Метод визначення потужності аварійної броні електропостачання вугільних шахт

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 621.311:622.012.2

Метод визначення потужності аварійної броні електропостачання вугільних шахт

Спеціальність 05.09.03 - Електротехнічні комплекси та системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Рухлов Артем Володимирович

Дніпропетровськ 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України на кафедрі систем електропостачання (м. Дніпропетровськ).

Захист відбудеться 12 травня 2005 р. о 14-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. Карла Маркса, 19, корпус 1, ауд. 1/102

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. Карла Маркса, 19)

Автореферат розісланий 2 квітня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради канд. техн. наук, доцент А.А. Колб

вугілля потужність шахта енергія

АНОТАЦІЯ

Рухлов А.В. Метод визначення потужності аварійної броні електропостачання вугільних шахт. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.09.03 - Електротехнічні комплекси і системи. - Національний гірничий університет. - Дніпропетровськ. - 2005.

Дисертація присвячена питанням обґрунтування зниження потужності аварійної броні електропостачання вугільних шахт, що споживається і заявляється, шляхом вирівнювання групового графіка електричних навантажень і зниження потужності електроприймачів аварійної броні за наявності такої можливості.

Виконаний аналіз положень діючих директивних документів, регламентуючих аварійну броню електропостачання підприємств, а також "Актів екологічної, аварійної і технологічної броні електропостачання споживача" і діючого методу визначення цих навантажень, який свідчить про некоректне віднесення електроприймачів до аварійної броні і її розрахунок.

Виявлені специфічні особливості вугільних шахт в порівнянні з іншими промисловими підприємствами, що полягають в можливості втратити механізовані видобувні комплекси в результаті взаємодії бічних порід вугільного пласта з гідростійками пересувного кріплення. Це приводить до необхідності віднесення до електроприймачів аварійної броні машин і механізмів, що беруть участь в оновленні ліній очисних вибоїв і доставці вугілля на поверхню.

Розроблені алгоритми моделювання індивідуальних графіків електричного навантаження на період дії аварійної броні електропостачання для водовідливної установки і для процесу по оновленню ліній очисних вибоїв. Розроблена імітаційна модель формування групових графіків електричного навантаження і визначення потужності аварійної броні вугільних шахт для двох характерних періодів обмеження електропостачання.

Ключові слова: аварійна броня електропостачання, електроприймач, технологічна установка, вугільна шахта, графік електричних навантажень, технологічний процес.

АННОТАЦИЯ

Рухлов А.В. Метод определения мощности аварийной брони электроснабжения угольных шахт. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы. - Национальный горный университет. - Днепропетровск. - 2005.

Диссертация посвящена вопросам обоснования снижения потребляемой и заявляемой мощности аварийной брони электроснабжения угольных шахт путем выравнивания группового графика электрических нагрузок и снижения мощности электроприемников аварийной брони при наличии такой возможности.

Выполнен анализ положений действующих директивных документов, регламентирующих аварийную броню электроснабжения предприятий, а также "Актов экологической, аварийной и технологической брони электроснабжения потребителя" и действующего метода определения этих нагрузок, который свидетельствует о некорректном отнесении электроприемников к аварийной броне и ее расчете.

Выявлены специфические особенности угольных шахт по сравнению с другими промышленными предприятиями, заключающиеся в возможности потерять добычные механизированные комплексы в результате взаимодействия боковых пород угольного пласта с гидростойками передвижной крепи, которое проявляется в снижении их конструктивной раздвижности. Это приводит к необходимости отнесения к электроприемникам аварийной брони машин и механизмов, участвующих в процессе обновления линий очистных забоев ы доставке угля на поверхность.

Показано, что технологические режимы угольной шахты на период действия аварийной брони отличаются от нормальных условий их функционирования, что вызвано новыми режимами работы оборудования по обновлению линий очистных забоев. Предлагаемые технологические режимы позволяют обеспечить выполнение всех необходимых для сохранности производства и безопасности рабочих технологических процессов.

Разработаны алгоритмы моделирования индивидуальных графиков электрической нагрузки на период действия аварийной брони электроснабжения для водоотливной установки и процесса обновления линий очистных забоев при двух режимах выполнения указанных работ (обновление лав по одной и по потокам).

Разработана имитационная модель формирования групповых графиков электрической нагрузки и определения мощности аварийной брони электроснабжения угольных шахт для двух характерных периодов ограничения электроснабжения: I - до начала ведения работ по обновлению линий очистных забоев, II - после наступления этого момента.

