Рогальський Б.С., Войтюк Ю.П. Контроль електроспоживання гірничих машин і технологічних властивостей гірських порід

Подождите немного. Документ загружается.

На основі наведених вище розробок створений дослідний зразок

пристрою визначення буримості гірських порід, загальний вигляд якого

показаний на рис 6.3. Для створення системи використано мікро-

процесорну систему М-2702. Система працює в комплексі з описаним [5]

датчиком вимірювання глибини свердловини (датчик глибини буріння).

Окрім визначення категорії порід з буримості система виконує такі

функції: визначення питомої i загальної витрати електроенергії, тривалості

буріння 1м свердловини i загальної тривалості роботи станка, індикацію

на інформаційному табло за запитом перерахованої вище інформації при

ручному зніманні та її передачу на ЕОМ (за наявності каналу зв'язку).

Отримана за допомогою пристрою інформація дозволяє знайти категорію

породи з буримості за будь-який об’єм буріння i часу роботи бурового

станка, будувати технологічні шкали буримості порід, визначати i

контролювати нормативи на витрати матеріальних, трудових i

енергетичних ресурсів та ефективність заходів з енергозбереження.

Система може бути виготовлена в переносному i стаціонарному верстатах.

Рис. 6.3. Зовнішній вигляд системи визначення буримості гірничих порід

На рис. 6.4 показана принципова електрична і конструктивна схема

датчика для вимірювання глибини свердловини в процесі буріння [77].

Пристрій містить в собі поворотний 1 і нерухомий 2 корпуси, між якими

закріплена пружина 3 для створення зусилля на трос 4 вимірювальним 5

і притисненим 6 роликами.

Рис. 6.4. Принципова схема датчика вимірювання глибини свердловини в

процесі буріння

Вимірювальний ролик 5 через редуктор 7 зв'язаний з циліндром

8, на якому закріплений постійний магніт 9. В поворотному корпусі 1

діаметрально протилежно циліндру 8 в сторону закріплені

магнітокеровані контакти 10 і 11, які включені відповідно в кола

двох транзисторних ключів, утворених попарно резисторами 12-15 і

транзисторами 16 і 17. В навантажувальне коло другого електронного

ключа включені електромеханічний лічильник імпульсів 20. В коло блока

живлення 21, що живить електронні ключі, ввімкнені нормально відкриті

контакти 22 і 23 контактора двигуна обертача бурового става станка і реле

тиску на вибій свердловини. Принцип роботи датчика наведений нижче.

Датчик працює таким чином. Під час подачі напруги на двигуни

обертача і гідронасоса (розпочався процес буріння) вмикаються нормально

відкриті контакти 22 і 23, ввімкнувши при цьому блок живлення 21.

Зусилля, яке створюється вимірювальним 5 і притисненим 6 роликами на

трос 4, створюється пружиною 3, яка закріплена між поворотним і

нерухомим корпусами 1 і 2. В свою чергу, в результаті буріння трос 4 буде

пересуватись, обертаючи вимірювальний 5 і прижимний 6 ролики,

редуктор 7, циліндр 8 і магніт 9. Постійний магніт 9, наближаючись до

магнітокерованого контакту 10, замикає його, ввімкнувши при цьому

електронний ключ, утворений резисторами 12, 13 і транзистором 16.

Конденсатор 18 заряджається. При подальшому повороті циліндра 8

магнітокерований контакт 10 розімкнеться, діод 19, ввімкнений зустрічно,

не дає конденсатору 18 розряджатися через транзистор 16. При

подальшому повороті циліндра 8 постійний магніт 9, наблизившись до

магнітокерованого контакту 11, ввімкнене його, при цьому ввімкнеться

електронний ключ, утворений резисторами 14, 15 і транзистором 17, і

конденсатор 18 через транзистор 17 розряджається на електромеханічний

лічильник імпульсів 20, який відмітить один імпульс, рівний, наприклад,

одному сантиметру, якщо довжина кола ролика 5 в сантиметрах дорівнює

передаточному числу редуктора 7. Інтервал вимірювань вибирають трохи

U=0,38 кВ

більше максимально можливого осьового пересування бурового

інструменту під час буріння при вібрації.

