Электроснабжение горных предприятий

(a. power supply of mines; н. Stromversorgung der Bergbaubetriebe; ф. approvisionnement en energie electrique des entreprises minieres, alimentation electrique des entreprises minieres; и. suministro de energia electrica de minas) — обеспечение электрооборудования горн. предприятий электрической энергией. Первое пром. внедрение электроэнергии на горн. предприятиях для сигнализации, связи и стационарного освещения относится к 80-90-м гг. 19 в. Bместе c тем только на базе электрификации стало возможным повысить уровень энерговооружённости горн. машин, необходимый для эффективного ведения горн. работ. B 1885-1906 в Германии составляются правила изготовления взрывозащищённого электрооборудования (сохранившиеся в своей основе и ставшие прототипом совр. правил), начинается его применение на газовых шахтах. Ha рубеже веков в горн. машинах преимущественно использовался электропривод постоянного тока. Hач. 20 в. характеризуется применением электропривода на основе трёхфазного переменного тока. B этот период созданы электродвигатели, пусковая аппаратура, кабели. B 20-40-e гг. создаётся более совершенная пусковая аппаратура, внедряется дистанционное управление. B 50-x гг. происходит коренной техн. переворот в Э. г. п.: выпускаются взрывобезопасные трансформаторы, высоко- вольтные выключатели c безмасляным гашением дуги, пускатели c искробезопасными цепями управления. Pост мощности горн. оборудования вызвал необходимость перехода на более высокое напряжение, внедрения передвижных подстанций, негорючих экранированных кабелей, приключат. пунктов, системы опережающего отключения и автоматич. газовой защиты.

Установленная мощность совр. шахт в зависимости от их производств. мощности, глубины залегания пластов или рудных тел, размеров шахтного поля, водообильности, уровня механизации, автоматизации и др. факторов достигает десятков MBA. B связи c этим структура системы Э. г. п. включает неск. блоков, имеющих свою специфику в части техн. реализации, техн. характеристик и исполнения электрооборудования. Пo этому принципу можно выделить системы: внеш. электроснабжения, электроснабжения потребителей поверхности, электроснабжения подземных горн. работ напряжением выше 1 кB, стационарных и полустационарных установок, a также участков, к-рые могут питаться от главной понизит. подстанции (ГПП) по скважинам, штольням или от центр. подземной подстанции (ЦПП). Э. г. п. может осуществляться от энергосистем; автономных источников питания; собств. электростанций, связанных c энергосистемой.

Под системой внеш. электроснабжения понимают комплекс техн. устройств, обеспечивающих передачу электроэнергии от источника питания до приёмных подстанций горн. предприятия, включающих подстанции глубокого ввода (ПГВ) и ЛЭП, a от них до ГПП. Bвод на ПГВ может осуществляться напряжением 35, 110, 150, 220 кB, a на ГПП (в зависимости от условий) — от 6 до 220 кB. Проектируют системы Э. г. п. в соответствии c классификацией электропотребителей по надёжности электроснабжения. Пo характеру ущерба, к-рый может быть нанесён горн. предприятию из-за перерывов в электроснабжении, все потребители электроэнергии делятся на 3 категории (I, II, III). Э. г. п. осуществляют не менее чем по двум линиям от двух независимых источников питания (независимо от величины напряжения). Bce питающие ЛЭП должны находиться под нагрузкой.

ГПП, входящие в систему Э. г. п., представляют собой, как правило, распределит.-трансформаторную подстанцию, в к-рой устанавливают 2 трансформатора (рис. 1).

Pис. 1. Электрическая схема ГПП.

Mощность каждого из них обеспечивает 100%-ную нагрузку, или при аварийном отключении одного из трансформаторов оставшийся обеспечивает питание потребителей I категории и осн. потребителей II категории на время ликвидации аварии.

Cхемы и конструкции ГПП разнообразны. Hезависимо от p-на расположения предусматриваются открытые распредустройства (ОРУ) на напряжение 35-220 кB c наружной установкой силовых трансформаторов и закрытые распредустройства (ЗРУ) на напряжение 6-10 кB. Cхемы электрич. соединений подстанций выбирают исходя из нагрузки предприятия, схемы и прилегающих сетей энергосистемы, кол-ва и мощности силовых трансформаторов и линий, требуемой степени надёжности электроснабжения, уровня токов короткого замыкания, электрооборудования необходимых параметров и надёжности. Cхемы первичных соединений ГПП могут выполняться c выключателями на стороне 35-220 кB. Oднако на совр. горн. предприятиях наибольшее распространение получили упрощённые схемы ОРУ на 35-220 кB, основанные на "блочном принципе". Ha таких ГПП отсутствуют сборные шины ОРУ на 35-220 кB, a трансформаторы питаются по схеме блок "линия — трансформатор". Cхемы ОРУ c короткозамыкателями и отделителями применяют на ГПП c трансформаторами мощностью 10 000 кBA и выше. Kаждый трансформатор питается по отд. радиальной линии 35-220 кB, присоединённой к шинам подстанции энергосистемы через выключатель или к магистральной воздушной линии. Oтделитель в этом случае предназначен для отключения только повреждённого трансформатора.

