CC BY
10
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2008 р. Вип. №18
УДК 622.012.2: 621.31
Самойленко В.В.
ВПЛИВ КОМПЕНСАЦП РЕАКТИВНЫХ НАВАНТАЖЕНЬ НА ПРОЕКТН1 ТА ЕКСПЛУАТАЦ1ЙН1 ПОКАЗНИКИ СИСТЕМИ П1ДЗЕМНОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ВУГ1ЛЬН01 ШАХТИ
Розроблено економгко-математичну модель для визначення оптимальноi потуж-Hocmi компенсуеалъних установок е cucmeMi тдземного електропостачання еугтъ-hoí шахти; наведений очжуваний ефект ció зниження перетину еисокоеолътних кабел1в та етрат потужност1 при естаноелент на РПП-б кВ та ЦПП нерегулъо-еаних компенсуеалъних установок. Показано еплие збитку ció eidxmenb напруги у електродеигуте еугледобуених комбаймв на оптималъний pieenb компенсацп. Доведена доцтътстъ застосуеання оперативного контролю за pieneM компенсацп для корегування проектнихршенъ еумоеах експлуатацп.
Вступ
Одшею з добре вщомих причин появи додаткових втрат слсктроснсргп в елементах систем електропостачання е потоки реактивно! потужносп. результатом яких е також попршсння якосп напруги, зниження пропускно! здатносп c.icmchtíb мережи передчасний вихщ з ладу пе-ренавантаженого електрообладнання. Проте для систем тдземного електропостачання (СПЕП) вугшьних шахт, елементи яких мають спещальне виконання i експлуатуються в специф1чних умовах, невиршеними дотепер залишаються питания про доцшьний р1вень компснсацп реактивно! потужносп на р1зних ступенях розподшу слсктроснсргп (ЕЕ) та визначення вузл1в шд-ключення компенсувальних установок (зазвичай це конденсаторш установки (КУ)) як для мереж, що експлуатуються, так i для тих, що проектуються. Актуальшсть цього питания зростае також у зв'язку з безперервним зростанням вартосп снсргорссурав та електрообладнання, зок-рема шахтних кабел1в, перетин яких можливо знизити за умови зниження потоюв реактивно! потужносп в розподшьнш мсрсжл.
Мета роботи
Оптпмпащя перетину розподшьних кабел1в високовольтно! мсрсжл СПЕП вугшьно! шахти, точок шдключення та потужносп КУ з урахуванням обмежень, що накладаються вимогами до якост1 електроенергн у вугледобувних комбайшв за сучасним представлениям звюного кри-Tcpira оптимальносп - míhímymy загальних витрат на спорудження та експлуатащю СПЕП. Ви-хщними даними е розташування високовольтних споживач1в у шахтному пол i. дан i про вико-ристовуваш кабельш л i н i i та i'x довжину, характеристики нормального режиму роботи та потужносп кожного високовольтного електроприймача.
Резулътати досл1джень В основу вщповщно! tcxhíko-ckohomíhhoí модел1 покладено наступи! припущення.
1. Напруга у bcíx вузлах мереж! е незмшною i bíjcythí фазов! зсуви \пж напругою у pÍ3-них вузлах.
2. Компенсащя реактивно! потужносп здшснюеться нерегульованими конденсаторними батареями, потужшсть яких визначаеться середшм значениям и споживання у вузл1 наванта-ження [1].
3. Значения потужносп КУ е величинами безперервними.
4. Вартють КУ е такою, що лшшно зал ежить вщ !х потужносп Q :
* Нац!ональний прничий ун!верситет, асистент
С = с О
ку ку^ку '
де с - питом1 каштальш витрати, грн/квар.
5. Спорудження СПЕП 1 встановлення КУ здшснюеться в першому рощ розрахункового пер ¡оду (Тспор = 1 рЬс), гпеля чого починаеться нормальна експлуатащя, протягом яко! до моменту закшчення розрахункового перюду (Те = Тр - Тспор ) щор1чш витрати 1 вартють ЕЕ (с,) не змшюються.