Загальний вигляд датчика глибини буріння свердловини показаний

на рис. 6.5. Дослідні зразки описаного вище датчика глибини свердловини

успішно пройшли промислові випробування на станках СБШ-250 МН

Полонського кар'єру.

Рис. 6.5 Зовнішній вигляд датчика глибини буріння свердловини

Були розроблені також системи вимірювання буримості гірничих

порід: для бурових станків з регульованою подачею повітря; за допомогою

електролічильників (за критерієм повної енергоємності буріння);

автоматичні (за критерієм повної енергоємності буріння).

Система з регульованою подачею повітря у свердловину може

використовуватись для вимірювання буримості гірничих порід на всіх

станках шарошкового буріння. На рис. 6.6 показана блок-схема системи, а

на рис. 6.7 – блок-схема інформаційного блока.

Система має три трансформатори струму 1, 2 i 3, які включені в коло

живлення двигуна обертача 4, гідронасоса 5 i компресора 6.

Рис. 6.6. Система для вимірювання буримості гірничих порід (для

бурових станків з регульованою подачею повітря в свердловину)

U=0,38 кВ

пр

Рис 6.7. Структурна блок-схема інформаційного блока

Визначення буримості за допомогою електролічильників не

дозволяє фіксувати її автоматично (в темпі технологічного процесу) i

використовувати для регулювання параметрів режиму буріння. Для

визначення цих i зазначених вище функцій запропонована система,

структурна блок-схема якої представлена на рис. 6.8. Із рис. 6.8 видно, що

використання повної

питомої енергоємності для визначення буримості

гірничих порід дозволяє значно спростити систему за рахунок

використання в якості датчика електроенергії, яка споживається буровим

станком, електромеханічного лічильника з датчиком імпульсів. Принцип

роботи аналогічний вище описаним системам визначення буримості

гірничих порід.

Рис. 6.8. Структурна блок-схема системи вимірювання категорії гірничих

порід з буримості (за критерієм повної питомої енергоємності буріння)

n-1

На рис. 6.8 1,2,3 – привідні електродвигуни, відповідно, обертача

бурового ставу, гідронасоса i компресора бурового станка; S

пр

– інше

навантаження бурового станка; 4 – трансформатор струму на вводі

бурового станка; 5 – електролічильник активної енергії; 6 – датчик

глибини свердловини; 7 – буферний регістр; 8 – інформаційний блок; 9 –

датчик напруги.

Впровадження у виробництво запропонованих систем контролю

електроспоживання бурових станків і буримості гірських порід [29]

дозволяє досягти інформаційного забезпечення гірничих робіт і підвищити

ефективність енергозберігаючих заходів.

Як вище зазначалось технічна реалізація запропонованого способу

визначення категорій порід за складністю екскавації можлива за допомо-

гою самописних кіловатметрів. Для цього здійснюється запис графіків

активної потужності екскаваторів (різних за типом і місткістю ковша) при

навантаженні гірничої маси в транспортні засоби і вийманні породи з

масиву. В подальшому одержані дані піддаються статистичній обробці.

Витрати електроенергії (кВт) на виконання операції "черпання"

визначається за формулою

∑

−

6,3

W , (6.1)

де Pі – навантаження і-ї ступені графіка, кВт; t

– період дії навантаження

, сек; n – кількість ступенів графіка навантаження операції "черпання".

При визначенні величини ю

використовують часто "шаблон-сітку",

за допомогою якої вимірюють площину графіка навантажень екскаватора

(при виконанні операції "черпання").

Підсумком обробки даних є визначення математичного очікування

середнього значення енергоємності операції „черпання”

()

WМ

i/r

∑

= , (6.2)

де W

– операції "черпання" при виконанні і-го циклу екскавації (і = 1,2 ,...,

т); m – кількість вимірювань (циклів екскавації), записаних на діаграмну

ленту.

