Биография Автореферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальное
задание
ДонНТУ > Портал магистров > Артеменко О.К. RUS | UKR | ENG

АВТОРЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ РАБОТЫ НА ТЕМУ:
"ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ ШАХТЫ".
Выполнила магистрантка гр. АУП-06М Артеменко О.К.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕМЕ

В настоящее время удорожание электроэнергии вынуждает предприятия, в том числе и угольные шахты, более экономно и рационально использовать энергетические ресурсы. С этой целью на шахтах внедряются различные автоматизированные системы контроля и управления электроснабжением технологических процессов и установок. Основное назначение таких систем – контроль и учет электропотребления и выдача «советов» на отключение энергоемких установок для исключения перерасхода электроэнергии шахтой. Однако не все установки шахты можно отключать, что связано с Правилами безопасности в угольных шахтах, Правилами технической эксплуатации электроустановок или с нарушением режима работы установок, связанных технологически между собой. Поэтому не удается обеспечить рациональное использование электроэнергии и исключить перерасход электроэнергии. В данной работе предлагается дополнить структуру существующих автоматизированных систем контроля и управления электроснабжением шахты устройствами для регулирования режима работы технологических установок с целью рационального электропотребления шахты и минимизации расхода электроэнергии в часы максимальной нагрузки на энергосистему.

Цель работы: разработка системы автоматизированного управления электроснабжением шахты, которая позволяла бы производить регулирование режимов работы шахтных технологических установок с целью снижения потребления электроэнергии данными установками в периоды суток с наибольшей стоимостью электроэнергии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

Новизна данной разработки будет заключаться в том, что при возникновении ситуации, когда при данном режиме работы потребление электроэнергии превысит заявленное значение, разрабатываемая система выдает команды в систему автоматизации заданной установки на регулирование ее режима работы, а не на отключение.

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ ШАХТЫ

1. КОМПЛЕКС УСТРОЙСТВ ТЕЛЕМЕХАНИКИ УТШ

Комплекс устройств теле механики УТШ предназначен для телесигнализации дискретных состояний объектов, телеизмерения текущих и интегральных значений параметров, телеуправления и телерегулирования объектами с дискретными состояниями в системах оперативно-диспетчерского и автоматизированного управления технологическими процессами угольных шахт. Область применения комплекса УТШ – угольные шахты, в том числе опасные по газу или пыли, а также объекты поверхности, расположенные в отапливаемых помещениях в макроклиматических районах с умеренным и холодным климатом.

Комплекс УТШ по выполняемым функциям и назначению изготавливается в трех модификациях: 1 – для очистных забоев (информационная емкость составляет 128 ТС, 64 ТИИ, 40 ТИТ, 32 ТУ, 32 ТР); 2 – для объ¬ектов энергоснабжения (КРУВ, РВД-6) (информационная емкость со¬ставляет 192 ТС, 40 ТИТ, 64 ТУ); 3 – для подготовительных забоев (информационная емкость 128 ТС, 40 ТИТ, 32 ТУ).

Комплекс УТШ обеспечивает замену телемеханической системы ТКУ-2, устройства Ветер-1М, аппаратуры ТСД-1М.

Структурная схема комплекса УТШ приведена на рис. 1. В состав одного комплекта комплекса УТШ входит устройство телемеханики пункта управления ПУ, восемь устройств телемеханики контролируемых пунктов КП и до 32 устройств искробезопасного сопряжения с высоко¬вольтными ячейками УИС (для мод. 2). ПУ (общепромышленное исполнение) устанавливается в диспетчерской. КП (РО исполнение) и УИС (РВ исполнение) размещаются на технологических участках.



Рисунок 1 – Структурная схема комплекса устройств телемеханики УТШ

ПУ содержит восемь блоков телесигнализации БТС, блок телеуправления БТУ с встроенной панелью управления ПТУ, блок оперативного контроля БОК, два искробезопасных блока питания БПИ и блок питания ПУ-БПС

Каждый БТС содержит субблоки: частотного разделения СбЧР, СбИ, обработки информации СбО, вывода сигналов СбВС, цифро-аналоговый преобразователь и дискретно-аналоговый преобразователь ДАП для регистрации местоположения комбайна.