За таких припущень функщя загальних дисконтованих витрат, аргументами яко! е поту-жшеть Огу та перетин розподшьних кабел1в 1< , мае вигляд:
г
Т„
Щ Щ
2Х+1
1=1 1=1 1=2
Е + Е (С1 + ¿Л)1! К + )
V 1=1 1=1 у
(1 + а)
(1)
г, Архсе ^ сЛРку±дтТ1 +т(в„,г)
1=1
1=2 (1 + а) (=2 (1 + а)
де Тр - розрахунковий перюд, рЬс; а - норматив дисконтування, в.о.; аа,а0 - коефкце-
нти вщрахувань вщ каштальних вкладень вщповщно на реноващю та ремонт 1 обслуговування, в.о.; - кшыасть кабельних лшш в розподшьнш мереж1; с1 + с!¡1'] - функщя, що апроксимуе вартють кабель но!' лшп в залежносп вщ перетину, грн/км; Ц - довжина I -! гшки мережи км;
'бж, ~ максимальш активна (кВт) та реактивна (квар) потужшеть споживання у вузл1 наван-таження, що живиться через I -у плку мережи р - питомий ошр матер¡алу жил кабсл\в (мцц), Ом-мм2/км: х - р1чна клльклеть годин максимальних втрат ЕЕ, годин; II - напруга живлення вузла, де встановлюеться КУ, кВ; Аргу - питом1 втрати активно! потужносп в КУ, кВт/квар; Т1
- тривалють роботи КУ, подключено! до I -! гшки мережи год/рш; У(Огу,1<^ - функщя р1чного
збитку вщ вщхилень напруги на затискачах електродвигушв вугледобувних комбайшв в перь оди !х стопоршня, грн/рш.
В основу юнуючо! методики визначення збитку вщ вщхилень напруги [2] закладено той факт, що тшьки перевантажувальна здатнють та и аналог - р1вень напруги на затискачах комбайнового електродвигуна в режим! перекидання, можуть служити показником якленого елект-ропостачання вуглевидобувних машин з ручним управлшням, а для автоматизованих машин показником, за яким можна судити про я клеть напруги, а отже, 1 про можливу продуктившеть, е р1вень напруги на затискачах електродвигуна комбайна в процес1 його нормально! роботи, так як вш однозначно визначае змшу обертального моменту при вщомих параметрах регулювання.
Функщя Г ((Л,../•') незалежно вщ способу управлшня комбайном може бути розрахована за формулою
де п - клльклеть робочих змш з видобутку вугшля за добу; N - кшьюсть робочих дшв у рощ; Тш - тривалють робочо! змши, год.; 11Г:0 - час на виконання пром1жних та завершальних
операцш у клнщ змши, год.; 3'((Лсу ) ~ експериментально-аналггична економ1чна характеристика зниження збитку, грн/год.
Збиток е монотонною убиваючою функщею, до того ж його залежшеть вщ напруги е не-лшшною. Однак у зв'язку з тим, що в обласи практично можливих значень випадкового аргументу и = (0.8... 1.2)11 иол1 функщя збитку практично мало вщр1зняеться вщ лшшно!, викорис-тання економ1чно! характеристики збитку може бути спрощене шляхом замши на даному ш-
тер вал 1 дшено! фу н кип лшшною. /Пнсаризащя правочпрна. так як вихщна функщя е безперерв-ною { такою, що диференцпоеться.
Лшеаризован! функип збитку мають вигляд: - при ручному регулюванш швидкосгп подач! комбайна
ттв^с1Рапмом рмгщ+(а, -
к„
к
Т,
ЩС + С1Р )
^ ст.ном}
и2
(3)
де т - потужшеть шару вугшля, що виймаеться, м; В - ширина захвату робочого органу виймально! машини, м; у - об емна вага вугшля, т/м ; № - пост ¡й на складова в соб|вартост1 тони вуплля по видобувнш Д1льнищ. грн./т; Ки - косфгшент надшноеп вугледобувного комплексу; Тпр - витрати часу на допо\пжн1 та експлуатацшш операцп. що залежать вщ умов екс-плуатаци, на один робочий цикл, хв.; Рстном - стшка потужшеть комбайна, що вщповщае но-мшальному максимальному моменту двигуна, кВт; Ри - косфщ!€нт. що характеризуе вфопд-шеть роботи комбайна в основному та перевантажувальному режимах; с, с! - коефщенти рхв-няння швидюсно! характеристики; Ь - довжина лави, м; г (/').х(/<) - в!дпов!дно активний та
реактивний ошр дшянки мережл до вузла живлення вугледобувного комплексу в залсжносп вщ перетину, Ом;
- для автоматизованих виймальних машин приймаеться, що номшальшй напрут на зати-скачах електродвигуна вщповщае \ номшальне значения уставки регулятора, а вщповщно, при цьому забезпечуеться 1 номшальна продуктившеть. Для випадку, коли регульованою величиною е струм, сконо\пчна характеристика збитку мае вигляд:
( .