Величина m визначається з врахуванням необхідної точності розра-

хунку значень M(W

), (наприклад, за умови неперевищення похибки роз-

рахунків більше ніж 0,05, кількість вимірювань буде дорівнювати m=96

[30]. Категорія породи за складністю екскавації визначається за величиною

M(W

) і еталонною технологічною шкалою екскавації гірничих порід

(розділ 4)

На рис. 6.9 показана блок-схема пристрою автоматичного

вимірювання категорії гірничих порід за складністю екскавації, який ре-

алізує запропонований спосіб (розділ 4.)

Вихід датчика струму (ДС) 1, який встановлений в мережі живлення

приводного двигуна перетворювального агрегату, з'єднаний з першим вхо-

дом першого пристрою порівняння (ПП) 2, другий вхід якого з'єднаний з

виходом задатчика струму (ЗС) 3, вихід ПП2 з'єднаний з входом од-

новібратора 4, вихід якого з'єднаний з керуючими входами таймера 5 і

лічильника електроенергії (ЛЕ) 6, рахуючий вхід таймера 5 з'єднаний з

виходом генератора імпульсів (П) 7, вихід таймера 5 з'єднаний з другим

входом другого пристрою порівняння (ПП) 8, перший вхід якого з'єднаний

з виходом задатчика часу (34) 9, вихід ПП 8 з'єднаний з другим входом

логічного елемента (І) 10, перший вхід якого з'єднаний з виходом ПП 2,

вихід ДС 1 також з'єднаний з першим інформаційним входом (ЛЕ) 6,

другий інформаційний вихід якого з'єднаний з другим входом третього

пристрою порівняння (ПП) 12, перший вхід якого з'єднаний з виходом

задатчика електроенергії (ЗЕ) 13, вихід третього ПП 12 з'єднаний з третім

входом логічного елемента (І) 10, вихід якого з'єднаний з керуючим

входом обчислювального пристрою (ОП) 14. Вихід ЛЕ 6 також з'єднаний з

інформаційним входом регістра тимчасового збереження (РТЗ) 15, вихід

якого з'єднаний з інформаційним входом ОП 14, перший інформаційний

вихід ОП 14 з'єднаний з керуючим входом РТЗ 15. ОП 14 також з'єднаний з

пультом керування (ПК) 16 і пристроєм відображення інформації (ПВІ)

