Русский  English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Шахтний низьковольтний електротехнічний комплекс характеризуються наявністю загальної низьковольтної трансформаторної підстанції, автоматичних вимикачів і сукупністю пускачів за кількістю електричних споживачів. В якості електроспоживачів зазвичай застосовуються асинхронні двигуни з фазними і короткозамкненими роторами. Комбінована низьковольтна електрична мережа дільниці шахти представляється сукупністю розгалуженої системи гнучких і броньованих кабелів великої довжини.

1. Актуальность темы

Застосовуване в шахтах електроустаткування, кабелі та системи електропостачання повинні забезпечувати електробезпеку працівників шахти, а також вибухо і пожежобезпечність.

У шахтної дільничної мережі має місце найбільше число ушкоджень у порівнянні з іншими дільницями електропостачання шахти.

Обмеженість простору в гірничих виробках при недостатній освітленості значно ускладнює монтаж, обслуговування і профілактичний ремонт електрообладнання. Через несвоєчасне усунення несправностей, що виникли в електричному обладнанні, а також у результаті помилкових дій обслуговуючого персоналу в рудниковому електричному обладнанні виникають часті короткі замикання (к.з.).

Рудникове електричне обладнання підпадає під вплив вологої атмосфери і вугільного пилу. В умовах експлуатації вугільний пил і волога осідає на поверхні електроізоляційних деталей електричного обладнання, в результаті чого зʼявляються струми витоку, які за певних умов переростають у струми короткого замикання. При періодичних нагрівах і охолодженні рудничного електричного обладнання може утворюватися роса, яка також буде створювати умови для виникнення к.з. В результаті проведених спостережень встановлено, що відмови автоматичних вимикачів АВ через порушення ізоляції між фазами складають 17,6 % від загального числа відмов.

Існуючі засоби максимального струмового захисту побудовані на основі контролю величини струму в приєднанні та порівнянні цього струму з наперед заданою уставкою і подальшому відключенні аварійної дільниці при перевищенні струмом цієї уставки. Однак такий принцип передбачає певну затримку у часі виявлення процесу к.з., що пов’язано з необхідністю досягнення струмом заданої уставки. Окрім того, існує вірогідність помилки персоналу при розрахунку та налаштуванні уставок спрацьовування засобів максимального струмового захисту. Тому актуальним є розробка засобу захисту від к.з. підвищеної швидкодії, побудованому на автономному принципі виявлення аварійного процесу без втручання обслуговуючого персоналу.

2. Аналіз технологічного процесу проходки гірських виробок як обʼєкта автоматизації

Технологічний процес прохідницьких робіт в комплексно-механізованому прохідницькому вибої з комбайновою виїмкою включає наступні основні операції:

  1. руйнування гірського масиву прохідницьким комбайном і навантаження відбитого вугілля на стрічковий конвеєр;
  2. пересувка механізованого кріплення і става конвеєра, кріплення виробленого простору;
  3. провітрювання прохідницького вібою.

Процес руйнування вугільного масиву характеризується мінливістю фізико-механічних властивостей вугілля, а також зміною гіпсометрії і потужності пласта.

Рисунок 1 – Технологічна схема проведення процесу проходки комбайном

На рисунку 1 наведена схема проведення процесу проходки комбайном вугілля:

  1. Прохідницький комбайн;
  2. Перевантажувач;
  3. Склад вагонеток;
  4. Скребковий конвеєр;
  5. Стрічковий конвеєр.

Процес руйнування вугільного масиву включає в себе:

  1. Автоматичне регулювання навантаження комбайна. Регулювання навантаження електродвигунів комбайна дозволяє більш ефективно використовувати енергетичні можливості приводу, підвищити продуктивність комбайна, збільшити термін його служби завдяки зниженню динамічних перевантажень, звільнити машиніста від безперервного керування швидкістю подачі.
  2. Керування переміщенням комбайна в профілі пласта необхідно для забезпечення максимальної виїмки корисної копалини і нормальних умов роботи устаткування комплексу відповідно до технологічних вимог [1].