Ключевые слова: аварийная броня электроснабжения, электроприемник, технологическая установка, угольная шахта, график электрических нагрузок, технологический процесс.

THE SUMMARY

Rukhlov A.V. The decision method of the power supply emergency reservation of coal mines. - Manuscript.

The thesis on competition of scientific degree of the candidate of technical sciences by specialty 05.09.03 - Electrotechnical complexes and systems. - National mining university. - Dnepropetrovsk. - 2005.

The thesis is devoted to the questions of decline ground of consumable and declared of the power supply emergency reservation of coal mines by smoothing of the group electric loading diagrams and decline of electro-receivers power of emergency reservation at presence of such possibility.

The analysis of positions of the operating directive documents regulating of power supply emergency reservation of enterprises is executed, and also "Acts of ecological, emergency and technological reservation of user power supply" and operating method of these loading decision, which testifies to the improper attributing of electro-receivers to emergency reservation and its computation.

The specific features of coal mines on comparison from other industrial enterprises are exposed, consisting in possibility to lose the booty mechanized complexes as a result of co-operation of lateral breeds of coal layer with hydro support movable fasten. This results in the necessity of attributing to the emergency reservation electro-receivers of machines and machineries participating in the upgrade of coal face lines and delivery of coal on surface.

The modeling algorithms of the individual electric loading diagrams are developed on the period of action of power supply emergency reservation for the pumping installation and for process on the upgrade of coal face lines. The imitation model of forming of the group electric loading diagrams and decision of power supply emergency reservation of coal mines for two characteristic periods of power supply limitation is developed.

Keywords: emergency reservation of power supply, electro-receiver, technological installation, coal mine, electric loading diagram, technological process.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Використання кам'яного вугілля як основного виду палива для теплоелектростанцій перетворює вугільні шахти фактично на одну з провідних ланок всієї паливно-енергетичної промисловості України. Проте їх стійка робота залежить як від забезпечення електроенергією цих підприємств в умовах нормального функціонування, так і при обмеженнях електропостачання, вірогідність появи яких існує та підтверджується природними катаклізмами і подіями, пов'язаними з людським чинником.

Діючими в Україні "Правилами користування електричною енергією" при розгляді взаємовідносин енергопостачальної організації і споживача передбачаються умови забезпечення електроенергією останнього при аварійних режимах в енергосистемі. Для таких умов в Україні розроблена "Інструкція про порядок складання акту екологічної, аварійної (АБ) і технологічної броні електропостачання споживачів", який укладається кожним підприємством з енергопостачальною організацією. Проте аналіз самих Актів для вугільних шахт свідчить про некоректне визначення електроприймачів (ЕП) АБ і її потужності, що при тривалому обмеженні електропостачання може привести до неможливості шахтою видобувати вугілля навіть при поновленні електропостачання в повному обсязі внаслідок втрати працездатності гідрофікованого кріплення видобувних комплексів із-за процесів його взаємодії з гірничим масивом. В теж час АБ не є гарантією безперебійного електропостачання споживачів навіть при її узгодженому рівні, оскільки при сучасному стані електричних мереж енергосистема не завжди в змозі забезпечити навіть необхідний мінімум навантаження. Тому дослідження в області режимів роботи і електроспоживання вугільних шахт на період обмеження електропостачання до рівня АБ і розробка методів мінімізації і коректного визначення її потужності є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Науково-дослідні роботи по обґрунтуванню рівня АБ електропостачання вугільних шахт і складу її ЕП проводилися в рамках науково-дослідної держбюджетної теми: "Дослідження та техніко-економічне обґрунтування заходів по підвищенню ефективності систем електропостачання підприємств" (№ держреєстрації 0101U005755).

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи - визначення мінімальної потужності АБ для забезпечення безаварійного простою вугільної шахти при тривалих обмеженнях електропостачання.

Для досягнення мети поставлені й вирішені наступні задачі дослідження:

- обґрунтування необхідності включення в перелік електроприймачів аварійної броні машин і механізмів, які забезпечують оновлення ліній очисних вибоїв (ЛОВ) і доставку вугілля на поверхню;

- формування режимів роботи електроприймачів аварійної броні на періоді обмеження електропостачання для забезпечення збереження підприємства;

- визначення шляхів зниження потужності аварійної броні і споживаної електричної енергії на періоді обмеження електропостачання;

- виявлення взаємозв'язків технологічних установок, які забезпечують тривалий безаварійний простій вугільної шахти;

- обґрунтування критерію вибору з обмеженої множини групових графіків електричного навантаження (ГЕН) шахти, отриманих шляхом перебору всіх поєднань можливих технологічних режимів;

- розробка способу керування режимами електроспоживання, який дозволяє вирівняти груповий графік електричного навантаження шахти на період дії аварійної броні електропостачання.