17. Принцип роботи системи описаний нижче

Рис. 6.9. Структурна блок-схема системи автоматичного вимірювання

категорії гірничих порід за складністю екскавації

Система працює так. На виході ДС 1 формується сигнал,

пропорційний струму, який споживається приводним двигуном

екскаватора і цей сигнал надходить на перший вхід ПП 2, на другий вхід

якого надходить сигнал від ЗС 3, встановлюється рівним половині

величини струму холостого ходу двигуна екскаватора. Таким чином, якщо

величина сигналу від ДС 1 буде менше ніж від ЗС 3, або має обернений

знак, то на виході ПП2 з'явиться сигнал рівний логічній "1", який

надходить на вхід одновібратора, внаслідок чого одновібратор виробляє

імпульс, який надходить на входи керування таймера 5, і ЛЕ 6 скидає їх

попередні показання в "0" і починає новий цикл підрахунку. Таймер 5

здійснює підрахунок імпульсів від П 7, частота проходження яких

дорівнює 1 сек. Таким чином, таймер 5 здійснює підрахунок часу, а ЛЕ 6 –

кількість електроенергії, яка споживається, з моменту як струм, що

споживається двигунами екскаватора, зменшиться до нуля або змінить свій

знак. Для ідентифікації операції "черпання" сигнал з таймера 5 надходить

на другий вхід ПП 8, на перший вхід якого надходить сигнал від ЗЧ 9,

величина якого дорівнює tr

min

, коли сигнал від таймера 5 стане більшим,

ніж сигнал від ЗЧ 9, на виході ПП 8 з'явиться сигнал рівний логічній "1",

який надходить на перший вхід логічного елемента І 10, тобто таким

шляхом ідентифікується операція "черпання". Сигнал з ЛЕ 9,

пропорційний кількості електроенергії, яка споживається з моменту

рекуперації, надходить на другий вхід ПП 12, на перший вхід якого

надходить сигнал від ЗЕ 13, величина якого дорівнює Wr

min

, коли сигнал з

ЛЕ 6 стане більшим, ніж ЗЕ 13, на виході ПП 12 з'явиться сигнал, рівний

логічній "1", який надходить на третій вхід логічного елемента І 10, тобто

таким чином реалізується ще одна умова ідентифікації процесу черпання

(W>Wr

min

). Після цього на другому і третьому входах елемента І 10

присутні сигнали логічної "1", і коли пройде наступний режим рекуперації

(що йде після, запуску таймер 5 і ЛЕ 6), на виході ПП 2 з'явиться сигнал

логічна "1", який надійде на перший вхід логічного елемента І 10, сигнал,

рівний логічній "1", який надходить на перший керований вхід ОП 14. По

цьому сигналу ОП 14 зчитує інформацію з РТЗ 15 і видає сигнал на

перший керований вихід, який, надходячи на вхід керування РТЗ 15,

скидає його в нульовий вихідний стан, тобто підготує його до нового етапу

роботи. Сигнал з виходу ПП 2, який викликав спрацювання ОП 14,

надходить на вхід одновібратора, який виробляє імпульс. Даний імпульс

надходить на керуючі входи таймера 5 і ЛЕ 6 скидає їх у вихідний

нульовий стан і процес зчитування часу і електроенергії починається

спочатку, а інформація про величину електроспоживання буде входити в

ОП 14 тільки при виконанні двох умов ідентифікації режиму черпання.

Опис структури і принципу роботи запропонованої системи показує,

що вона в основному відповідає вимогам, сформульованим в розділі 4.

7. Особливості розрахунку компенсації реактивної потужності в

мережах гірничих підприємств

Розгляд даного питання необхідний для обгрунтування способів і

технічних засобів керування компенсувальними установками в

специфічних умовах гірничих підприємств і включення їх в загальну

комплексну систему контролю електроспоживання і технологічних

властивостей гірських порід і керування ним.

В умовах гірничих підприємств компенсація реактивної потужності

набуває особливої актуальності. Це пояснюється рядом викладених вище

специфічних особливостей електропостачання і експлуатації

електроприймачів (дивись Вступ).

Порівняльна оцінка можливих варіантів розміщення БК в кар'єрних

мережах показала, що впровадження групової компенсації в кар'єрних ме-

режах пов'язано з технічними можливостями. Не дивно, що такий вид ком-

пенсації там практично не використовується (за винятком електроуста-

новок проммайданчиків кар'єрів). Не дивлячись на значні переваги,

індивідуальна компенсація також не поширена. Це пояснюється тим, що

гірничі машини і механізми проектуються без врахування місць для

розміщення індивідуальних БК, а також відсутністю у електроперсонала

інформації про переваги індивідуальної компенсації в даних умовах. В той

же час на діючих кар'єрах використовується, як правило, найменш ефек-

тивна нерегульована централізована компенсація (з розміщенням на ГПП,

ЦРП або РП 6(10)кВ). Це стає зрозуміло, якщо взяти до уваги переваги

централізованої компенсації (менша потужність, простіше і дешевше

керування, простіший нагляд за роботою БК). Для кар'єрних мереж при

систематичному перерозподілі навантажень в окремих вузлах, зміни

кількості вузлів і місць їх розташування в розподільчій мережі та її пара-

метрів, розподіл БК за умови мінімуму втрат електроенергії або мінімуму

зведених витрат втрачає всякий сенс. Індивідуальна компенсація в умовах

кар'єрних мереж має такі переваги:

- втрати електроенергії і напруги знижуються найбільше (БК

установлюються безпосередньо на гірничих машинах);

- найпростіше здійснюється автоматичне регулювання потужності

БК, за відсутності затрат на апаратуру керування і комутації;

- завдяки викладеним вище перевагам, індивідуальна компенсація

найсприятливіше впливає на підвищення рівнів напруги на затискачах

низьковольтних електроприймачів в нормальному і пусковому режимах їх

роботи (рис 7.1 і 7.2);

Ч.І

Рис. 7.1. Діаграми напруги на затискачах мережного двигуна екскаватора

Е-2503 при його пуску: а – без БК; 6 – з БK(Q

=0,7Q

, Q

– реактивна

потужність холостого ходу двигуна).

