Рейтинг@Mail.ru
Угольный портал
Главная Горное дело Эффективность применения частотно-регулируемого электропривода для одноконцевого подъема проходческой бадьи
Нашли ошибку? Выделите и нажмите Ctrl+Enter
Главное меню
Полезное
Виртуальные выставки
Онлайн тестирование
В это трудное время Вы можете оказать помощь в развитии портала
$10000   30%   $3000
Updated:  10/11/2014
$  
Работает на Donate-Amoney
$10000   30%   $3000
Updated:  10/11/2014
Стоимость:
 UAH - ₴
Работает на Donate-Amoney
$10000   30%   $3000
Updated:  10/11/2014
Работает на Donate-Amoney
Доска объявлений
Активность форума

 Онлайн тестирование по ОТ на Угольном портале

Эффективность применения частотно-регулируемого электропривода для одноконцевого подъема проходческой бадьи Печать E-mail
Автор: Иванцов В.В   
16.05.2012 01:43
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ДЛЯ ОДНОКОНЦЕВОГО ПОДЪЕМА ПРОХОДЧЕСКОЙ БАДЬИ

Иванцов В.В., к.т.н., доцент, заместительгенерального директора ЗАО «ЭРАСИБ»

В статье рассмотрены вопросы оценки экономической эффективности модернизации проходческих шахтных подъемных машин с применением роторного частотно-регулируемого электропривода типа «ЭРАТОН-ФР» производства ЗАО «ЭРАСИБ» на примере одноконцевого подъема проходческой бадьи в Восточном вентиляционном стволе рудника «Северный» ОАО «Кольская ГМК»

1. Характеристика действующих шахтных подъемных машин
В Восточном вентиляционном стволе рудника «Северный» ОАО «Кольская ГМК» работают две шахтные подъемные машины (ШПМ) типа Ц 3,5х2,4, укомплектованные приводными электродвигателями с фазным ротором типа АКН2-16-48-12УХЛ4 (630 кВт, 6 кВ, 490/мин, напряжение ротора 810 ток ротора 465А), реверсорами в цепи статора, станциями динамического торможения (СДТ) и пусковыми роторными резисторно-контакторными станциями (ПРКС). Одна ШПМ укомплектована однодвигательным электроприводом, а вторая ШПМ - двухдвигательным электроприводом. Однолинейная структурная схема электропривода действующих ШПМ показана на рис. 1.

Однолинейная структурная схема однодвигательного (а) и двухдвигательного (б)             электропривода действующих ШПМ вентиляционного ствола рудника «Северный

            а                                                              б

Рис. 1. Однолинейная структурная схема однодвигательного (а) и двухдвигательного (б)
            электропривода действующих ШПМ вентиляционного ствола рудника «Северный»

Рассматриваемые ШПМ осуществляют одноконцевой подъем грузов в проходческой бадье. Шахтный ствол, по которому движется проходческая бадьи имеет следующие особенности:
  1.  Высота ствола от поверхности до забоя составляет 920 метров.
  2.  На высоте 30 м от забоя находится подвесной полок (ПП) с раструбами для прохода бадьи.
  3.  В верхней части ствола расположены подвижные ляды, перекрывающие ствол.
  4.  На поверхности находится разгрузочное устройство, обеспечивающее опрокидывание бадьи.
  5.  В промежутке ствола от ПП до забоя бадья движется без направляющих канатов.
  6.  В стволе между ПП и поверхностью бадья движется в направляющих канатах.
При одноконцевом подъеме проходческой бадьи правилами безопасности устанавливаются малые допустимые ускорения и скорости прохода бадьи в нижней части ствола (при движении от забоя к подвесному полку, проходе полка) и в верхней части ствола (при проходе верхних ляд и в период разгрузки бадьи). Из-за малой скорости движения бадьи на относительно больших участках в нижней и верхней частях ствола существенно возрастает время маневров на малой скорости, что приводит к значительному повышению непроизводительных затрат электроэнергии на работу действующего электропривода с ПРКС и СДТ. Ниже приведены результаты анализа энергозатрат в действующем электроприводе с ПРКС и СДТ.