Об'єкт дослідження - процеси електроспоживання взаємозв'язаних технологічних установок вугільних шахт.

Предмет дослідження - процеси формування графіків електричного навантаження з заданими властивостями на період обмеження електропостачання для забезпечення безаварійного простою вугільної шахти.

Методи дослідження. Для вирішення наукових задач використані: метод машинного експерименту - для розробки імітаційної моделі і формування обмежених множин індивідуальних і групових графіків; метод комбінаторного аналізу - для здійснення перебору комбінаторних конфігурацій і вибору графіків навантаження із заданими властивостями; методи матричного обчислення - для представлення сформованих масивів індивідуальних і групових графіків і їх обробки.

Ідея роботи полягає у вирівнюванні групового графіку електричного навантаження шахти шляхом поєднання реально сумісних технологічних процесів, які забезпечують збереження виробництва.

Основні наукові положення та результати, їх новизна.

Наукові положення:

1. Потужність аварійної броні вугільної шахти залежить від тривалості обмеження електропостачання і з моменту упередження втрати конструктивного розсуну гідравлічних стійок механізованого кріплення формується додатковим навантаженням у вигляді стрибка зростаючої двоступеневої функції часу, який обумовлений вмиканням електроприймачів аварійної броні, необхідних для запобігання втрати працездатності механізованого кріплення.

2. Груповий графік електричного навантаження шахти, який одночасно відображає реальні технологічні режими і має мінімальну потужність, формується, на відміну від відомих методів, шляхом перебору поєднань індивідуальних графіків окремих комплексів і установок, отриманих з урахуванням технологічних обмежень, і вибором із сформованої множини графіків навантаження такого, який має максимальне значення коефіцієнта заповнення і дозволяє здійснити функції керування електроприймачами аварійної броні у період обмеження електропостачання.

Наукові результати:

1. На додаток до відомих принципів формування складу електроприймачів аварійної броні електропостачання обґрунтована необхідність включення в їх перелік машин і механізмів, необхідних для виконання процесу оновлення ліній очисних вибоїв і доставки вугілля на поверхню, що забезпечить збереження підприємства.

2. Вперше розроблені алгоритми імітаційного моделювання за технологічними режимами індивідуальних графіків електричного навантаження і відповідних їм режимів роботи для водовідливної установки і електроприймачів, які беруть участь в оновленні ліній очисних вибоїв і доставці вугілля на поверхню, виконання яких забезпечує безаварійний простій вугільної шахти при обмеженні електропостачання.

3. Вперше розроблена імітаційна модель формування групових графіків електричного навантаження шахти і визначення потужності електроприймачів аварійної броні для кожного характерного періоду обмеження електропостачання, яка ураховує гірничо-геологічні умови і технологічні взаємозв'язки в роботі гірничих комплексів і установок і дозволяє реалізувати самий рівномірний груповий графік навантаження.

4. Обґрунтовано застосування мінімаксного критерію формування групових графіків електричного навантаження шахти шляхом перебору всіх поєднань індивідуальних графіків, які отримані з накладенням на них обмежень і відповідають можливим технологічним режимам, що дозволяє вибрати результативний груповий графік навантаження, який характеризується мінімальною потужністю аварійної броні електропостачання.

5. Встановлено, що представлення навантаження аварійної броні як двоступеневої функції часу дозволяє гарантовано мінімізувати можливий збиток вугільних шахт від тривалого обмеження електропостачання (зменшення досягає 15...20 разів) на відміну до визначення потужності аварійної броні по діючому методу, який не враховує взаємодії гірничого масиву з гідрофікованим кріпленням.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій, запропонованих в роботі, підтверджується застосуванням перевірених положень теорії визначення електричних навантажень стосовно метода технологічного графіка, як одного з достовірніших, в рамках якого здійснюється визначення електричних навантажень і моделювання індивідуальних і групових ГЕН; коректністю прийнятих допущень і початкових положень при вивченні взаємозв'язків технологічних установок і процесів, а також позитивним досвідом впровадження результатів роботи.

Практичне значення отриманих результатів полягає в обґрунтуванні можливості зниження потужності АБ електропостачання вугільних шахт, що заявляється і фактичної, за рахунок коректного її визначення за допомогою імітаційної моделі, яка враховує технологічні і гірничо-геологічні умови функціонування підприємства.