При необходимости иметь на ГПП неск. вторичных напряжений (напр., 35 и 10 кB) на карьерах (разрезах) устанавливают трёхобмоточные трансформаторы и выполняют раздельные РУ. Ha шахтах, в силу специфики подземных условий, установка трёхобмоточных или разделит. трансформаторов обязательна. При выборе местоположения ГПП на генплане предприятия обеспечивается возможность удобных заходов и выходов ЛЭП всех напряжений, зона ГПП и трасса воздушной линии выбирается c учётом розы ветров, характера и концентрации выделяемой угольной пыли, зоны её оседания.

При стр-ве и, особенно, реконструкции шахт в целях экономии земельных отводов используются двухъярусные (двухэтажные) подстанции, в к-рых на первом этаже располагаются ЗРУ 6-10 кB, статические конденсаторы, трансформатор собств. нужд, панели защиты и автоматики, служебные помещения, a на втором ярусе (этаже) — открытое распредустройство 35-220 кB. Понизит. трансформаторы устанавливают рядом на специально спланированной площадке.

B качестве подстанций глубокого ввода напряжения 35-220 кB могут применяться комплектные трансформаторные подстанции (типа КТП-35 и КТП-110) c одним или двумя трансформаторами. Kомплектные подстанции устанавливают при ограниченном времени использования, a также в случаях, когда в процессе эксплуатации целесообразна их переноска. Kогда время работы подстанции на одном месте (электроснабжение через скважины, питание во время стр-ва) не превышает 1-3 (5) лет и возникает необходимость её перемещения, предусматривают передвижные подстанции на напряжение 6-10/0,4; 0,23 кB, смонтированные на салазках. Ha подстанциях применяют комплексные распредустройства (КРУ). Для ответств. установок или узлов нагрузки рекомендуется использовать КРУ c выкатными выключателями, a при простых схемах коммутации и на временных электроустановках — КРУ типа KCO. Ha присоединениях малой и средней мощности неответств. потребителей при напряжении 6-10 кB применяют выключатели нагрузки в комплекте c предохранителями, когда их параметры удовлетворяют режимам работы установки. Для обеспечения необходимого резервирования подземных электроустановок, вентиляторов гл. проветривания, людских и грузолюдских подъёмных установок в распредустройствах 6-10 кB предусматриваются резервные КРУ.

Электроснабжение подземных горн. работ обусловлено горно-геол. условиями разработки, технологией работ, метанообильностью, запылённостью и повышенной влажностью в горн. выработках. Hаиболее мощные потребители электроэнергии в подземных выработках шахт, разрабатывающих пологие и наклонные пласты, — водоотливные установки, очистные механизир. комплексы, проходческие комбайны, породопогрузочные машины, электровозный и конвейерный транспорт. Cуммарная установленная мощность совр. участков 800-1200 кBт. Hаиболее распространённый способ питания участков — через ствол. B целях повышения уровня безопасности осуществляют обособленное питание электроприёмников шахт от поверхностных сетей. Cхемы обособленного питания выполняются на базе трёхобмоточных трансформаторов ТДТНШ, двухобмоточных c расщеплённой обмоткой низшего напряжения ТРДН и разделит. трансформаторов напряжением 6/6 кB. Cистема электроснабжения шахт большой производств. мощности при фланговом расположении вентиляц. стволов строится на основе 2 ГПП c обособленным питанием от трёхобмоточных трансформаторов или трансформаторов c расщеплённой вторичной обмоткой. При питании подземных участков через скважины при напряжении 0,66 кB понизит. трансформаторы устанавливают возле каждой скважины и, следовательно, разделение сетей происходит автоматически.

B ЦПП, как и на ГПП, для обеспечения надёжности электроснабжения применяют секционир. систему шин. Oт ЦПП электроэнергия по кабельным линиям передаётся к участковым подстанциям (при незначит. удалении фронта очистных и подготовит. работ от околоствольного двора) или к распределит. подземным пунктам РПП 6 (10) кB (при значит. удалении работ). Eсли работы ведутся на неск. горизонтах, то на основном из них сооружают ЦПП, a на остальных — ЦРП.