1.1. Анализ энергозатрат в однодвигательном электроприводе ШПМ
Анализ диаграмм электронного регистратора однодвигательной ШПМ (рис. 1 а) позволил определить следующие ориентировочные параметры тахограмм движения бадьи из забоя и на забой в основных режимах подъема груженой бадьи и спуска порожней бадьи:

  1.  Тахограмма подъема груженой бадьи из забоя на поверхность
    1.  подьем на участке ?Н1 = 4 м с ускорением а = 0,03 м/с2 в течение ?Т1 = 17 с;
    2.  подъем на участке ?Н2 = 26 м до полка со скоростью V2 = 0,5 м/с за ?Т2 = 52 с;
    3.  подъем на участке ?Н3 = 22 м с ускорением  а = 0,35 м/с2 в течение ?Т3 = 11 с;
    4.  подъем на участке ?Н4 = 844 м со скоростью V4 = 4,4 м/с за ?Т4 = 192 с;
    5.  подъем на участке ?Н5 = 24 м с замедлением  а = - 0,35 м/с2 в течение ?Т5 = 12 с;
    6.  подъем на участке ?Н6 = 10 м со скоростью V6 = 0,3 м/с за ?Т6 = 33 с;
    7.  стопорение на участке ?Н7 = 0,2 м с замедлением  а = - 0,3 м/с2 в течение ?Т7 = 1 с;
    8.  пауза на подготовку бадьи к разгрузке в течение ?Т8 = 35 с;
    9.  опускание бадьи для разгрузки на ?Н9 = 5,4 м со скоростью V9 = 0,3 м/с за ?Т9 = 18 с;
    10.  подъем пустой бадьи на участке ?Н10 = 5,4 м со скоростью V10 = 0,3 м/с за ?Т10 = 18 с;
    11.  пауза перед спуском бадьи ?Т11 = 18 с.
  2.  Тахограмма спуска порожней бадьи с поверхности на забой
    1.  спуск на участке ?Н1 = 4 м с ускорением а = 0,1 м/с2 в течение ?Т1 = 9 с;
    2.  спуск на участке ?Н2 = 14,5 м со скоростью V2 = 0,9 м/с за ?Т2 = 16 с;
    3.  спуск на участке ?Н3 = 22 м с ускорением а = 0,3 м/с2 в течение ?Т3 = 12 с;
    4.  спуск на участке ?Н4 = 846 м со скоростью V4 = 4,6 м/с за ?Т4 = 184 с;
    5.  спуск на участке ?Н5 = 16 м с замедлением а = - 0,5 м/с2 в течение ?Т5 = 8 с;
    6.  спуск на участке ?Н6 = 26 м со скоростью V6 = 0,5 м/с за ?Т6 = 52 с;
    7.  стопорение на участке  ?Н7 = 1,5 м с замедлением а = - 0,08 м/с2 в течение ?Т5 = 6 с;
    8.  пауза перед подъемом бадьи.