На базі імітаційної моделі розроблена експериментальна програма, яка дозволяє визначити мінімальну, але достатню для забезпечення безаварійного простою шахти, потужність АБ, змоделювати індивідуальні і групові ГЕН і відповідні їм режими роботи ЕП на період обмеження електропостачання.

Розроблений спосіб керування режимами електроспоживання підприємства на період дії АБ, який полягає у формуванні індивідуальних і групових графіків навантаження і здійсненні за ними функцій керування. Спосіб забезпечує мінімізацію споживаної сумарної потужності шахти на цей період.

Результати роботи впроваджені у вигляді експериментальної програми на ДВАТ інститут "Дніпродіпрошахт" для використовування при проектуванні систем електропостачання вугільних шахт, а також на шахті ім. М.І. Сташкова ВАТ "Павлоградвугілля" для визначення мінімальної потужності АБ і формування графіків навантаження для диспетчерського керування процесами електроспоживання на періоді обмеження електропостачання.

Особистий внесок здобувача Автор самостійно сформулював задачі дослідження, наукові положення і результати, виконав теоретичну і практичну частину роботи і розробив експериментальну програму визначення потужності АБ електропостачання вугільних шахт.

Особистий внесок здобувача в роботи, написані в співавторстві: [1] - визначена необхідність урахування чинника тривалості обмеження електропостачання при розрахунку потужності АБ вугільних шахт; [2] - вказано на відсутність урахування чинника часу при розрахунку потужності АБ в діючих нормативних документах і визначено, що її мінімізації можна добитися вирівнюванням групового ГЕН вугільної шахти; [3] - виконаний аналіз ЕП АБ і визначені способи зниження споживаної ними потужності; [6] - виконана порівняльна оцінка потужностей АБ (фактичних і отриманих за розробленою моделлю); [7] - запропонований алгоритм формування групових ГЕН і визначення потужності АБ електропостачання вугільних шахт; [8] - розроблена укрупнена схема визначення режимів роботи ЕП АБ електропостачання вугільних шахт для здійснення функцій керування ними.

Апробація результатів роботи. Основні матеріали і результати, отримані в дисертаційній роботі, докладалися і отримали ухвалення на наступних міжнародних і регіональних науково-технічних конференціях: Міжнародному енергетичному форумі Співдружності незалежних держав "МЕФ СНД-2002", Україна, м. Ялта, 16-21 вересня 2002 р.; "Форумі гірників-2002" (Національний гірничий університет), Україна, м. Дніпропетровськ, 2002 р.; III-ій Міжнародній науково-технічній конференції "Керування режимами роботи об'єктів електричних систем-2004" (Національний технічний університет), Україна, м. Донецьк, 9-11 вересня 2004 р.; Міжнародній науково-технічній конференції "Тиждень гірника-2004" (Московський державний гірничий університет), Росія, м. Москва, січень 2004 р.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи викладені в 10 друкованих працях, з них 8 - у виданнях, затверджених ВАК України, 2 - матеріали конференцій. Дві наукові праці написані без співавторів.

Структура й обсяг роботи. Повний обсяг дисертації складає 163 сторінки друкованого тексту, в склад якого входять 141 сторінка основної частини, що містить вступ, п'ять розділів і висновки по роботі; список використаних джерел з 113 найменувань на 10 сторінках, три додатки на 22 сторінках, 21 рисунок і 2 таблиці.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність обраної теми дослідження і показаний її зв'язок із науковими програмами, сформульовані мета, основні наукові й практичні завдання дослідження. Викладені наукові положення, що виносяться на захист, сформульовані наукові результати та практична цінність роботи. Показаний рівень апробації результатів роботи, кількість публікацій за темою й особистий внесок автора.

У першому розділі розглянуті особливості електропостачання вугільних шахт з точки зору забезпечення їх сталої роботи. Розкрито поняття "аварійної броні", яка визначається мінімальною потужністю (і витратою електроенергії), необхідною для забезпечення безаварійного простою підприємства, а також проаналізовано діючий метод її визначення. Акцентовано увагу на тому, що розрахунок величини АБ з використанням коефіцієнтів завантаження ЕП і одночасності їх роботи не гарантує отримання її мінімального значення, а навпаки, затверджує півгодинний максимум навантаження.