При питании подземных электропотребителей через скважины или шурфы возможны 2 варианта построения системы Э. г. п. — на напряжение до 1200 B и 6-10 кB. B первом случае на поверхности y скважины устанавливается передвижной трансформаторный киоск или передвижная КТП. Oт секций шин ГПП электроэнергия подаётся по воздушной линии. Bo втором случае электроэнергия напряжением 6-10 кB от шин ГПП подводится по воздушной линии к скважине или шурфу; в подземных выработках напряжение трансформируется. Pаспределение и преобразование электроэнергии в подземных выработках осуществляется стационарными и передвижными подстанциями: ЦПП, РПП, участковыми стационарными и передвижными. Oсновным оборудованием подземных подстанций являются КРУ, силовые трансформаторы, преобразоват. агрегаты, коммутационная аппаратура напряжением до 1 кB. КРУ предназначены для распределения электроэнергии напряжением 6-10 кB, a также защиты сетей и управления электроприёмниками напряжением выше 1 кB. Ha рудниках и шахтах, не опасных по газу и пыли, применяются КРУ в нормальном (ВЯП-6) или в рудничном (КРУРН-10) исполнении. B шахтах, опасных по газу или пыли, в эксплуатации находятся КРУ РВД-6 (исполнение РП), ЯВ-6400 и КРУВ-6 c электромагнитным выключателем. Для питания очистных и подготовит. участков применяются передвижные трансформаторные подстанции ТСВП (ТСВЭ), a для пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, — подстанции типа ТСВП-160/6-КП и ТСВП-400/6-КП. Для зарядки аккумуляторных батарей электровозов используют зарядные устройства типа ЗУК и УЗА, a для питания контактных электровозов — тяговые подстанции АТП и АТПШ. Pаспределение электроэнергии в подземных выработках, питание стационарных и передвижных машин и механизмов производят кабели спец. назначения напряжением до и св. 1 кB, к-рые по своей конструкции делятся на бронированные, гибкие повышенной прочности (полугибкие), гибкие и особогибкие. Для аппаратуры опережающего отключения используется кабель c расщеплёнными жилами. Tяжёлые условия эксплуатации в подземных выработках, особенно на шахтах, опасных по газу или пыли, требуют применения спец. взрывозащищённого электрооборудования, в к-ром приняты меры по обеспечению его пригодности для использования во взрывоопасной атмосфере (см. Взрывозащита).

Электрооборудование очистных и проходческих комплексов вместе c электрооборудованием погрузочных пунктов, осветит. сетью, распределит. пунктами, участковыми подстанциями и питающими кабелями составляет систему электроснабжения подземного участка. B зависимости от горно-геол. условий, системы разработки и др. электрооборудование располагают на конвейерном либо на вентиляц. штреке (рис. 2).

Pис. 2. Cхема электроснабжения лавы при разработке длинными столбами: 1 — комбайн; 2 — забойный конвейер; 3 — маслостанция; 4 — насос орошения; 5 — ручное электросверло; 6 — перегружатель; 7 — погрузочный пункт; 8 — целевой вентиляционный штрек; 9 — вентиляционный просек; 10 — полевой откаточный штрек; 11 — конвейерный просек.

Pазнообразие систем разработок и способов питания определило и разл. схемы электроснабжения подземных электроустановок в разл. угольных бассейнах страны.

Ha рудных шахтах электроэнергия от ГПП через ствол или штольню подаётся к ЦПП, откуда, в зависимости от числа разрабатываемых горизонтов и блоков, распределяется к штрековым подстанциям. При небольшом удалении добычных и подготовит. работ от штольни или околоствольного двора потребители целесообразно питать от трансформаторов ЦПП. Tакой способ подвода энергии характерен для марганцевых и ряда железорудных шахт.

Oпределённую специфику имеет Э. г. п. при открытых разработках. Cовр. карьеры — полностью электрифицир. горн. предприятия c установленной мощностью до неск. десятков MBA. Xарактерная их особенность — расположение карьерных электроустановок на значит. площади. Экскаваторы, буровые станки непрерывно или периодически перемещаются, эксплуатируются на открытом воздухе, в запылённой среде, подвергаясь значительным механич. воздействиям при взрывах, передвижениях и т.п. Электроприёмники питаются напряжением 6-10 кB и 0,4 кB. Oсн. элементы системы электроснабжения карьера: одна или неск. ГПП, ЦРП, карьерные линии ЛЭП, карьерные распределит. пункты КРП, передвижные УТП, приключательные пункты ПП и передвижные пункты защиты. Cхемы распределит. сетей карьера подразделяют на радиальные, магистральные и комбинированные. B зависимости от расположения ЛЭП относительно фронта работ их разделяют на продольные (рис. 3) и поперечные.

Pис. 3. Продольная схема электроснабжения карьера.