С использованием полученных тахограмм движения бадьи на основе основного уравнения динамики подъема Федорова М.М. выполнены расчеты усилий, моментов, мощности и  затрат электроэнергии на подъем груза из шахты и спуск порожней бадьи. Получены следующие результаты для подьемной машины с однодвигательным электроприводом (рис. 1 а):
  1. На выполнение полезной работы по одному подъему 5000 кг груза на поверхность затрачивается 27,5 кВт*час электроэнергии. При этом на непроизводительный нагрев роторных сопротивлений пусковой станции ПРКС на интервалах движения бадьи с малой скоростью за один
подъем груза 5000 кг затрачивается 18  кВт*час электроэнергии. Из сети за один подъем потребляется (27,5 + 18) / 0,93 = 49 кВт*час. Коэффициент полезного использования электроэнергии при подъеме груза равен 27,5 / 49 =  0,56.
Большие непроизводительные затраты электроэнергии при подъеме груза вызваны относительно большими интервалами движения бадьи с малой скоростью, для обеспечения которой в цепь ротора электродвигателя вводится относительно большое сопротивление при большом напряжении ротора, вращающегося с малой скоростью. При одном подъеме смены из трех человек непроизводительные затраты электроэнергии в ПРКС составляют 9  кВт*час. Суммарные потери электроэнергии в ПРКС за день при 90 подъемах груза по 5000 кг и 1 подъеме смены равны 1626  кВт*час, а потери электроэнергии в ПРКС за год при 365 рабочих днях равны 593450  кВт*час.
  2. При спуске порожней бадьи с поверхности на забой непроизводительные потери энергии в электродвигателе и сопротивлениях ПРКС возникают на интервалах динамического торможения электродвигателя, когда энергия с вала электродвигателя передается в цепь ротора при отключенном от сети 6 кВ статоре. Несмотря на относительно большую продолжительность этих интервалов потери электроэнергии в ПРКС существенно меньше потерь при подъеме груза из-за относительно малой скорости и энергии вала при динамическом торможении. Суммарные потери электроэнергии в ПРКС за день при 90 спусках порожней бадьи и 1 спуске смены равны 113  кВт*час, а потери электроэнергии в ПРКС за год при 365 рабочих днях равны 41080  кВт*час.
  3. При ежедневном осмотре ствола шахты бадья движется в стволе шахты вниз со скоростью 2 м/с за счет работы системы динамического торможения, а затем вверх с такой же пониженной скоростью за счет введения в цепь ротора электродвигателя повышенных сопротивлений. Суммарные потери электроэнергии в ПРКС при ежедневных осмотрах ствола шахты за год при 365 рабочих днях равны 12480  кВт*час.
  4. Таким образом, непроизводительные потери электроэнергии в сопротивлениях ПРКС однодвигательного электропривода за год равны  593450 +  41080 +  12480 = 647010 кВт*час.

1.2. Анализ энергозатрат в двухдвигательном элекроприводе ШПМ
ШПМ с двухдвигательным электроприводом имеет редуктор с коэффициентом редукции в два раза меньше, чем ШПМ с однодвигательным электроприводом. За счет этого скорость бадьи на участке движения с максимальной скоростью также увеличивается почти в два раза. На участках маневров в нижней и верхней частях подъема пониженная скорость бадьи регламентируется правилами безопасности и одинакова для обоих ШПМ. В этих условиях скорость вращения вала электродвигателей двухдвигательной ШПМ при движении бадьи с пониженной скоростью в два раза меньше скорости вала однодвигательной ШПМ, а нагрузка каждого электродвигателя равна нагрузке однодвигательного привода. За счет этого непроизводительные потери электроэнергии в ПРКС каждого электродвигателя близки к потерям электроэнергии однодвигательного привода и составляют величину порядка 650000 кВт*час в год. Общие потери электроэнергии в ПРКС двух электродвигателей удваиваются и составляют величину порядка 1300000 кВт*час в год при практическом сохранении затрат электроэнергии на выполнение полезной работы (за счет уменьшения времени подъема груза). Таким образом, коэффициент полезного использования электроэнергии при подъеме груза в ШПМ с двухдвигательным приводом примерно в два раза ниже этого показателя ШПМ с однодвигательным приводом.

1.3. Точность управления и производительность ШПМ с действующим электроприводом
Кроме непроизводительных затрат электроэнергии используемый электропривод ШПМ с ПРКС и СДТ имеет еще ряд существенных недостатков, влияющих на снижение производительности подъема:
  1. Электропривод с ПРКС и СДТ позволяет регулировать скорость бадьи при маневрах только дискретно с относительно большими интервалами дискретности. За счет этого машинисту трудно поддерживать требуемую скорость движения и он вынужден снижать скорость ниже допустимой для исключения срабатывания защиты по сигналу ограничителя скорости, что повышает время маневров и всижает производительность.
  2. Правилами безопасности допускается разная скорость маневров на разных участках подъема. Например, допустимая скорость подъема бадьи к полку 2 м/с, скорость прохода полка 1 м/с, скорость маневров перед разгрузкой 1,5 м/с, а при разгрузке - 0,4 м/с (Строительство шахт и рудников: Справочник/ Под ред. О.С.Докунина и Н.С.Болотских - М: Недра, 1991. - 516 с. с илл.). Из-за низкой точности электропривода с ПРКС и СДТ и ручного управления ШПМ ограничитель скорости настраивают на одну самую минимальную скорость при маневрах, в рассматриваемом случае - 0,5 м/с, что увеличивает время маневров и снижает производительность подъема.
  3. Индивидуальные особенности и уровень квалификации машиниста ШПМ сильно влияют на выбор скорости бадьи при маневрах в условиях низкой точности и дискретности электропривода, что снижает производительность подъема.