Вказано, що існуючими "Правилами користування електричною енергією" і іншими нормативними документами врахована вірогідність виникнення обмежень електропостачання, що особливо важливо для вугільних шахт з урахуванням їх специфіки. Така специфіка полягає у гірничо-геологічних та технологічних умовах функціонування підприємства (загазоване середовище, замкнутий простір, прояви гірничого тиску тощо), що призводить до необхідності урахування тривалості обмеження електропостачання вугільної шахти при визначенні АБ. Для умов, що розглядаються, існують залежності для визначення допустимого часу перерви в електропостачанні для ЕП очисного вибою, при цьому враховані всі чинники, що роблять вплив на працездатність гідростійок пересувного кріплення: потужність пласта, клас крівлі, тип кріплення тощо. Для уникнення втрати засобів виробництва з моменту часу упередження вичерпання розсуну гідростійок кріплення необхідно один раз за добу виконувати оновлення ЛОВ, що полягає в знятті смуги вугілля вширшки, прийнятій в паспорті лави.

По "Актах аварійної та технологічної броні електропостачання споживача", що підприємства складають з енергопередавальною організацією, для шахт Центрального і Західного Донбасу проаналізовано сучасний стан проблеми визначення ЕП АБ і її потужності, що свідчить про відсутність єдиного підходу при вирішенні цього питання. Також вказано, що забезпечення вугільних шахт АБ електропостачання виконується не в необхідному обсязі, а для деяких з них відсутня можливість покриття навантажень навіть першочергових ЕП, таких як вентилятор головного провітрювання.

З метою отримання мінімальної, але достатньої для забезпечення тривалого безаварійного простою вугільних шахт, потужності АБ поставлені задачі дослідження щодо способів зниження її рівня і формування режимів роботи ЕП на цей період.

У другому розділі з метою найбільш точного визначення електричних навантажень шахти та ЕП АБ розглянуті основні методи: коефіцієнту попиту, коефіцієнту максимуму, питомих витрат електроенергії та технологічного графіка. Вказано, що вживаний для визначення електричних навантажень вугільних шахт метод коефіцієнта попиту через специфіку роботи підприємства на період обмеження електропостачання не може бути використаний. Тому для основних потужних ЕП (вентилятор, водовідлив, підйоми) розрахунок електричних навантажень необхідно проводити за їх технологічними режимами, що дозволить підвищити точність визначення рівня АБ.

Визначено, що технологічні режими вугільної шахти на період дії АБ електропостачання відрізняються від нормальних умов їх функціонування, що викликано новими режимами роботи устаткування по оновленню ЛОВ і доставці вугілля в склад на поверхні. Запропоновані технологічні режими є основою для імітаційного моделювання індивідуальних ГЕН електроприймачів АБ, а їх виконання забезпечить збереження виробництва і безпеку робітників.

З причини складності і дорожнечі проведення натурного експерименту для визначення електричних навантажень вугільної шахти на період обмеження електропостачання до рівня АБ і великого об'єму інформації по конкретному підприємству, необхідного для отримання, обробки і аналізу, основним методом дослідження виступає метод машинного експерименту, заснований на використанні так званих імітаційних моделей, які по суті є простим перекладенням на машинну мову описів модельованих систем.

Визначено, що мінімізація потужності АБ, що вимагається нормативними документами, досягається вирівнюванням добового групового ГЕН шахти, що є необхідною і достатньою умовою, і зниженням споживаної електричної потужності і енергії кожним ЕП АБ за наявності такої можливості, що недостатньо. При цьому достатнім критерієм вибору групових ГЕН при переборі обмеженої множини поєднань індивідуальних, отриманих шляхом імітаційного моделювання, є коефіцієнт заповнення графіка, що дозволяє наочно оцінити його нерівномірність.

З метою вибору метода вирівнювання групових ГЕН проаналізовані основні існуючі методи: простого та направленого перебору, кореляційний, кореляційно-резонансний, зсуву в часі тощо, що дозволило зупинитись на методі направленого перебору як найбільш придатному для вирішення поставленої задачі.

У третьому розділі з метою отримання обмежених множин індивідуальних ГЕН шляхом виявлення взаємозв'язків між режимами роботи окремих технологічних установок розроблено алгоритми моделювання графіків для водовідливної установки і процесу оновлення ЛОВ, блок-схеми яких наведено на рис.1 і рис.2.

При моделюванні водовідливу прийняті наступні припущення: притока води протягом модельованого проміжку часу рівномірна; параметри насосів і трубопроводів (тиск, подача, опір) для кожного сумісного режиму їх роботи постійні; відкачування води з одного горизонту виконується насосами одного типу. Моделювання індивідуальних ГЕН процесу оновлення ЛОВ виконується з дотриманням наступних умов і припущень: вантажопотік з очисних вибоїв, що оновлюються, рівномірний; на досліджуваному транспортному потоці є не більш одного акумулюючого бункера; робота конвеєрних ліній повинна завершуватися тільки після відсутності на них гірничої маси; робота забункерного транспортного ланцюга повинна починатися після повного заповнення самого бункера і тривати до його спорожнення.