БТУ содержит два субблока кодирования команд СбКК, селектор данных СбСД, субблок обработки сигналов СбО, субблок управления СбУ, два частотных передатчика СбЧУ.

БОК содержит субблок обработки сигналов СбО, субблок вывода сигналов СбВС, цифро-аналоговый преобразователь СбЦАП, панель индикации ПИ, два субблока стабилизаторов СбС.

КП содержит субблоки телесигнализации (СбТС-1, СбТС-2, СбУ), субблоки телеизмерений (СбАК, СбПТ), субблоки телеуправления и телерегулирования (СбДК, СбТР, СбТУ), преобразователь напряжения СбПН и субблоки частотного уплотнения линии связи (СбЧР, СбЧУ, СбИ).

В комплексе УТШ применен совмещенный канал дистанционного искробезопасного питания и высокочастотных каналов связи по шахтным телефонным кабелям.

2. УСТРОЙСТВО «ВЕТЕР-1М»

Устройство телеуправления и телесигнализации "Ветер-1М" предназначено для телемеханического управления вентиляторами местного проветривания (ВМП) и передачи информации от датчиков, имеющих контактный выход, характеризующих состояние ВМП, подачу воздуха в проветриваемый забой, наличие в нем метана сверх установленной правилами безопасности норм. Область применения устройства "Ветер-1М" – системы централизованного диспетчерского управления ВМП, системы автоматического контроля состояния рудничной атмосферы в тупиковых забоях угольных шахт. Кроме того, устройство "Ветер-1М" может использоваться для управления высоковольтными ячейками типа КРУВ-6, РВД-6, водоотливом, шурфовыми вентиляторами и стационарными конвейерными пиниями.

В состав устройства "Ветер-2М" входит аппарат телемеханики пункта управления, 10 аппаратов телемеханики контролируемого пункта и один имитатор для проверки аппаратов КП на поверхности. Выполнение функций ТУ, ТС устройством "Ветер-1М" разрешается одновременно лишь на одном "из 10-ти КП, причем выбор контролируемого пункта производится диспетчером вручную. При этом выбранный КП находится в "рабочем режиме", в то время как все остальные девять КП находятся в "дежурном режиме", когда с каждого КП посылается по одному контрольному сигналу, передача которого запрещается при появлении на КП новой информации. На ПУ режим работы каждого КП контролируется световой сигнализацией.

Структурная схема устройства "Ветер-1М" приведена на рис. 2. Устройство телемеханики управления ПУ формирует и выдает в линию связи сигналы телеуправления, вызова каждого из десяти КП, импульсы синхронизации для обеспечения синхронной работы аппаратов ПУ и КП, принимает с аппаратов КП по линии связи импульсы дежурного режима я сигналы телесигнализации о состоянии контактных датчиков, а также индицирует состояние объектов ТУ, ТС. Устройство телемеханики КП принимает по линии связи с аппарата ПУ сигналы телеуправления, синхроимпульсы и импульсы вызова номера КП, формирует и выдает в линию связи сигналы телесигнализации о состоянии объектов и импульс дежурного режима.



Рисунок 2 – Структурная схема устройства телеуправления и телесигнализации «Ветер-1М»

3. КОМПЛЕКС ОБОРУДОВАНИЯ ПУНКТА УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕМ ОПУЭ

Комплекс ОПУЭ предназначен для технического оснащения рабочего места диспетчера в автоматизированных системах управления энергоснабжением. Комплекс обеспечивает централизованное управле¬ние электропотреблением в периоды "максимумов" нагрузки энергосистемы, управление высоковольтными присоединениями на поверхности шахты и в подземных условиях, учет и контроль расхода активной и реактивной электроэнергии и основных параметров (расход давления, температура) по неэлектрическим видам энергии (горячая, перегретая вода, пар, конденсат, сжатый воздух и др.), а также телефонную и гром¬коговорящую связь.