3. Обгрунтування напряму автоматизації технологічного процесу проходки гірських виробок

Переважна більшість відомих технічних рішень, які можуть бути віднесені до максимального струмового захисту в шахтному дільничному електротехнічному комплексі, відпрацьовують функцію виявлення струму короткого замикання з боку джерела живлення (КТП) та швидкодіюче відключення енергетичного потоку цього джерела від електричного приєднання, у якому виникло міжфазне коротке замикання. Відповідні виконавчі пристрої та пристрої виявлення струму к.з. можна поділити на пристрої безпосередньої і пристрої непрямої дії. Останні дії мають бути приведені в роботу за командами відповідних пристроїв автоматичного виявлення струму к.з. Основний принцип виявлення струму короткого замикання, який відпрацьовується засобами максимального струмового захисту шахтних дільничних мереж є порівняння фактичного струму мережі з наперед заданою уставкою і формування команди на відключення комутаційного апарата в разі перевищення цим струмом величини уставки. Відмінною особливістю пристроїв непрямої дії (УМЗ, ПМЗ та ін.) є те, що вимірювальний параметр утворюється вторинними струмами трансформа-торів струмового захисту, порівняльна функція відпрацьовується електричною схемою, у якій передбачена можливість регулювання уставки спрацьовування.

Існуючі засоби максимального струмового захисту побудовані на основі контролю величини струму в приєднанні та порівнянні цього струму з наперед заданою уставкою і подальшому відключенні аварійної дільниці при перевищенні струмом цієї уставки. Однак такий принцип передбачає певну затримку у часі виявлення процесу к.з., що пов’язано з необхідністю досягнення струмом заданої уставки. Окрім того, існує вірогідність помилки персоналу при розрахунку та налаштуванні уставок спрацьовування засобів максимального струмового захисту [2].

До основних параметрів, що характеризують роботу електротехнічного комплексу шахтної дільниці відносять:

  1. Вторинна обмотка рудничної трансформаторної підстанції ВСТП–630 (Rтр = 0,018Ом, Хтр = 0,078 Ом);
  2. Кабельна лінія довжиною 250 м (кабель марки КГЕШ 3*70А, Rk = 0,281Ом/км, Lk = 0,252*10-3Гн/км, Ck = 0,87*10-6 Ф/км);
  3. Асинхронний двигун (1ЭКВ3,5-200, Uн = 660В, Рн = 280кВт);
  4. Автоматичний вимикач (tср = 6мс).

За допомогою розробленої моделі відтворено графічно поведінку досліджуваного об’єкта.

На рис. 2 представлена відповідна SimPowerSystem-модель, що складається з наступних частин:

  1. Вторинна обмотка рудничної трансформаторної підстанції ВСТП-630 – Three-PhaseSeriesRLCBranch;
  2. Кабельна лінія довжиною 250 м – PiSectionLine 1-6;
  3. Асинхронний двигун1ЭКВ3,5-200 – AsynchronousMachineSIUnits;
  4. Автоматичний вимикач – Three-PhaseBreaker;
  5. Блок короткозамикача – Three-PhaseFault.

Рисунок 2 – SimPowerSystem-модель дільничної мережі, прийнята для дослідження перехідних процесів при виникненні коротких замикань

Було промодельоване 3-фазне к.з. і отримані відповідні залежності зміни струму в місці ушкодження,періодичну та аперіодичну складові току к.з..

Рисунок 3 – Залежності зміни струму при 3-фазному к.з.

В результаті виконаних досліджень комп’ютерної моделі шахтної дільничної електромережі встановлений характер зміни струму к.з. перехідний процес супроводжується виникненням аперіодичної складової струму к.з., що характеризується наявністю активно-індуктивних опорів від живлячої трансформаторної підстанції до місця замикання.

Наведена модель дозволяє аналізувати процеси при зміні параметрів об’єкта дослідження. Розробляємий пристрій захисту будується на основі контролю наявності цієї аперіодичної складової, яка виникає в початковий момент існування к.з. [3].

4. Розробка пристрою захисту системиавтоматизації технологічного процесу проходки гірничої виробки

Рисунок 4 – Структурна схема пристрою захисту від к.з. з функцією прискореного спрацьовування

ДТ1-ДТ3 – Датчики току;

БП – Блок живлення;

УУ – керуючий пристрій;

И – індикація;

МК – мікроконтролер.

На основі розробленої структурної схеми (рисунок 4) розробляється функціональна схема пристрою, яка представлена на рисунку 5.

Рисунок 5 – Функціональна схема пристрою захисту від к.з. з функцією прискореного спрацьовування (анімація: 5 кадрів, інтервал 1000 м/с, 46 кілобайт)

Схема працює наступним чином: Напруга надходить в мережу. Сигнали від датчиків току ДТ через дільник напруги RP надходять на аналогово-цифровий перетворювач. Отриманий сигнал надходить на блок вводу-ввиводу інформації мікроконтролера (МК). МК робить обробку і необхідні виміри. По результатам вимірів зрівнює наданні параметри коливань амплітуд струму із стандартними значеннями амплітуд при нормальному режимі електропостачання. У випадку, якщо всі параметри в нормі, то нічого не відбувається. Якщо ж коливання амплітуд відхиляється від норми, то видається сигнал про аварійну ситуацію на блок управління УУ, яких відключає пускач приводу комбайна. Також з мікроконтролера виходять сигнали по управлінню роботою світової індикації И.