В результаті виконання запропонованих алгоритмів формуються обмежені множини індивідуальних графіків навантаження водовідливу та ЕП процесу оновлення ЛОВ виду

,

,

де m, n - кількість змодельованих індивідуальних ГЕН.

Встановлено, що кількість реалізацій індивідуальних ГЕН водовідливної установки залежить від багатьох чинників: величини притоки води, ємності водозбірників і їх стану, кількості насосних агрегатів і трубопровідних ставів, обмежень (наприклад, по допустимій кількості включень насосів), вибраного часу зміни режиму роботи тощо. При цьому останній можна визначити як періодичність можливих перемикань насосних агрегатів, а його зменшення приводить до різкого збільшення кількості реалізацій графіків (до ?) і формування важкооглядної множини індивідуальних графіків. Час зміни режиму роботи доцільно прийняти рівним інтервалу усереднювання ГЕН (або більшим - при формуванні важкооглядної множини графіків) для отримання самого рівномірного графіка. Процес оновлення ЛОВ характеризується наявністю великої кількості чинників, що впливають на його виконання: продуктивністю ланок транспортного ланцюга, наявністю акумулюючих бункерів і їх ємністю, схемою підземного транспорту тощо. Робота електроустаткування, що забезпечує виконання процесу, що розглядається, характеризується наявністю чітких тимчасових і технологічних зв'язків: одночасністю функціонування очисних вибоїв, конвеєрного транспорту і головного підйому за відсутності накопичувальних бункерів достатньої ємності і різночасністю (і, відповідно, значно меншим сумарним навантаженням) при їх наявності.

Показано, що розроблені алгоритми моделювання графіків водовідливу і процесу оновлення ЛОВ враховують гірничо-геологічні і технологічні умови функціонування шахти і використовуються для формування групових ГЕН шахти на період дії АБ електропостачання.

У четвертому розділі викладено суть методу визначення потужності АБ електропостачання вугільних шахт та принципи керування її ЕП.

Встановлено, що формування групових ГЕН здійснюється перебором всіх поєднань індивідуальних і вибором за критерієм максимального значення коефіцієнту заповнення графіків із заданими властивостями. Розроблена імітаційна модель, блок-схема якої приведена на рис.3, дозволяє в режимі реального часу формувати групові ГЕН і визначати мінімальну потужність АБ для двох періодів обмеження електропостачання: І - до початку ведення робіт по оновленню ЛОВ, II - після настання цього моменту. Вказано, що визначення потужності АБ повинне проводитися за значенням максимального елемента вектору потужності, що описує груповий ГЕН, одержуваний в результаті критерійного вибору з масиву всіх реалізацій. При цьому отримані значення потужності необхідно усереднити за півгодинні інтервали. Усереднювання потужності за 30 хвилин для всіх графіків виконується на добовому інтервалі від єдиного моменту часу, який приймається за початок відліку. В результаті виходить 48 півгодинних відрізків часу.

Масив даних Р, що містить інформацію про всі отримані групові ГЕН, а також вектори значень коефіцієнтів заповнення графіка Кзг, потужностей АБ Раб і витрат електроенергії Wаб, що їх характеризують, мають вид:

,

,

,

.

Вказано, що імітаційна модель дозволяє формувати реальні режими роботи ЕП АБ на період обмеження електропостачання, реалізація яких забезпечує рівномірний груповий ГЕН (Кзг сягає 0,95 - рис.4).

Порівняльна оцінка, приведена в табл.1, свідчить про можливість зниження потужності АБ при її визначенні за імітаційною моделлю в порівнянні з діючим методом для шахт Західного і Центрального Донбасу в середньому на 11,2 % для І періоду обмеження електропостачання і 17,7 % для II періоду (Рабф - фактична потужність АБ, що заявляється).

При цьому оцінка ГЕН проводиться по значеннях потужності, що розраховуються, з причини складності і трудомісткості отримання фактичних графіків для цього періоду часу.

