобразования при работе комбайна и повышения сортности добываемого угля за счет снижения выхода угля мелких классов;
- значительного повышения надежности путем упрочнения конструкции горной машины.
Во многих зарубежных уледобывающих странах при увеличении единичной и суммарной мощности электродвигателей очистных комбайнов и забойных конвейеров и необходимости обеспечения их паспортной производительности осуществлен перевод на повышенный уровень номинального напряжения участковых электрических сетей с 0,95-1,1 кВ до 3,3; 5 и 6 кВ (при частоте 50 Гц) и 2,3 и 4,16 кВ (при частоте 60 Гц).
Так, на угольных шахтах США электроснабжение более 85% комплексно-механизированных очистных забоев осуществляется при напряжении свыше 1 кВ и энерговооруженности работающих в них очистных комбайнов порядка 1200 кВт, забойных конвейеров -1800 кВт.
Постановка задачи повышения номинального напряжения, как одного из основных направлений улучшения показателей качества электроэнергии в подземной сети и повышения эффективности электропотребления на шахте, обусловлена невозможностью или значительными техническими трудностями и ограничениями:
- передачи необходимой мощности по гибким кабельным линиям ограниченного сечения основных жил;
- обеспечения необходимых моментных характеристик электродвигателей в режимах перегрузки и пуска, определяющих их устойчивую мощность и нормальные пусковые условия, которые в “мягкой” шахтной сети сопровождаются большими потерями напряжения;
- конструирования высоконадежных взрывозащищенных аппаратов, коммутирующих номинальные токи более 320-400А, а пусковые токи - более 1200-1500А.
Улучшение механических характеристик у вновь разрабатываемых комбайновых электродвигателей позволило значительно повысить их реальные моменты. Однако возможности этого на-
правления не беспредельны при существующих напряжениях и не всегда экономически оправданы.
Определение оптимального напряжения шахтных участковых сетей, питающих мощные забойные машины, производится путем технико-экономического сравнения вариантов сети при номинальных напряжениях 1,14; 2; 3 и 6 кВ.
Сравнительная технико-экономическая оценка вариантов электроснабжения при разных напряжениях производится путем сопоставления как экономических (стоимостных) параметров, так и технических (качественных) показателей, не имеющих стоимостного выражения.
Качественные показатели варианта являются лучшими, если:
- при работе в электросети возникают меньшие колебания напряжения;
- уменьшаются потери мощности и энергии;
- создаются более благоприятные условия для монтажа и эксплуатации сетей и оборудования;
- сокращается расход цветных металлов;
- имеется возможность без значительных затрат осуществить реконструкцию сети (увеличить передаваемую мощность, длину кабелей и т.п.).
Хорошее качество электроэнергии определяется стабильностью частоты и напряжения на зажимах потребителей. Если стабильность частоты должна обеспечиваться энергосистемой, то стабильность напряжения на зажимах потребителей в значительной степени зависит от правильного проектирования и эксплуатации электроустановок. Основой правильного решения вопросов электроснабжения, включая расчет сетей горного предприятия, должно быть обеспечение электроприемников напряжением необходимого качества во всех режимах работы двигателей.
В качестве экономического критерия при сравнении вариантов принимаются расчетные (приведенные) затраты. При числе сравниваемых вариантов более двух определение годовых расчетных затрат для каждого варианта производится по выражению:
Зп = Сп + Е • Кп,
где Сп, Кп - соответственно годовые эксплуатационные расходы (издержки производства) и капитальные вложения для варианта п;
Е - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, являющийся обратной величиной срока окупаемости.
Экономически целесообразный уровень напряжения для заданных вариантов передаваемой мощности и длины сети определяется минимальной величиной приведенных затрат:
З = С + Е • К = тіп
Сопоставив данные исследований ИГД им. А.А. Скочинского и статистические данные по Угольной промышленности Российской Федерации получаем табл. 1: «Распределение действующих забоев по мощности пласта, сопротивляемости угля резанию и требуемые мощности приводов выемочных комбайнов».
В соответствии со статистическими данными из 164 очистных забоев, пригодных для комбайновой выемки, 99 забоев, т.е. 60 % разрабатывают пласты мощностью от 2, 01 до 3, 50 м. Из них 60 забоев, т.е. 36,5 % от всех комбайновых забоев, добывают угли с сопротивляемостью резанию от 120 до 240 кН/м.
В таблице приведено процентное соотношение действующих очистных забоев в зависимости от длины комбайнового кабеля.
Общая длина кабеля, питающего комбайн, м Количество очистных забоев, имеющих указанную длину кабеля, в % к общему числу забоев
250 5
350 20
500 30
700 35
100 10
Учитывая, что наиболее распространенными очистными забоями являются забои с длинами комбайнового кабеля 500 и 700 м, 30 % и 35 % соответственно от всего количества забоев (таблица 6), получаем, что для 36% действующих очистных механизированных забоев, использующих комбайновую выемку, экономически целесообразным является уровень напряжения электродвигателей комбайнов в диапазоне от 2,6 кВ до 3,2 кВ.
Причем речь в данном случае идет только о разрушении угольного массива с определенной сопротивляемости резанию без учета породных прослоек (включений) и необходимости, в целях уменьшения потерь угля, выполнения присечки вмещающих пород. Учитывая вышесказанное и с учетом реальных тенденций развития
угольной промышленности возможно предположить острую необходимость разработки и выпуска отечественной горной техники на напряжение питания 3,3 кВ (электродвигатели для комбайнов и лавных конвейеров, трансформаторные подстанции, пусковая и распределительная аппаратура).
Переход на повышение напряжения и разработка электроприводов с высокой удельной мощностью обеспечат создание отечественных добычных машин с энерговооруженностью на уровне лучших зарубежных образцов, пгсге
L.A. Plashchansky, V.L. Beljak
THE FEASIBILITY REPORT LEVEL OF RATED VOLTAGE ELEKTROD-VIGA-TELEJ HIGHLY POWER ARMED CLEARING THE CLOD-PLEKSOV
The substantiation of necessity of working out and release of domestic mountain technics on pressure of a food 3,3 kB (electric motors for a clod-bajnov and long(wall) face conveyors, transformer substations, starting and distributive equipment) is given.
Key words: collieries, the equipment, capacity of the electric drive, mountain cars.
Коротко об авторе ________________________________________________
Плащанский Л.А. - профессор кафедры ЭЭГП,
Беляк В.Л.- аспирант кафедры ЭЭГП, начальник отдела Управления государственного горного и металлургического надзора Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. Московский государственный горный университет,
Moscow state mining university, Russia, ud@msmu.ru