2. Анализ эффективности модернизации электропривода ШПМ с применением роторного частотно-регулируемого электропривода типа «ЭРАТОН-ФР» производства ЗАО «ЭРАСИБ»

2.1. Характеристика предлагаемого к поставке электропривода ШПМ
ЗАО «ЭРАСИБ» (РФ, г. Новосибирск) предлагает поставить комплектный электропривод с микропроцессорным управлением и связью с системой управления по протоколу промышленных сетей для шахтных подъемных машин (ШПМ) 1,2 Восточного вентиляционного ствола рудника «Северный», укомплектованных электродвигателями с фазным ротором АКН2-16-48-12УХЛ4 (630 кВт, 6 кВ, 490/мин, напряжение ротора 810 ток ротора 465А). Комплектный электропривод создан на базе роторного преобразователя частоты типа «ЭРАТОН-ФР-630-810-465» c реверсивным транзисторным инвертором напряжения.
На рис. 2. изображена однолинейная структурная схема электропривода ШПМ с одним приводным электродвигателем.

Однолинейная структурная схема электропривода для одного электродвигателя ШПМ


Рис. 2. Однолинейная структурная схема электропривода для одного электродвигателя ШПМ

На рис. 2 показаны элементы действующего электропривода ШПМ: двигатель (Д), реверсор (Р), станция динамического торможения (СДТ), пусковая резисторно-контакторная станция (ПРКС), а также вновь введенные элементы: роторный преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР», согласующий трансформатор (ТР), контроллер связи с системой управления ШПМ, шкаф низковольтного переключателя (ШНП), шкаф высоковольтных разъединителей (ШВР). Элементы действующего электропривода (ПРКС и СДТ) остаются в горячем резерве для повышения надежности электропривода.  Электропривод ШПМ с двумя приводными электродвигателями содержит двойной комплект оборудования, показанного на рис. 2, с одним общим контроллером связи с СУ ШПМ.
Преобразователь частоты типа «ЭРАТОН-ФР» предназначен для преобразования напряжения питающей сети с постоянной частотой 50 Гц в  трехфазное напряжение ротора с регулируемой амплитудой и частотой и регулирования величины и направления потока активной мощности в цепи ротора, определяющей момент электродвигателя.
Преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» в своем составе содержит два транзисторных инвертора напряжения — сетевой и роторный, которые объединены общим звеном постоянного тока с накопительным конденсатором. Между сетевым инвертором и согласующим трансформатором установлен силовой трехфазный LC-фильтр, который не пропускает высокочастотные пульсации в питающую сеть 50 Гц. Сетевой инвертор преобразует переменное напряжение сети 50Гц в постоянное напряжение на конденсаторе и обеспечивает передачу энергии из звена постоянного тока в сеть 50 Гц и обратно. Роторный инвертор преобразует напряжение конденсатора в однофазное переменное напряжение с регулируемой амплитудой и частотой. Роторные инверторы формируют трехфазное регулируемое напряжение ротора электродвигателя.
За счет структуры силовых цепей с двумя транзисторными инверторами (роторным и сетевым), связанными звеном постоянного тока, преобразователь «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает передачу активной мощности скольжения из ротора в питающую сеть, а также из сети в цепь ротора электродвигателя. Рекуперация энергии скольжения АД ФР в сеть обеспечивает плавный пуск и работу в двигательном режиме без потерь мощности в резисторах пусковой станции. При этом из питающей сети потребляется только мощность, передаваемая на вал электродвигателя. Изменение направления потока активной мощности в цепи ротора электродвигателя на противоположный (из сети в цепь ротора) переводит электродвигатель в режим рекуперативного торможения с возвратом энергии вала через электродвигатель в питающую сеть. При этом осуществляется рекуперативное торможение электродвигателя с минимальными потерями мощности в электродвигателе и преобразователе частоты.