Таблиця 1 Порівняльна оцінка потужностей аварійної броні електропостачання

Запропоновано спосіб керування режимами електроспоживання на період обмеження електропостачання, що дозволяє підвищити точність визначення і мінімізувати потужність АБ шляхом вирівнювання групового ГЕН і сформувати режими роботи підприємства на цей період. При цьому функції керування ЕП за змодельованими індивідуальними графіками може здійснити як диспетчер енергослужби шахти (за наявності такої можливості), так і оператори місцевого керування. У п'ятому розділі виконана оцінка можливого збитку вугільної шахти від обмеження електропостачання для трьох варіантів визначення потужності АБ і технічних рішень по функціонуванню підприємства на цей період (див. табл. 2): І - потужність АБ визначається за імітаційною моделлю для двох періодів обмеження електропостачання, що дозволяє виключити втрату дорогого видобувного устаткування; II - потужність АБ визначається за діючим методом, що призводить до її дефіциту та, як наслідок, втрати видобувного устаткування і необхідності придбання нового; III - потужність АБ також визначається за діючим методом, що приводить до втрати конструктивного розсуну стійок гідрофікованого кріплення, "затисканню" механізованих комплексів в зупинених лавах і необхідності їх витягання.

Таблиця 2 Результати розрахунку можливого збитку від обмеження електропостачання

Оцінка виконувалася на одну подію (тривале обмеження електропостачання до рівня АБ) для шахти з чотирма очисними вибоями та середньостатистичним добовим видобутком вугілля. Її аналіз свідчить про те, що визначення АБ як функції часу дозволить гарантовано знизити можливий збиток в 15..20 разів в порівнянні з діючим методом, що не враховує специфіки вугільних шахт.

Також визначено, що при нагоді забезпечення навантаження АБ джерелом, що заміщає енергосистему, витрати на його будівництво можуть бути знижені на величину до 5 млн. грн з причини уточнення його потужності, виконуваного шляхом визначення мінімальної величини АБ за імітаційною моделлю.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі вирішена наукова задача, яка полягає у виявленні взаємозв'язків між режимами роботи окремих технологічних установок вугільних шахт і закономірностей формування графіків їх електроспоживання з метою визначення мінімальної потужності АБ для забезпечення безаварійного простою підприємства при тривалих обмеженнях електропостачання. Основні висновки і результати по роботі полягають в наступному:

1. Встановлено, що специфіка вугільних шахт, що полягає в гірничо-геологічних умовах і технологічних обмеженнях функціонування підприємства, має особливе значення при появі обмежень електропостачання, вірогідність виникнення яких визначена існуючими "Правилами користування електричною енергією" і іншими нормативними документами. Засноване на фактичних даних допущення появи тривалих обмежень (перерв) в електропостачанні приводить до необхідності розробки комплексних заходів по підвищенню енергетичної безпеки вугільних підприємств, основним аспектом якої виступає забезпечення достатнього для підтримки безаварійного простою шахти рівня АБ.

2. Визначено, що мінімальної потужності АБ електропостачання, що вимагається нормативними документами, можна досягти вирівнюванням групового ГЕН шахти, що є необхідною і достатньою умовою, і зниженням споживаної електричної потужності і енергії кожним ЕП АБ за наявності такої можливості, що недостатньо для формування її мінімального рівня. При цьому визначені режими електроспоживання, електричні навантаження і способи зниження споживаної потужності для ЕП АБ на період її дії.

3. Показано, що технологічні режими вугільної шахти на період дії АБ електропостачання відрізняються від нормальних умов їх функціонування, що викликано новими режимами роботи устаткування по оновленню ЛОВ. Запропоновані режими дозволяють забезпечити виконання всіх необхідних для збереження виробництва і безпеки робочих технологічних процесів і є основою для імітаційного моделювання індивідуальних і подальшого формування групових ГЕН шахти з метою отримання рівномірного графіка і мінімізації потужності АБ. При цьому встановлено, що достатнім критерієм вибору групових графіків з обмеженої множини, отриманих в результаті перебору всіх можливих поєднань індивідуальних, є коефіцієнт заповнення графіка, який дозволяє наочно і з достатньою точністю оцінити його нерівномірність.

4. Розроблені алгоритми імітаційного моделювання індивідуальних ГЕН на період дії АБ електропостачання для водовідливної установки, який дозволяє формувати її можливі режими роботи з урахуванням реальних характеристик насосних агрегатів (подача і тиск), і для процесу по оновленню ЛОВ при двох режимах виконання вказаних робіт (оновлення лав по одній і по потоках), який ураховує наявність тимчасових і технологічних зв'язків між роботою електроустаткування, а також інші характеристики (кількість лав і транспортних потоків, топологію схеми підземного транспорту і ін.). Ці алгоритми використовуються при формуванні рівномірного групового ГЕН шахти для забезпечення мінімізації споживаної потужності. Розбіжність її значення, визначуваного шляхом моделювання, з фактичними даними не перевищує: для водовідливу - 11,6 %, устаткування очисних вибоїв - 9,6 %, конвеєрного транспорту - 12,2 %, скіпового підйому - 7,4 %.