Комплекс (рис. 3) обеспечивает выполнение своих функций со¬вместно с рядом серийно изготавливаемых приборов и аппаратуры для:



Рисунок 3 – Функциональная схема комплекса учета, контроля и управления электроснабжением

Учет, контроль и управление электропотреблением, включая перечисленные функции, выполняются следующими изделиями: пультом управления энергоснабжением, приставками, совместно с серийно изготавливаемыми устройствами, не входящими в состав ОПУЭ1: комплект 15 ИПГ или комплект ВУМС в составе: микроЭВМ Электроника ДЗ-23; дисплей алфавитно-цифровой; термопечатающее устройство.

Блоки, размешенные в приставках, а также ряд блоков пульта управления энергоснабжения, в том числе клавиатура с блоком прерываний, блоки коммутации, индикации, цифровой индикации, блок реле со¬ставляют в совокупности по отношению к микроЭВМ ДЗ-28 (устанавливаемой на приставке) периферийное устройство ввода-вывода информации УВВ.

Взаимодействие УВВ с микроЭВМ осуществляется через "ввод—вывод" микроЭВМ.

Комплекс ОПУЭ рассчитан на прием сигналов от 64 датчиков. Ввод сигналов от датчиков, которыми являются счетчики электроэнергии с импульсным выходом, в ЭВМ организован с учетом свойств выходного сигнала датчиков и характеристик микроЭВС ДЗ-28. Схема ввода сигналов учитывает следующие факторы:

Для управления энергопотреблением из микроЭВМ выводятся следующие данные:

Кроме оперативной информации из микроЭВМ выводятся команды управления на отключения (блокировку), либо включения (деблокировку) потребителей-регуляторов.

Вывод информации из микроЭВМ осуществляется приставкой

Комплекс обеспечивает бесперебойное питание микроЭВМ при подключении к напряжению сети 220 В от двух независимых вводов, либо при использовании в качестве резервного источника питания автономной аккумуляторной батареи с напряжением 60 ± 6 В. Мощность источника бесперебойного питания 150 В•А.

4. АППАРАТУРА ПОВТОРНОГО ВКЛЮЧЕНИЯ

В современных энергосистемах одним из основных средств повышения надежности работы энергосистем и бесперебойности электропитания потребителей является автоматическое повторное включение (АПВ).

Сущность АПВ состоит в том, что отключившийся элемент системы электроснабжения (если нет запрета на обратное включение) под действием устройства АПВ включается снова под напряжением, и если причина, вызвавшая отключение, исчезла, то данный элемент остается в работе.

Опыт эксплуатации показывает, что очень многие повреждения в системах электроснабжения промышленных предприятий являются неустойчивыми и могут быть самоустранены после кратковременного исчезновения напряжения. В этих случаях эффективно применение АПВ. Устройства АПВ могут быть однократного и многократного действия. С увеличением кратности действия АПВ их эффективность уменьшается. Успешность применения однократного АПВ для воздушных линий в энергосистемах страны составляет 60—75 %, при двукратном – 30-35 % и при трехкратном – 1-5 %.

В подземных электрических сетях угольных шахт напряжением выше 1000 В также широко применяют устройства АПВ и АВР, которые вмонтированы в высоковольтные ячейки ЯВ-6400 и КРУВ-6. Для ячеек РВД-6 система АПВ-АВР разработана в Автоматгормаше и реализована в аппарате защиты АЗС-6. При использовании аппаратуры для автоматизации ЦПП и РПП она обеспечивает:

Электрическая схема устройства однократного АПВ представлена на рис.4.



Рисунок 4 – Электрическая схема устройства однократного АПВ

5. АППАРАТУРА ВКЛЮЧЕНИЯ РЕЗЕРВА

Автоматическое включение резервного питания или оборудования предусматривается во всех случаях, когда перерыв в электроснабжении вызывает убытки, значительно превышающие стоимость установки устройства АВР. Автоматическое включение резервного питания и оборудования линий, силовых трансформаторов, генераторов, электродвигателей, как правило, происходит после их отключения любыми видами защит, а также при ошибочных действиях обслуживающего персонала или самопроизвольном отключении выключателей.