  Работа электропривода ШПУ с преобразователями частоты «ЭРАТОН-ФР» осуществляется следующим образом. При нулевой скорости двигателей (наложен механический тормоз) преобразователь частоты «ЭРАТОН-ФР» создает в роторе электродвигателя трехфазное напряжение, совпадающее по частоте, амплитуде и фазе с ЭДС ротора, наведенной статорной обмоткой. При этом ток ротора и момент электродвигателя равны нулю. Для плавного пуска электродвигателя система регулирования снижает напряжение преобразователя, что приводит к плавному увеличению тока ротора и момента электродвигателя. После выбора зазоров и люфтов в механических передачах снимается механический тормоз и электродвигатель плавно разгоняется за счет регулирования амплитуды и частоты напряжения, подаваемого преобразователем «ЭРАТОН-ФР» на обмотку ротора электродвигателя. При этом цифровая система автоматического регулирования преобразователя задает определенное значения тока ротора и момента электродвигателя, которые обеспечивают требуемое ускорение при разгоне и необходимую скорость после разгона электродвигателя. Для торможения электродвигателя система регулирования снижает ток ротора и момент электродвигателя, а при необходимости быстрого торможения также изменяет и знак момента электродвигателя. При этом выполняется плавное торможение электродвигателя с возможностью возврата энергии торможения с вала в питающую сеть. После достижения нулевой скорости накладывается механический тормоз, после чего снижается до нуля ток ротора и момент электродвигателя. Для изменения направления вращения двигателя изменяется порядок чередования фаз статора реверсорами Р1, Р2 и электропривод подготавливается к запуску для движения ШПУ в обратном направлении. Далее процессы повторяются.
  Замена ПРКС и СДТ на ЧРЭП  «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает:
  •  работу двухдвигательной подъемной установки с выравниванием нагрузки электродвигателей с точностью не хуже 5%;
  •  надежную работу электропривода ШПУ  в условиях «слабых» промышленных сетей;
  •  работу двухдвигательной ШПУ с одним двигателем в экстренных случаях;
  •  выбор зазоров в механических передачах и плавное натяжение канатов ШПУ;
  •  формирование с высокой точностью требуемой многопериодной диаграммы скорости подъемной машины независимо от изменения нагрузки;
  •  плавный разгон сосудов ШПУ за заданное время без потерь мощности в цепи ротора электродвигателя за счет возврата мощности скольжения ротора через преобразователь «ЭРАТОН-ФР» в питающую сеть;
  •  стабилизацию скорости сосудов ШПУ в периоды равномерного движения с точностью не хуже 1% независимо от степени уравновешенности и характера изменения концевых усилий;
  •  рекуперативное торможение с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть в периоды равномерного движения сосудов ШПУ при изменении знака концевого усилия;
  •  замедление сосудов ШПУ за заданное время с формированием требуемого усилия любого знака;
  •   рекуперативное торможение электродвигателей с возвратом энергии движущихся масс в питающую сеть в периоды замедления сосудов ШПУ при формировании отрицательных тормозных усилий;
  •  малое время замедления и высокую точность остановки ШПУ без применения механического тормоза, который включается только после полной остановки ШПУ;
  •  работу ШПУ на пониженных скоростях в режимах маневрирования, дотягивания,  разгрузки бадьи, осмотра ствола шахты без непроизводительных потерь электроэнергии в роторной управляющей станции;
  •  компенсацию реактивной мощности, потребляемой асинхронными электродвигателями ШПУ, без применения дополнительных компенсаторов реактивной мощности.

