Схеми зовнішнього електропостачання

При виборі конструктивних варіантів схем зовнішнього електропостачання розгляд економічних і технічних питань електропостачання повинно знаходитися в тісному зв’язку з найбільш важливим для гірничих підприємств питанням безперебійності живлення електроенергією у відповідності з категорією електроспоживачів.

Із великої різноманітності схем для живлення гірничих підприємств можуть бути виділені основні варіанти:

1. Схеми радіального живлення без трансформаторів в кінці лінії приймаються для електропостачання невеликих гірничих підприємств (з навантаженням до 2000 кВт), що знаходяться на віддалені 1.5-2 км від ПЕС. Підприємства з невеликою кількістю споживачів, переважно, третьої категорії можуть живитися одною ЛЕП (рис. 8.4, а), а при наявності споживачів першої та другої категорій, які вимагають наявності резерву в живленні електроенергією, двома ЛЕП з секціями збірних шин ГПП (РП) за допомогою міжсекційного вимикача (рис. 8.4, б). Живлення гірничого підприємства по ЛЕП 6 кВ може виконуватися також від підстанцій других підприємств, що мають ПГВ або групову підстанцію (рис. 8.4, в). Недолік цих схем - ускладнений пуск потужних двигунів 6 кВ.
2. Схеми глибокого вводу 35-220 кВ радіальними лініями без вимикачів (з вимикачами) на стороні вищої напруги ГПП передбачають трансформацію в місці переходу від схеми зовнішнього електропостачання до схеми внутрішнього.

Малі, але віддалені підприємства зі споживачами переважно третьої категорії можуть живитися від енергосистеми однією ЛЕП (рис 8.4, г). Але переважна більшість гірничих підприємств живиться електроенергією по двох ЛЕП без вимикачів на первинній напрузі ПГВ з двома секціями шин 6 кВ ГПП (рис. 8.4, д). Схеми без вимикачів на первинній напрузі є економічними і достатньо надійними в експлуатації. Однак їх використання можливе, коли операції вмикання та вимикання трансформатора не проводяться щоденно, а також якщо зовнішнє середовище сприяє нормальній роботі відокремлювачів та короткозамикачів. Схеми з вимикачами на первинній напрузі можуть прийматися при значному запиленні повітря, в разі ускладненого самозапуску (дозапуску) потужних споживачів (наприклад, екскаваторів) після спрацювання АПВ, або коли вона має двобічне живлення (рис. 8.4, е).

3. Схеми глибокого вводу з виконанням групової підстанції, коли підстанція (сумісна) енергосистеми розміщується на промисловому майданчику (або поряд з ним) гірничого підприємства, а від неї живиться кілька підприємств (рис. 8.4, ж). По аналогічній схемі можуть живитися великі гірничі підприємства (наприклад, кар’єри), коли на груповій підстанції встановлюються трьохобмоткові трансформатори з напругою 220-110/35/6 кВ (рис. 8.4, з). Від цієї підстанції, напругою 6 кВ, живляться близько розташовані споживачі, а більш віддалені групи споживачів, чи окремі потужні споживачі (наприклад потужні драглайни, роторні екскаватори) живляться напругою 35 кВ. З цією груповою підстанцією можуть суміщувати тягову підстанцію підприємства.

4. При розміщенні гірничих підприємств в одному напрямку від районної підстанції енергосистеми підприємства можуть живитися за магістральною схемою (рис. 8.4, і). Кількість підстанцій глибокого вводу, що живляться від однієї ЛЕП не більше 2…3. За магістральною схемою часто живляться також кілька ПГВ, що живлять центри навантаження одного підприємства. Згідно з нормативними вимогами гірничі підприємства, що мають значну кількість споживачів першої та другої категорій, мають живитися за допомогою не менше двох ЛЕП незалежно від напруги. Для нормального режиму характерною є роздільна робота ЛЕП. Всі ЛЕП повинні знаходитися під навантаженням. Живлячі ЛЕП напругою 35…330 кВ виконуються у вигляді одно- чи двохланцюгових ліній на металевих, залізобетонних або дерев’яних опорах. Перевагу слід віддавати дволанцюговим ЛЕП на опорах, що розраховані на підвищені вітрові навантаження та від ожеледиці (на ступінь вище нормативу). Дві одноланцюгові лінії необхідно приймати для електропостачання шахт:

- віднесених до 3 категорії та зверхкатегорійних за метаном і небезпечних раптовими викидами;

- розташованих в 4 і особливому районах за ожеледицею;

- з годинним притоком води більш 300 м3.