На рис. 5 приведено несколько схем первичных соединений, для которых целесообразно применение АВР.



Рисунок 5 – Примеры использования АВР: а – трансформатора; б – секционного выключателя; в – линии; г – трансформатора собственных нужд питания

В схеме на рис. 5, а предусмотрена нормальная работа подстанции с одним включенным трансформатором Т1. Второй же трансформатор Т2 отключен, что может быть целесообразно как для снижения величины токов к.з., так и для уменьшения суммарных потерь электроэнергии в питающих трансформаторах. В случае отключения работающего трансформатора Т1 АВР включит резервный Т2.

В схеме на рис. 5, б питание каждой секции шин низшего напряжения осуществляется от своего трансформатора. При отключении по любой причине одного из трансформаторов происходит автоматическое включение секционного выключателя, чем подается питание на секцию, оставшуюся без напряжения. Каждая из питающих цепей должна быть рассчитана на длительное протекание тока суммарной нагрузки, присоединенной к обеим секциям. Параллельная работа трансформаторов недопустима либо из-за недостаточной разрывной способности выключателей, установленных на стороне низшего напряжения, либо из-за различных групп соединения трансформаторов.

Когда мощность одного трансформатора недостаточна для питания потребителей обеих секций, действие АВР допустимо только при условии его частичной разгрузки дежурным персоналом или автоматическим путем отключения менее ответственных потребителей для сохранения в работе более ответственных потребителей. При этом нагрузка на обеих секциях или системах шин не должна превышать допустимой для трансформатора, оставшегося в работе, в соответствии с ПТЭ.

В схеме на рис. 5, в один из выключателей резервной линии В5 нормально отключен, а выключатель В6 включен. Обычно такие схемы АВР устанавливаются в месте деления сети, которое осуществляется для ограничения токов к.з., упрощения устройств релейной защиты и т.п.

При повреждении одной из рабочих линий выключатель В5 включается и тем самым восстанавливается питание потребителей подстанций Б или В.

Схема на рис. 5, г обычно применяется для питания устройств собственных нужд электростанций.

Нормально каждая рабочая секция шин питается от Т1 и Т2, при отключении по любой причине рабочего трансформатора АВР включается резервный трансформатор ТЗ.

6. СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕМ ШАХТЫ (СПДЭ)

Система передачи информации для управления электроснабжением угольных шахт, опасных по газу или пыли и внезапным выбросам, обеспечивает:

Структурная схема комплексной автоматизированной системы управления электроснабжением шахт представлена на рис. 6.



Рисунок 6 – Структурная схема комплексной автоматизированной системы управления электроснабжением шахт

В состав системы управления входят:

В СПДЭ принята древовидная топология организации локальной сети (ЛС) с передачей модулированных сигналов между станциями управления. В целом все станции делятся на две группы, в одну из которых входит подземная станция управления (СУП) а во вторую – станция управления диспетчера (СУД). Основой станции управления являются микропроцессорные контроллеры, в определенной мере унифицирующие структуру станций управления, в которых они используются. Все станции подключаются к общему каналу передачи данных, который представляет собой витую пару проводов. Объектами контроля и управления СУП являются высоковольтные ячейки, информация о которых собирается в индивидуальные БС.

Система передачи данных для управления электроснабжением шахты обеспечивает:

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Предварительные результаты исследований приведены [1].

Также к имеющимся результатам можно отнести математическую модель процесса потребления электроэнергии стационарными установками шахты им. М.И. Калинина. С помощью данной модели были проведены исследования, которые позволили оптимизировать процесс энергопотребления.

Моделирование осуществлялось следующим образом.

На первом этапе было задано время работы каждой из установок и потребляемая в процессе работы мощность. Суммарная потребленная за сутки мощность определялась из уравнения:

где ti – время работы i-й установки;
Pi(ti) – потребляемая при работе i-й установки мощность.

