Українська  English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Шахтный низковольтный электротехнический комплекс характеризуются наличием общей низковольтной трансформаторной подстанции, автоматических выключателей и совокупностью пускателей по числу электрических потребителей. В качестве электропотребителей обычно применяются асинхронные двигатели с фазными и короткозамкнутыми роторами. Комбинированная низковольтная электрическая сеть участка шахты представляется совокупностью разветвленной системы гибких и бронированных кабелей большой длины.

1. Актуальность темы

Применяемое в шахтах электрооборудования, кабели и системы электроснабжения должны обеспечивать электробезопасность работников шахты, а также взрыво и пожаробезопасность.

В шахтной участковой сети имеет место наибольшее число повреждений по сравнению с другими участками электроснабжения шахты.

Ограниченность пространства в горных выработках при недостаточной освещенности значительно усложняет монтаж, обслуживание и профилактический ремонт электрооборудования. Из-за несвоевременного устранения неисправностей, возникших в электрическом оборудовании, а также в результате ошибочных действий обслуживающего персонала в рудничном электрическом оборудовании возникают частые короткие замыкания (к.з.).

Рудничное электрооборудование подвергается влиянию влажной атмосферы и угольной пыли. В условиях эксплуатации угольная пыль и влага оседает на поверхности электроизоляционных деталей электрического оборудования, в результате чего появляются токи утечки, которые при определенных условиях перерастают в токи короткого замыкания. При периодических нагревах и охлаждении рудничного электрооборудования может образовываться роса, которая также будет создавать условия для возникновения к.з. В результате проведенных наблюдений установлено, что отказы автоматических выключателей АВ из-за нарушения изоляции между фазами составляют 17,6 % от общего числа отказов.

Существующие средства максимальной токовой защиты построены на основе контроля величины тока в присоединении и сравнении этого тока с заранее заданной уставкой и дальнейшем отключении аварийного участка при превышении током этой уставки. Однако такой принцип предполагает определенную задержку во времени обнаружения процесса к.з., что связано с необходимостью достижения током заданной уставки. Кроме того, существует вероятность ошибки персонала при расчете и настройке уставок срабатывания средств максимальной токовой защиты. Поэтому актуальным является разработка средства защиты от к.з. повышенного быстродействия, построенном на автономном принципе обнаружения аварийного процесса без вмешательства обслуживающего персонала.

2. Анализ технологического процесса проходки горных выработок как объекта автоматизации

Технологический процесс проходческих работ в комплексно-механизированном проходческом забое с комбайновой выемкой включает следующие основные операции:

  1. Разрушения горного массива проходческих комбайнов и нагрузки отбитого угля на ленточный конвейер;
  2. Передвижка механизированной крепи и става конвейера, крепления выработанного пространства;
  3. Проветривание проходческого забоя.

Процесс разрушения угольного массива характеризуется изменчивостью физико-механических свойств угля, а также изменением гипсометрии и мощности пласта.

Рисунок 1 – Технологеская схема проведения процесса проходки комбайном

На рисунке 1 приведена схема проведения процесса проходки комбайном угля:

  1. Проходческий комбайн;
  2. Перегружатель;
  3. Состав вагонеток;
  4. Скребковый конвейер;
  5. Ленточный конвейер.

Процесс разрушения угольного массива включает в себя:

  1. Автоматическое регулирование нагрузки комбайна. Регулировка нагрузки электродвигателей комбайна позволяет более эффективно использовать энергетические возможности поводу, повысить производительность комбайна, увеличить срок его службы благодаря снижению динамических перегрузок, освободить машиниста непрерывного управления скоростью подачи.
  2. Управление перемещением комбайна в профиле пласта необходимо для обеспечения максимальной выемки полезного ископаемого и нормальных условий работы оборудования комплекса в соответствии с технологическими требованиями [1].

3. Обоснование направления автоматизации технологического процесса проходки горных выработок

Подавляющее большинство известных технических решений, которые можно отнести к максимальной токовой защите в шахтном участковом электротехночном комплексе, отрабатывают функцию обнаружения тока короткого замыкание со стороны источника питания (КТП) и быстродействующее отключение энергетического потока этого источника от электрического присоединения, в котором возникло межфазное короткое замыкание. Соответствующие исполнительные устройства и устройства проявления тока к.з. можно разделить на устройства непосредственной и устройства непрямого действия. Последние действия должны быть приведены в работу по командам от соответствующих устройств автоматического обнаружения тока к.з. Основной принцип обнаружения тока короткого замыкания, который отрабатывается средствами максимально токовой защиты шахтных участковых сетей является сравнение фактического тока сети с заранее заданной уставкой и формирование команды на отключение коммутационного аппарата в случае превышения этим током величины уставки. Отличительной особенностью устройств непрямого действия (УМС, ПМЗ и др.) Является то, что измерительный параметр образуется вторичными токами трансформа торов токовой защиты, сравнительная функция отрабатывается электрической схеме, в которой предусмотрена возможность регулировки уставки срабатывания.

Существующие средства максимальной токовой защиты построены на основе контроля величины тока в присоединении и сравнении этого тока с заранее заданной уставкой и дальнейшем отключении аварийного участка при превышении током этой уставки. Однако такой принцип предполагает определенную задержку во времени обнаружения процесса к.з., что связано с необходимостью достижения током заданной уставки. Кроме того, существует вероятность ошибки персонала при расчете и настройке уставок срабатывания средств максимальной токовой защиты [2].