Рис 8.4. Варіанти схем зовнішнього електропостачання.

Довжина ЛЕП в більшості випадків не перевищує 20 км при напрузі 35 кВ і може перевищувати 50 км при більш високих напругах. ЛЕП частіше всього виконуються сталеалюмінієвими проводами АС з перерізом 95-185 мм². Лінії 6 кВ, як правило, мають невелику довжину, можуть виконуватись голими мідними або алюмінієвими проводами з перерізом до 3х500 мм² на фазу у вигляді шинопроводів, а також броньованими кабелями з перерізом 120-185 мм², при кількості вводів на ГПП від двох до чотирьох, та кількості паралельно прокладених кабелів в кожній лінії до трьох.

Необхідний рівень безперебійності роботи технологічних установок і, від-повідно, рівень безперебійності живлення споживачів електричною енергією регламентується Правилами улаштування електроустановок (ПУЕ). При цьому всі електроприймачі поділяються на три категорії

До електроприймачів першої категорії належать такі, перерва в живленні яких може спричинити загрозу для життя людини, пошкодження головного дорогого обладнання, значний збиток народному господарству, масовий брак продукції, розлад складного технологічного процесу. Перерва в електропостачанні цих споживачів може бути лише на час ав-томатичного введення резервного живлення (АВР), тобто вимірюється секундами. Але в разі виходу з ладу двох джерел живлення одночасно час відновлення живлення може вимірюватись хвилинами і навіть годинами.

На кар’єрах до електроприймачів першої категорії належать: водо-понижувальне та водовідливне обладнання; машини, які використовуються на розкривних роботах на ділянках гідромеханізації; дренажні шахти; протипожежні насоси промислового майданчика; котельні; автоматичні телефонні станції (АТС) та електронні обчислювальні машини (ЕОМ).

На шахтах і рудниках – це клітьовий підйом із власними потребами; вентилятор головного провітрювання для шахт третьої категорії та надкатегорійних за газом, незалежно від місця розташування (з автоматичним уведенням резервного живлення – АВР); вентилятори головного провітрювання шахт першої, другої категорій та негазових шахт і головні вентиляторні установки на окремих блоках, для яких можливе резервне живлення від розподільних пунктів інших установок (без АВР); компресорні станції, якщо головною є пневматична енергія; обладнання для дегазації вугільних пластів; головний водовідлив; центральні підземні підстанції (ЦПП); магістральні перекачувальні вуглесосні станції (гідротранспорт); гідропідйом, суміщений із водовідливом; протипожежні насоси; канатна пасажирська дорога, АТС, ЕОМ. Живлення електроприймачів першої категорії передбачається від двох незалежних джерел.

Незалежними джерелами живлення можуть бути дві секції або системи шин однієї або двох електростанцій чи підстанцій за виконання таких умов:

– кожна із секцій або систем шин має живлення від незалежного джерела;

– системи шин не з’єднані між собою, або мають зв’язок, котрий автоматично вимикається у разі порушення нормальної роботи однієї із секцій шин.

Електроприймачі другої категорії – такі, перерва в живленні яких пов’язана з масовим недовиробництвом продукції, прогулами робітників, простоями механізмів, транспорту. Перерва в електропостачанні цієї групи можлива на час, необхідний для ввімкнення резервного живлення черговим персоналом або виїзною бригадою. Електроприймачі другої категорії рекомендовано живити від двох незалежних джерел. За наявності централізованого резерву трансформаторів та можливості зміни пошкодженого трансформатора за час до однієї доби можливе живлення електроприймачів другої категорії від одного трансформатора.

На кар’єрах до електроприймачів другої категорії належать: машини, які використовуються на добувних роботах; електрифікований залізничний або конвеєрний транспорт; компресори; технологічний комплекс промислового майданчика.

На шахтах та рудниках до споживачів другої категорії належать: скі-пові підйоми із власними потребами; вантажна канатна дорога (якщо не-має складу продукції); компресори; дільничний водовідлив з припливом води понад 50 м3 за годину; зумпфові водовідливи; об’єкти будівництва шахт.

Усі інші споживачі – електроприймачі третьої категорії. Перерва в їх живленні можлива на час, необхідний для ремонту або заміни пошкодженого елемента мережі, але не більш ніж на добу.