График потребления активной мощности за сутки с разбиением суток на тарифные зоны и ограничением по мощности в часы максимума (Pogr(t)) приведен на рис. 1.



Рисунок 1 – График потребления активной мощности за сутки с разбиением суток на тарифные зоны и ограничением по мощности в часы максимума

На втором этапе моделирования был построен график потребляемой электроэнергии.

Потребляемая электроэнергия является первообразной мощности:

Для решения данного уравнения в MathCAD был применен метод целочисленного интегрирования – метод прямоугольников.

График потребления электроэнергии за сутки с разбиением суток на тарифные зоны и ограничением по электроэнергии в часы максимума (W1ogr(t)) приведен на рис. 2.



Рисунок 2 – График потребления электроэнергии за сутки с разбиением суток на тарифные зоны и ограничением по электроэнергии в часы максимума

Заключительным этапом моделирования было определение затрат на электроэнергию в течение суток.

Стоимость 1 кВт•ч электроэнергии имеет различную величину, в зависимости от времени суток (Szs(t)). Затраты на электроэнергию за сутки можно найти по формуле:

График затрат на электроэнергию за сутки с разбиением суток на тарифные зоны приведен на рис. 3.



Рисунок 3 – График затрат на электроэнергию за сутки с разбиением суток на тарифные зоны

В дальнейшем планируется усовершенствование приведенной модели в плане моделирования различных режимов работы шахтных технологических установок. Таким образом, может быть решена одна из задач магистерской работы – моделирование электропотребления технологических установок шахты. Разработка такой модели позволит выявить наиболее оптимальные, с точки зрения экономии электроэнергии и протекания технологического процесса, режимы работы установок и использовать их в качестве уставок для разрабатываемой системы.

Разработка средств учета электроэнергии и средств передачи информации о состоянии технологических установок шахты позволит построить систему с использованием современной элементной базы, что, в свою очередь, повысит быстродействие, точность и надежность системы автоматизации.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. Артеменко О.К., Оголобченко А.С. К вопросу снижения перерасхода электроэнергии на угольных шахтах. / Материалы…
  2. Лаевский С. Б., Демченко Н. П., Бажецев Ю. Г. Автоматизация управления электроснабжением шахт. – М: Недра, 1992. – 296 с.
  3. Півняк Г.Г., Шкрабець Ф.П., Заїка В.Т., Разумний Ю.Т. Системи ефективного енергозабезпечення вугільних шахт. – Дн.: НГУ, 2004.- 206 с.
  4. Руководство по ревизии, наладке и испытанию подземных электроустановок шахт / Сост.: В.А. Чумаков, М.С. Глухов, Э.Р. Осипов и др. Под ред. В.В. Дегтярева, Л.В. Седакова. Утв. Минуглепромом СССР 18.02.88. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1989. – 614 с.
  5. Щуцкий В. И., Волощенко Н. И., Плащанский П. А. Электрификация подземных горных работ: Учебник для вузов - М.: Недра. 1986 - 364 стр.
  6. Ткачев В.В., Козарь Н.В., Проценко С.Н., Шевченко В.И. Компьютерная система автоматизированного управления конвейерным транспортом. / Горный журнал, №6,1999. –С.48-50.
  7. Богопольский Б.Х., Левин М.А . Автоматизация шахтных вентиляторных установок /Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Недра, 1976.- 232с.
  8. Шевчук С.П. Повышение эффективности водоотливных установок - К.: Техника, 1991. - 53с.
  9. Курчавин В.М., Мезенцев А.П. Экономия тепловой и электрической энергии в поршневых компрессорах. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. 81 с.
  10. Назаренко Ц.П. Экономия электроэнергии при производстве и использовании сжатого воздуха. – М.: Энергия, 1976. 103 с.
  11. Данильчук Г.И., Шевчук С.П., Василенко П.К. Автоматизация электропотребления водоотливных установок. – К.: Техніка, 1981. 102 с.
  12. Краткая характеристика шахты им. М.И. Калинина.

ДонНТУ > Портал магистров > Артеменко О.К. RUS | UKR | ENG

Биография Автореферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальное
задание