При наявності напруги в мережі сигнали від датчиків струму ТА1-ТА3 через дільник напруги RP подаються на аналогово-цифровий перетворювач. Отриманий сигнал надходить до блоку вводу-ввиводу інформації мікроконтролера (DD1), який виробляє обробку даних відповідно до алгоритму роботи (рис. 5) і, в разі виникнення короткого замикання, передає сигнал про аварійну ситуацію в блок управління VT, який відключає комутаційний апарат аварійного приєднання, а також в блок світлової індикації HL.

Принцип дії заснований на контролі тривалості інтервалів неспівпадання вихідних імпульсів датчиків струму U1–U3 і додаткових послідовностей імпульсів U4–U6, сформованих мікропроцесорної системою контролю. У нормальному режимі електроживлення тривалість і шпаруватість кожного з цих імпульсів становить π радіан, а фазовий зсув між імпульсами двох суміжних фаз – π/3 радий. При розбіжність вхідних імпульсів і додаткових імпульсів відповідних фаз (U1 і U4; U2 і U5; U3 і U6) формуються сигнали U7–U9. Тривалість кожного з цих сигналів складає різницю між тривалістю імпульсів при нормальному режимі електроживлення і фактично існуючих імпульсів, що надходять від датчиків струму.

У момент часу КЗ відбувається коротке замикання в живильному кабелі електромережі. Тривалість і шпаруватість імпульсів U1, U2, U3 змінюється, що обумовлено наявністю аперіодичної складової струму к.з. і, відповідно, несиметрією повного струму. Це призводить до формування сигналів U7–U9 і появі імпульсу на виході (сигнал U10), що надходить на виконавчий пристрій, коммутирующее ланцюга управління силовим комутаційним апаратом, який виконує швидкодійне захисне відключення напруги живлення [4].

Рисунок 6 – Алгоритм роботи засобу автоматічного захисту від короткого замикання с функцією прискоренного спрацьовування

Висновки

Таким чином, запропонована компʼютерна модель та обгрунтовані припущення дозволили встановити характер зміни параметрів струму короткого замикання, що складається з періодичної і аперіодичної складових. Несиметрія повного струму к.з. щодо осі часу (обумовлена ​​наявністю аперіодичної складової) однозначно свідчить про початковий етап існування режиму короткого замикання в ЕТК дільниці шахти. Обгрунтовано алгоритм роботи і схема пристрою автоматичного захисту від струмів короткого замикання з функцією прискореного спрацювання, робота якого заснована на контролі зазначеного параметра.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2014 року. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. Справочник энергетика угольной шахты / [Дзюбан В.С., Ширнин И.Г., Ванеев Б.Н., Гостищев В.М.]; под общ. ред. Ванеева Б.Н. – [2-е изд.] – Донецк, ООО «Юго-Восток Ltd.», 2001 – Т2, - С. 404-418.
  2. Переходные процессы в системах электроснабжения: учебник [для студентов высших учебных заведений] / [Пивняк Г.Г., Винославский В.Н., Рыбалко А.Я., Незен Л.И.]; под ред. академика НАН Украины Пивняка Г.Г. - [3-е изд.]. - М. Энергоатомиздат; Днепропетровск. НГУ, 2003.- 548 с.
  3. Муравьев В.П. Расчет электрических сетей угольных предприятий / В.П. Муравьев. – М.: изд- во «Надра», 1975. - 184 с.
  4. Маренич К.М. Електрообладнання технологічних установок гірничих підприємств: підручник [для студентів вищих навч. закл.] / К.М. Маренич, В.В. Калінін, Ю.В. Товстик;І.Я Лізан, В.В. Коломієць. – Донецьк: ДонНТУ, Харків: УІПА, 2009. – 372 с.
  5. Дзюбан В.С. Аппараты защиты от токов утечки в шахтных электрических сетях / В.С. Дзюбан. - М.: Недра, 1982. - 152 с.
  6. Маренич К. Н. Моделирование процесса короткого замыкания в низковольтном электротехническом комплексе участка шахты с учетом влияния электропотребителя / К. Н. Маренич, И. В. Ковалёва // Наукові праці Донецького національного технічного університету, серія електротехніка і енергетика. - Донецьк: ДонНТУ, 2007. - Вип. 7(128). - С.146-149.
  7. Муравйов В.П. Розрахунок електричних мереж вугільних підприємств. М. , вид-во «Надра » , 1975.-е. 184.