2.2. Снижение энергозатрат в однодвигательном электроприводе «ЭРАТОН-ФР»
За счет перечисленных в п.п. 2.1 достоинств ЧРЭП «ЭРАТОН-ФР» обеспечивает снижение потребления электроэнергии ШПУ по сравнению с электроприводом на базе ПРКС и СДТ за счет снижения потребления электроэнергии в периоды разгона, замедления перед остановкой и при подъеме груженой бадьи на ползучих скоростях в нижней и верхней частях ствола.
Дополнительная экономия электроэнергии обеспечивается за счет рекуперативного торможения электропривода ШПУ с ЧРЭП «ЭРАТОН-ФР» в периоды спуска бадьи после разгрузки в верхней части ствола, при замедлении перед полком и при движении от полка до забоя.
Таким образом, вся непроизводительно затрачиваемая электроэнергия в роторной пусковой станции ПРКС (п.п. 1.1) после установки электропривода «ЭРАТОН-ФР» будет возвращаться в питающую сеть за вычетом относительно небольших потерь в роторном преобразователе. При КПД преобразователя 97% годовая экономия электроэнергии составит величину порядка 647010 х 0,97 = 627600 кВт*час.

2.3. Снижение энергозатрат в двухдвигательном электроприводе «ЭРАТОН-ФР»
В двухдвигательном электроприводе с роторными преобразователями частоты типа «ЭРАТОН-ФР» также вся непроизводительно затрачиваемая электроэнергия в роторной пусковой станции ПРКС (п.п. 1.2) после установки электропривода «ЭРАТОН-ФР» будет возвращаться в питающую сеть за вычетом относительно небольших потерь в роторных преобразователях. При КПД преобразователя 97% годовая экономия электроэнергии составит величину порядка 1300000 х 0,97 = 1261000 кВт*час.

2.4. Повышение производительности ШПМ с электроприводом «ЭРАТОН-ФР»
За счет формирования требуемой диаграммы скорости с плавным разгоном, регулированием и стабилизацией скорости, плавным замедлением и точной остановкой сосудов ШПУ с ЧРЭП «ЭРАТОН-ФР» способен сократить время цикла и увеличить производительность ШПУ, а также исключить проскакивания и удары бадьи, что продлит срок службы механизмов и снизит эксплуатационные затраты.
За счет высокой точности управления скоростью ШПМ преобразователем «ЭРАТОН-ФР» возможно повышение ускорения при разгонах и замедлениях с 0,35 м/с2 до допустимых значений 0,5 - 0,6 м/с2, а также повышение скорости бадьи при маневрах в нижней и верхней частях ствола шахты с 0,5 м/с до допустимых 1,5 - 2 м/с. За счет этого возможно уменьшение времени подъема груженой бадьи ориентировочно на 70 секунд и уменьшение времени спуска порожней бадьи ориентировочно на 40 секунд, что позволит повысить производительность ШПМ с однодвигательным приводом ориентировочно на 15%.
Производительность ШПМ с двухдвигательным приводом за счет аналогичного сокращения времени маневров (на 70 с при подъеме и на 40 с при спуске) может быть повышена ориентировочно на 20%, паскольку время цикла данной ШПМ меньше благодаря более высокой скорости движения бадьи.

3. Заключение
Модернизация действующего электропривода ШПМ с ипользованием роторного частотного-регулируемого электропривода типа «ЭРАТОН-ФР» производства ЗАО «ЭРАСИБ» позволит существенно снизить потребление электроэнергии одноконцевыми подъемными установками и повысить производительность ШПМ на 15 - 20%.
 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Активность сообщества
2 месяцев назад
ИнтерУгольТрейд установил(а) новый аватар. Апр 27
Iron установил(а) новый аватар. Апр 13
3 месяцев назад
ИнтерУгольТрейд1 установил(а) новый аватар. Мар 13
8 месяцев назад
uacoal Уголь от производителя. АШ, АС, АМ, АО, АКО, АК, Г, ДГ, Т. Окт 20
Anton Nikiforov ОФИЦИАЛЬНЫЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬ! БЕЗ ПОСРЕДНИКА! UGOL.COM.UA Окт 20
 
Рейтинг@Mail.ru