К основным параметрам, характеризующие работу электротехнического комплекса шахтной участка относят:

  1. Проходческий комбайн
  2. Вторичная обмотка рудничной трансформаторной подстанции ВСТП-630 (Rтр = 0,018 Ом, Хтр = 0,078 Ом);
  3. Кабельная линия длиной 250 м (кабель марки КГЭШ 3*70А, Rk = 0,281 Ом/км, Lk = 0,252 * 10-3Гн/км, Ck = 0,87 * 10-6 Ф/км;
  4. Асинхронный двигатель (1ЭКВ3 ,5-200, Uн = 660В, Рн = 280кВт);
  5. Автоматический выключатель (tср = 6мс).

С помощью разработанной модели воспроизведены графически поведение исследуемого объекта.

На рис. 2 представлена соответствующая SimPowerSystem - модель, состоит из следующих частей:

  1. Вторичная обмотка рудничной трансформаторной подстанции - ВСТП -630–Three-PhaseSeriesRLCBranch;
  2. Кабельная линия длиной 250 м – PiSectionLine 1-6;
  3. Асинхронный двигун1ЭКВ3 ,5-200 – AsynchronousMachineSIUnits;
  4. Автоматический выключатель – Three-PhaseBreaker;
  5. Блок короткозамыкателя – Three-PhaseFault.

Рисунок 2 – SimPowerSystem-модель участковой сети, принятая для исследования переходных процессов при возникновении коротких замыканий

Было промоделировано 3-фазное к.з. и получены соответствующие зависимости изменения тока в месте повреждения, периодическую и апериодическую составляющие тока к.з. [3].

зависимости изменения тока при 3-фазном к.з.

Рисунок 3 – зависимости изменения тока при 3-фазном к.з.

В результате выполненных исследований компьютерной модели шахтной участковой электросети установлен характер изменения тока к.з. переходный процесс сопровождается возникновением апериодической составляющей тока к.з., характеризующееся наличием активно-индуктивных сопротивлений от питающей трансформаторной подстанции до места замыкания.

Приведенная модель позволяет анализировать процессы при изменении параметров объекта исследования. Разрабатываемый устройство защиты строится на основе контроля наличия этой апериодической составляющей, которая возникает в начальный момент существования к.з.

4. Разработка устройства защиты системы автоматизации технологического процесса проходки горной выработки

Рисунок 4 – Структурная схема устройства защиты от к.з. с функцией ускоренного срабатывания

ДТ1-ДТ3 – Датчики тока;

БП – блок питания;

УУ – управляющее устройство;

И – индикация;

МК – микроконтроллер.

На основе разработанной структурной схемы (рис. 4) разрабатывается функциональная схема устройства, которая представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Функциональная схема устройства защиты от к.з. с функцией ускоренного срабатывания (анимация: 5 кадров, интервал 1000 м/с, 46 килобайт)

Схема работает следующим образом: Напряжение поступает в сеть. Сигналы от датчиков тока ДТ через делитель напряжения RP поступают на аналогово-цифровой преобразователь. Полученный сигнал поступает на блок ввода-вывода информации микроконтроллера (МК). МК производит обработку и необходимые измерения. По результатам измерений сравнивает предоставлении параметры колебаний амплитуд тока со стандартными значениями амплитуд при нормальном режиме электроснабжения. В случае, если все параметры в норме, то ничего не происходит. Если же колебания амплитуд отклоняется от нормы, то выдается сигнал об аварийной ситуации на блок управления УУ, которых отключает пускатель привода комбайна. Также с микроконтроллера выходят сигналы по управлению работой световой индикации И.

При наличии напряжения в сети сигналы от датчиков тока ТА1-ТА3 через делитель напряжения RP подаются на аналогово-цифровой преобразователь. Полученный сигнал поступает в блок ввода-вывода информации микроконтроллера (DD1), который производит обработку данных в соответствии с алгоритмом работы (рис. 6) и, в случае возникновения короткого замыкания, передает сигнал об аварийной ситуации в блок управления VT, который отключает коммутационный аппарат аварийного присоединения, а также в блок световой индикации HL.

Принцип действия основан на контроле длительности интервалов несовпадения выходных импульсов датчиков тока U1–U3 и дополнительных последовательностей импульсов U4–U6, сформированных микропроцессорной системой контроля. В нормальном режиме электропитания продолжительность и скважность каждого из этих импульсов составляет π радиан, а фазовый сдвиг между импульсами двух смежных фаз – π/3 рад. При несовпадение входных импульсов и дополнительных импульсов соответствующих фаз (U1 и U4; U2 и U5; U3 и U6) формируются сигналы U7–U9. Продолжительность каждого из этих сигналов составляет разницу между длительностью импульсов при нормальном режиме электропитания и фактически существующих импульсов, поступающих от датчиков тока.

В момент времени КЗ происходит короткое замыкание в питающем кабеле электросети. Длительность и скважность импульсов U1, U2, U3 изменяется, что обусловлено наличием апериодической составляющей тока к.з. и, соответственно, несимметрией полного тока. Это приводит к формированию сигналов U7–U9 и появлению импульса на выходе (сигнал U10), поступающего на исполнительное устройство, коммутирующее цепи управления силовым коммутационным аппаратом, выполняющим быстродействующее защитное отключение напряжения питания [4].

Рисунок 6 – Алгоритм работы средства автоматического защиты от короткого замыкания с функцией ускоренного срабатывания

Выводы

Таким образом, предложенная компьютерная модель и обоснованные допущения позволили установить характер изменения параметров тока короткого замыкания, состоящего из периодической и апериодической составляющих. Несимметрия полного тока к.з. относительно оси времени (обусловлена наличием апериодической составляющей) однозначно свидетельствует о начальном этапе существования режима короткого замыкания в ЭТК участка шахты. Обоснован алгоритм работы и схема устройства автоматической защиты от токов короткого замыкания с функцией ускоренного срабатывания, работа которого основана на контроле указанного параметра.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2014 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  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.