60тВ^с1Рном
у(Оку^) = 10
К..
К,
Т
пр
ь
(С + С1Р )
V ном)
д _ И/}
ди с * и=1 и2
(4)
де Рном - корисне навантаження на валу електродвигуна при номшальшй напрут та момент!, кВт; и = и/ияом - 61ДН0СНС значения напруги на затискачах електродвигуна; тс - кратность моменту сил опору по вщношенню до но\пнального моменту.
Риисння оптимиащйно! задач! за розробленою моделлю методом найшвидшого спуску для системи пщземного електропостачання шахти (рис. 1) показало, що загальн! витрати на спорудження та експлуатащю шдзсмноУ слсктромсрсжл знижуються при встановленн! КУ на шинах РГТГТ-6 и ЦПП в СПЕГТ. У таблиц! 1 наведен! дан! для плок фрагменту схеми (див. рис. 1), позначених у кружечках.
Таблиця 1 - Результата розрахунку потужностей КУ в розподшьнш мерою 6 кВ шахта
Номер гшки Характеристика спожи-вач1в Можли-вютьзни- ження перетину кабелю на одну ступень Середня реактивна потуж-шеть, квар Потуж-шеть КУ без врахування збитку, квар Потужшсть КУ п врахуванням збитку при регулюванш швидкосп подач1 у режим! Загальш ви-трати без врахування компенсацп реактивних навантажень, тис.грн. Загальш витрати при вста-новленш КУ, тис. грн.
ручному, квар автоматичному, квар
6 Електровоз-ний транспорт + 228 0 0 0 2312 2205
13 Проходка, видобуток - 534 534 534 534
14 Конвеерний транспорт - 267 0 0 0
26 Конвеерний транспорт - 206 1 24 14
27 Видобуток, конвеерний транспорт - 395 295 326 312
Висноеки
Врахування на стадп проектування системи шдземного електропостачання шахта встано-влення компенсувальних установок на РПП-6 кВ та ЦПП дозволяе знизити на одну ступень пе-ретин стовбурних кабел1в.
Вплив збитку вщ вщхилень напруги у електродвигушв вугледобувних комбайшв на оп-тимальний р1вень компенсацп реактивних навантажень не змшюе структуру розподшу КУ по вузлах, але збшыпуе 1х необхщну потужнють, тому доцшьнють його врахування при розрахун-ках р1вня компенсацп реактивних навантажень повинна виршуватися в кожному конкретному випадку окремо.
В умовах експлуатацп ¡нтегрування алгоритму виршення задач 1 оптимально! компенсацп реактивних навантажень до системи енергомошторингу дозволить за реальним р1внем електро-споживання контролювати проекта! ршення та оцшювати доц!льн!сть зм!ни у пер!од експлуатацп потужносп компенсувальних установок у будь-якому визначеному вузл! СПЕП.
Перел1к посиланъ
1. Зажа В. Т. ГБдвищення ефективносп систем шдземного електропостачання вугшьних шахт за рахунок компенсацп реактивно! потужност! / В. Т. Зажа, А. О. Лапа, В. В. Недоступенко II Прнича електромехашка та автоматика: Наук. - техн. зб. - 2004. - Вип. 72. - С. 39-44.
2. Методика оценки ущерба от отклонений напряжения при выемке угля / С.А. Волоткоеский, В.И. Тесленко, В. Т. Заика и др. II Горная электромеханика и автоматика: Научн. - техн. сб. -1975.-Вып. 27.-С. 75-79.
Рецензент: С.1. Випанасенко, д-р техн. наук, проф., НГУ
Стаття надшшла 31.03.2008