- спрощується обслуговування БК і одночасно покращується кон-

троль за їх станом. Змінний контроль (шляхом зовнішнього огляду) можна

покласти на машиністів гірничих машин і механізмів;

- при індивідуальній компенсації зростання опору мереж, електрич-

них навантажень та їх періодичний перерозподіл серед вузлів, зміна місць

приєднання гірничих машин до кар'єрних розподільчих мереж 6(10)кВ, не

тільки не зменшує, а навпаки, збільшує ефективність компенсації;

- достатньо велика одинична потужність БК, які встановлюються на

гірничих машинах і механізмах (80-320 кВАр), в разі їх 2-х або 3-х змінної

роботи сприяє застосуванню індивідуальної компенсації в кар'єрних

мережах.

З врахуванням викладеного пропонується така схема попереднього

розміщення, розрахунку і розподілу БК:

- визначається вхідна реактивна потужність підприємства на період

максимуму активних навантажень енергосистеми Q

, яка порівнюється з

величиною, що задала енергосистема Q

(для подальших розрахунків

приймається менша із цих величин) [31];

- розрахункова величина Q

розподіляється за умовою мінімуму

втрат серед таких споживачів підприємства, як кар'єр, проммайданчика

кар'єру, дробильно-сортувальний завод та інші [31]

- в кар'єрних мережах передбачається встановлення БК на

екскаваторах, бурових станках, водовідливних станціях, конвеєрних

комплексах, агрегатах гідровкриші та ін. (індивідуальна компенсація);

- потужність БК на екскаваторах беретьться рівною потужності хо-

лостого ходу (табл. 3.1). Для різкозмінних графіків навантажень екскава-

торів такий підхід дозволяє уникнути перекомпенсації і в той же час досяг-

нути достатньо високого ступеня компенсації реактивних навантажень

екскаваторів (рис. 7.2);

- потужність БК для решти кар’єрних електроприймачів визна-

чається з використанням спрощеного пропорційного методу за формулами

[31]:

()

(

))()

iоптkiiмekiiоптkiмikki

Q1Q;QQQ1Q;QаQ;QQQQ Ψ−⋅=⋅=

−

, (7.1)

де Q

– потужність БК в і-му вузлі; Q

– сумарна потужність БК; Q

–

реактивне навантаження і-го вузла; Q

– максимум реактивного

навантаження підприємства; а

опт

– оптимальна ступінь компенсації

реактивних навантажень підприємства; Ψ

опт

, а

– оптимальне (у відносних

та абсолютних одиницях) значення вхідної реактивної потужності.

- на кар’єрній підстанції передбачається балансувальна БК для

компенсації найменшого реактивного навантаження кар’єру і

недокомпенсованого реактивного навантаження гірничих машин. В умовах

експлуатації найменше реактивне навантаження Q

min

визначається

експериментально. При проектуванні систем електропостачання кар’єрів

величину Q

min

можна визначати з виразу:

∑∑∑∑

===

+++=

.ек

лj.x

ti.xmin

QQQQQ , (7.2)

де Q

XTi

– реактивна потужність холостого ходу і-го трансформатора,

MBАр; Q

XJIJ

– реактивна потужність холостого ходу j-ї кар'єрної ЛЕП,

MBАр; Q

– розрахункова реактивна потужність s-гo електроприймача,

який працює в період найменших навантажень кар'єру, MB Ар; Q

eKγ

–

недокомпенсована реактивна потужність γ-го екскаватора.