5. Розроблена імітаційна модель визначення потужності АБ електропостачання вугільних шахт, що ураховує гірничо-геологічні умови і технологічні обмеження функціонування вуглевидобувного підприємства і дозволяє моделювати індивідуальні і формувати групові ГЕН, за якими може бути визначена мінімальна потужність АБ для двох періодів обмеження електропостачання: І - до початку ведення робіт по оновленню ЛОВ, II - після настання цього моменту. Модель дозволяє також формувати відповідні ГЕН реальні технологічні режими шахти на період обмеження електропостачання і одержувати рівномірний груповий графік (коефіцієнт заповнення Кзг складає 0,8 - 0,95), що характеризується мінімальною потужністю АБ. Зниження останній в порівнянні з навантаженням, що розраховується по діючих нормативних документах, для деяких шахт Західного і Центрального Донбасу в середньому складає 11,2 % для І періоду обмеження електропостачання і 17,7 % для II періоду.

6. Розроблений спосіб керування режимами електроспоживання вугільної шахти на період обмеження електропостачання, що полягає у формуванні за технологічними режимами обмеженої множини індивідуальних ГЕН і відповідних їм режимів роботи ЕП АБ, переборі всіх їх можливих поєднань, критерійному виборі групових ГЕН шахти і здійсненні функцій керування за розробленими графіками. Спосіб забезпечує безаварійний простій вугільної шахти при обмеженні електропостачання, вирівнювання групових ГЕН на цей період, і, тим самим, мінімізацію споживаної потужності АБ.

7. Оцінений можливий збиток від обмеження електропостачання для різних варіантів визначення потужності АБ і технічних рішень по функціонуванню підприємства на цей період. Отримані результати свідчать про те, що збиток може бути знижений практично в 15ч20 разів при визначенні потужності АБ як двоступеневої функції часу, ніж при використанні діючого метода.

ОСНОВНІ НАУКОВІ ПОЛОЖЕННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Разумный Ю.Т., Рухлов А.В. Обеспечение электроэнергией угольной шахты в условиях дестабилизирующих воздействий внешних факторов // Сборник научных трудов НГУ №15, Том 2. - Днепропетровск: РИК НГУ, 2002. - С. 220-224.

2. Разумный Ю.Т., Заика В.Т., Рухлов А.В. Об аварийной броне электроснабжения угольных шахт // Уголь Украины. - 2003. - №3. - С. 23-24.

3. Разумный Ю.Т., Рухлов А.В. Анализ электроприемников аварийной брони электроснабжения угольных шахт / Гірнича електромеханіка та автоматика. - Дніпропетровськ: РВК НГАУ, 2002. - № 69. - С. 15-20.

4. Рухлов А.В. Технологические режимы угольной шахты на период действия аварийной брони электроснабжения / Гірнича електромеханіка та автоматика. - Дніпропетровськ: РВК НГУ, 2004. - № 72. - С. 27-33.

5. Рухлов А.В. Графики электрической нагрузки технологического процесса угольной шахты при ограничениях электроснабжения / Науковий вісник НГУ №9. - Дніпропетровськ: НГУ, 2004. - С. 77-80.

6. Разумный Ю.Т., Рухлов А.В. Мощность аварийной брони электроснабжения угольных шахт // Уголь Украины. - 2004. - №12. - С. 40-41.

7. Разумный Ю.Т., Рухлов А.В. Графики электрической нагрузки аварийной брони электроснабжения угольных шахт // Сборник научных трудов НГУ №20. - Днепропетровск: РИК НГУ, 2004. - С.154-162.

8. Разумный Ю.Т., Рухлов А.В. Принципы управления режимами электропотребления при ограничениях электроснабжения / Наукові праці ДонНТУ №79. - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - С. 167-170.

9. Разумный Ю.Т., Рухлов А.В. Устойчивость работы угольной шахты при форс-мажорных обстоятельствах / Международный энергетический форум: МЭФ СНГ-2001, Крым, 23-30 сентября 2001 г. - Харьков: Энерго Клуб Украины, 2002. - С. 585-587.

10. Разумный Ю.Т., Рухлов А.В. Определение аварийной брони электроснабжения угольных шахт методом имитационного моделирования / Горный информационно-аналитический бюллетень: Сборник трудов. - М.: МГУ. - 2004. - №6. - С. 309-314.

Размещено на Allbest.ru