На кар’єрах електроприймачами третьої категорії є: машини, які ви-користовуються на розкривних роботах та відвалах; освітлення доріг; транспорт породи; адмінпобуткомбінат; механічні майстерні; склади; ав-тогаражі; освітлення промислових майданчиків та будівель. На шахтах і рудниках: вантажна канатна дорога (за наявності складу продукції); перетворювальні агрегати електровозної відкатки; скреперні установки на підготовчих та добувних роботах; освітлення будівель; промислових майданчиків; механічна майстерня; адмінпобуткомбінат. Під час живлення потужних екскаваторів на кар’єрах виникають деякі суперечності. Працюючи на розкритті, відвалоутворенні та рекультивації, вони є споживачами третьої категорії. В той же час вони є важливою ланкою технологічного процесу і перерва в їх електропостачанні спричиняє розлад технологічного процесу зі значним збитком (масове недовідвантаження гірничої маси, простої технологічно пов’язаних машин і агрегатів). Тому тривалі перерви в електропостачанні (до доби) для цих екскаваторів недоцільні. Враховуючи це, всі екскаватори слід вважати споживачами другої категорії, при цьому обов’язкова наявність резервного джерела живлення. Як відомо, перерва в живленні споживачів другої категорії можлива на час вмикання резерву черговим персоналом або виїзною оперативною бригадою. Але на сучасних кар’єрах роботи виконуються на великій території, в умовах місцевості з різноманітним рельєфом, рухатися по якій буде важко. При цьому кар’єрні підстанції в багатьох випадках працюють без чергового персоналу. Тому слід використовувати на підстанціях кар’єру системи АВР як засіб підвищення надійності електропостачання. Слід також передбачати автоматичне повторне ввімкнення (АПВ) на кар’єрних лініях напругою вище 1000 В.

ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ СХЕМ ЗОВНІШНЬОГО ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ

Сучасні гірничі підприємства (ГЗК, шахти, рудники) об’єднують в єдиному технологічному процесі складні електроустановки, які розташовані на поверхні (проммайданчику) і в підземних виробках. Виробнича потужність, глибина залягання корисної копалини, розміри шахтного поля, пилогазовий режим, багатоводність, рівень механізації визначають загальне електричне навантаження підприємства, яке досягає десятків МВ А.

Система електропостачання гірничого підприємства (ГП) складається з ряду підсистем, які мають свою специфіку в частині побудови, технічних характеристик, вимог до них, а також в електроустаткуванні, що застосовується. Наявність особливостей дозволяє виділити зовнішнє електропостачання окремих кар’єрів, дробильно-сортувальних фабрик, збагачувальних фабрик, фабрик агломерації і грудкування, електропостачання споживачів поверхні, підземних гірничих робіт по стовбурах, свердловинах та ін. При цьому кожна підсистема повинна бути надійною й безпечною в експлуатації, забезпечувати високу якість електроенергії у електроприймачів і мати високі економічні показники з перетворення, передавання та розподілу електроенергії.

Надійність системи електропостачання забезпечується за рахунок раціонального її проектування з урахуванням технічних і економічних міркувань, а також високого рівня експлуатації. Якість електроенергії забезпечується дотриманням діапазонів допустимих змін параметрів напруги і частоти, встановлених стандартом. Діапазон допустимих змін частоти утримує енергосистема, а дотримання діапазону допустимих змін показників напруги на затисках ЕП значною мірою залежить від рівня проектування та експлуатації електроустановок.

Від професійності вибору, монтажу й експлуатації електроустановок і захисних засобів залежить електробезпека персоналу, обслуговуючого електроустановки.

Раціональне поєднання капітальних витрат на споруду систем електропостачання і щорічних експлуатаційних витрат є необхідною умовою економічного використання засобів, які спрямовуються на електрифікацію гірничої промисловості.

Свідомий підхід до виконання вказаних вимог може бути забезпечений за умови глибокого знання фізичних процесів, які відбуваються під час експлуатації електроустановок, умов спільної роботи окремих елементів електроустаткування, основних положень раціонального проектування систем електропостачання та раціональної експлуатації електроенергетичного комплексу потужних сучасних гірничих підприємств.

Під час проектування електропостачання гірничих підприємств основними питаннями є вибір загальної схеми живлення, кількості, потужності та розташувань знижувальних підстанцій, напруги живильних і розподільних мереж, способів передачі електроенергії до електроприймачів підприємства.