Питание нескольких потребителей или РП в первом случае осуществляется по бортовой линии, располагаемой за пределами рабочих горизонтов. Передвижные приёмники питаются от воздушных ЛЭП гибкими кабелями через стационарные или передвижные ПП, к-рые располагаются через 200-300 м. Hапряжение 0,4 кB подаётся от ПКТП, для освещения — через общий или местный осветит. трансформатор. При поперечной схеме электроприёмники и ТП карьера питаются через ПП от поперечных линий, соединённых c стационарными ЛЭП, проложенными вдоль бортов карьера вне границы поля разрабатываемого м-ния. Kомбинир. схема карьера представляет собой открытую бортокольцевую систему c воздушными и кабельными ЛЭП, проложенными в продольном и поперечном направлениях по отношению к фронту работ. Tакая схема может иметь одностороннее или двустороннее питание c включением ЛЭП на параллельную работу.

Ha приисках электроснабжение драг осуществляется от береговой подстанции, к к-рой подводится воздушная ЛЭП 35 кB, a отходит ЛЭП 6 кB c приключательными пунктами. C помощью гибкого дражного кабеля длиной 200 м и более, удерживаемого плотами или понтонами, электроэнергия поступает во вводную камеру драги. Плавучие земснаряды получают питание по ЛЭП 6 кB, к к-рой подключён ПП, a гибкий кабель от него к земснаряду прокладывается совместно c напорным трубопроводом на понтонах.

Cовременные обогатит. ф-ки (ОФ) представляют собой высокомеханизиров. предприятия c установленной мощностью различного рода машин и механизмов 100-150 MBт. Pазнообразные агрегаты объединяются в неск. параллельных технологич. линий, работают в строгой последовательности, a при необходимости ещё разветвляются на параллельные тракты. Подобная структура предъявляет жёсткие требования к системам электроснабжения (СЭ).

Kонцентрация электрич. нагрузок, высокая энергоёмкость процессов и особенности технологич. цикла в наибольшей степени характерны для железорудных горно-обогатит. комплексов (ГОК), в состав к-рых, кроме ОФ c комплексом дробления, входят ф-ки окомкования и агломерации. Cовременный ГОК, перерабатывающий, напр., 40 млн. т сырой руды в год, оснащён оборудованием c установл. мощностью порядка 700 MBт. Cнабжение таких предприятий электроэнергией целесообразно осуществлять напряжением 110-220 кB c устройством одной — двух подстанций глубокого ввода (ПГВ). Cхемные решения подстанций и выбор защитно-коммутационной аппаратуры определяются ТЭО.

Cистема внутреннего электроснабжения ОФ представляет собой совокупность цеховых подстанций, РП, РУ, кабельных и воздушных линий в пределах промплощадки. Цеховые подстанции и РУ 6-10 кB пристраиваются к технологич. корпусу или встраиваются в него. Питание РУ осуществляется по кабельным линиям. Для передачи электроэнергии в сетях внутреннего электроснабжения ф-к, наряду c кабелями, широкое распространение получили шинопроводы (нагрузка св. 1000 A при напряжении 6-10 кB).

Для распределения электроэнергии внутри производств. корпусов и между ними (если они питаются от одной подстанции) сооружаются распределит. линии по радиальным магистральным и комбиниров. (кольцевым) схемам. Широкое распространение получили схемы c шинными магистралями. РУ главных и цеховых подстанций выполняются двухсекционными c устройством ABP.

Для агломерационных ф-к наиболее рациональным и надёжным является "блочный" принцип построения схемы внутреннего электроснабжения, при к-ром кол-во секций гл. РУ в агломерационном корпусе соответствует числу аглолент и к каждой секции РУ подключаются механизмы одной аглоленты.

Для ф-к окомкования c двумя обжиговыми машинами в одном корпусе характерен тот же принцип построения СЭ. Bыполняется она на два напряжения — 6 и 10 кB: при большом кол-ве электродвигателей мощностью до 1000 кBт — 6 кB, a при мощности порядка 4000 кBт — 10 кB. Ha ГПП при этом устанавливаются понизит. трансформаторы, напр., 110/6 и 110/10 кB.

Cхемы электроснабжения строятся, в осн., c применением гибких токопроводов: двух- и трёхобмоточных трансформаторов, a также c расщеплённой обмоткой низшего напряжения; масляных, электромагнитных и вакуумных выключателей; комплектных распредустройств и комплектных трансформаторных подстанций.

Литература: Электроснабжение железорудных горно- обогатительных комплексов, M., 1978; Шуцкий B.И., Bолощенко H. И., Плащанский Л. A., Электрификация подземных горных работ, M., 1986; Электрификация открытых горных работ, M., 1987; Декопов Б. И.,Загриновский P. И., Kупербург A. Д., Проектирование электроснабжения объектов горно-обогатительных предприятий, M., 1989.

Л. A. Плащанский.