Напруга систем зовнішнього і внутрішнього електропостачання залежить від електричної потужності підприємства, його віддаленості від джерел живлення, напруги і резервних потужностей джерел живлення, які має в розпорядженні енергозабез- печуюча або енергопередавальна компанія в даному регіоні, а також від характеру навантаження - кількості та потужності електроприймачів різних напруг, наявності електроприймачів з різко змінним характером навантаження (тиристорний привід піднімальних машин), що негативно впливає на такі показники якості напруги, як коефіцієнт викривлення кривої напруги та розмахи її зміни.

Під зовнішнім електропостачанням розуміють комплекс споруд, що забезпечують передачу електроенергії від джерела живлення (ДЖ) до пункту прийому електроенергії (ППЕ) на проммайданчику підприємства.

Усі гірничі підприємства, залежно від вимоги надійності та безпеки, відносять до однієї з трьох категорій по безперебійнос- і і живлення. Якщо ГП - споживач першої (другої) категорії, то живлення воно повинне одержувати від двох незалежних джерел.

Незалежними джерелами є:

♦ дві електростанції;

♦ дві підстанції енергосистеми;

♦ дві секції збірних шин електростанції або підстанції енергосистеми за умови, що кожна з секцій має живлення від незалежного джерела і секції зв’язані між собою або мають зв’язок, який автоматично відключається при порушенні нормальної роботи однієї із секцій.

До зовнішнього електропостачання підприємств залежно від джерела живлення відносять:

♦ при живленні безпосередньо вщ районної підстанції - лінії електропередачі будь-якого рівня напруги, розподільне устаткування приєднання на вказаній підстанції і підстанція підприємства;

♦ при живленні через групову підстанцію - лінії електропередачі від районної до групової підстанції, розподільне устаткування приєднання і групова підстанція, а також лінії від групової підстанції, розподільне устаткування приєднання в ній і підстанція самого підприємства.

Як правило, зовнішнє електропостачання гірничих підприємств рекомендується виконувати за системою глибокого вводу з мінімальною кількістю ступенів трансформації, тобто за умови максимального наближення високої напруги до споживачів.

При цьому способі живлення відбувається органічне сполучення живильних мереж з мережами першого ступеня розподілу електроенергії. У кожному конкретному випадку вибір напруги повинен проводитися шляхом техніко-економічного порівняння варіантів при різних номінальних напругах.

У даний час під глибокими вводами маються на увазі лінії напругою 35-330 кВ, які проходять по території підприємств з відпайками від них до найкрупніших пунктів споживання електроенергії. Відбувається розукрупнення знижувальних підстанцій і розосередження прийому і розподілу електроенергії на першому ступені електропостачання. Кількість розукрупнених підстанцій глибокого вводу (ПГВ) з вищою напругою до 330 кВ визначається техніко-економічним розрахунком і залежить від навантаження, взаємного розташування споживачів, черговості їх вводу та ін.

Глибокі вводи виконуються по радіальній і магістральній схемах. Лінії напругою 35-330 кВ прокладають до ПГВ підприємств, що розташовуються в центрах навантажень потужних груп ЕП. Таким чином, одночасно здійснюється децентралізація живлення і «наближення» вищої напруги до вузлів безпосереднього використання електроенергії.

Система зовнішнього електропостачання повинна бути безпечною для обслуговуючого персоналу, забезпечувати високу якість електроенергії; надійність і безперебійність живлення; пристосовність до зміни схеми і складу' навантажень; мінімальну трудомісткість обслуговування і економічність роботи всіх її елементів.

Зовнішнє електропостачання гірничого підприємства виконується двоколовими лініями при їх роздільній роботі в нормальному режимі; всі живильні ЛЕП повинні знаходитися під навантаженням. Двоколові ПЛ, опори яких розраховані на підвищене навантаження щодо вітру і ожеледі, розглядаються як дві живильні лінії, за винятком електропостачання шахт, віднесених до III категорії і надкатегорних по метану або раптових викидах, розташованих в IV і особливому районах по ожеледі, і з водо- припливом понад 300 м³.

Особливу увагу під час проектування зовнішнього електропостачання слід приділяти відокремленому живленню підземних споживачів шахт.

Живильні електричні мережі напругою 35-330 кВ можуть виконуватися по кільцевих, магістральних і радіальних схемах. При напрузі 35-110 кВ лінії виконуються повітряними, а кількість їх визначається навантаженням. При напрузі 6-10 кВ лінії також повітряні. Якщо відстань від живильної підстанції не перевищує 300-400 м, лінії, як правило, кабельні. Прокладається не менше двох і не більше чотирьох ліній, маючи на меті спрощення схеми з’єднання на районній підстанції і ППЕ підприємства. На потужних підприємствах мережі 6-10 кВ доцільно виконувати жорсткими або гнучкими струмопроводами для зниження кількості кабелів, що прокладаються.

Все різноманіття схем живлення ГП можна звести до наступних:

♦ на проммайданчику споруджується підстанція глибокого вводу, що живиться протяжними ПЛ напругою (35), 110, 150, 220 кВ від районної підстанції електросистеми (ПЕС), від ПГВ лінії 6-10 кВ малої довжини передають електроенергію на шахту, кар’єр, рудник або збагачувальну фабрику;

♦ від ПЕС одержує живлення так звана суміщена підстанція (СПЕ), тобто районна підстанція, розташована на території підприємства або території, яка безпосередньо до нього примикає; від СПЕ по лініях малої протяжності напругою 6—10 кВ одержує живлення гірниче підприємство, але одночасно від СПЕ можуть одержувати живлення й інші підприємства (до трьох), у тому числі й гірничі, проте по лініях значно більшої протяжності;

♦ живлення гірничих підприємств здійснюється від районної підстанції енергосистеми протяжними лініями напругою 6-10 кВ разом з іншими промисловими підприємствами;

♦ при комбінованій схемі живлення одна або декілька ліній напругою 6-10 кВ приєднуються до ПГВ або районної підстанції, а решта ліній - до підстанцій інших гірничих підприємств;

♦ так звана «шлейфова» схема живлення, за якої гірниче підприємство одержує живлення по лініях великої протяжності напругою 6-10 кВ від підстанції інших підприємств, які мають ПГВ і СПЕ.

Напруга, схемні рішення та конструктивне виконання підстанцій гірничих підприємств суттєво впливають на параметри схем внутрішнього електропостачання; на протяжність і переріз провідників ліній; втрати потужності та енергії; режим напруги під час пуску синхронних і асинхронних електродвигунів,

Крім перерахованих схем електропостачання особливе місце займає електропостачання окремих споживачів на поверхні та підземних споживачів через свердловини. Електропостачання віднесених вентиляторних або окремих установок, які знаходяться зовні проммайданчика, може здійснюватися при напрузі 6-10 кВ. Під час живлення підземних споживачів через свердловини електроенергія може передаватися при напрузі 6-10 кВ, забезпечуючи відокремленість живлення, і при напрузі 35-110 кВ, але при установленні біля свердловини підстанції КТП 35-110/6 -10 кВ.

ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ

Більшість гірничих підприємств Росії, України та інших країн СНГ живляться від потужних: енергосистем; власних електростанцій, у тому числі блок-станцій, а також від автономних і пересувних дизель-електричних станцій.

При живленні від енергосистеми електроенергія до підприємства передається за допомогою ЛЕП. Власні електростанції використовують паливо, що здобувається, а залишки електроенергії передають до енергосистеми по ЛЕП з відповідною пропускною спроможністю. У разі потреби по цих же ЛЕП гірниче підприємство одержує електроенергію від енергосистеми. У віддалених районах Крайньої Півночі, Якутії та інших гірничі підприємства живляться від автономних теплових електростанцій потужністю від 2,5 до 115 МВА і від дизель-електричних станцій (ДЕС) потужністю до 1000 кВт.

У кожному конкретному випадку вид джерел живлення та їх кількість залежить від категорії електроприймачів за надійністю електропостачання. Більшість гірничих підприємств одержують живлення не менше ніж від двох незалежних джерел. Поширені схеми живлення від двох районних підстанцій, від районної підстанції і ТЕЦ, від районної підстанції або ПГВ іншого підприємства і ДЕС та ін.

Від джерела живлення електроенергія поступає до пунктів прийому електроенергії (ППЕ), які звичайно розташовують і на проммайданчиках гірничих підприємств. За конструктивним виконанням пункти прийому та їх кількість визначаються потужністю підприємства і характером розподілу електричних навантажень по його території, отже, це можуть бути - підстанція глибокого вводу, головна знижувальна підстанція, блокова знижувальна підстанція, центральні або звичайні розподільні пункти.

Кількість ППЕ на підприємстві визначається також загальною схемою електропостачання, ступенем безперебійності живлення та іншими умовами. Всі пункти прийому від енергосистеми повинні бути зв’язані між собою кабельними або повітряними ЛЕП, а за великих навантажень -■ і струмопроводами.

Електроенергія від джерел живлення до пунктів прийому передається по радіальних, магістральних або кільцевих лініях, а також за змішаними схемами.