Национальный горный университет — соответствие Времени



Министерство образования и науки Украины
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ







А.В. Рухлов


МОДЕЛИРОВАНИЕ ГРАФИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ





Монография









Днепропетровск
НГУ
2008



УДК 621.311:622.012.2
ББК 31.354
Р 85

Рекомендовано до видання вченою радою Національного гірничого університету (протокол №8 від 24.12.07).


Рецензенти:

В.В. Ткачов, д-р техн. наук, професор, завідувач кафедри автоматизації та комп'ютерних систем Національного гірничого університету;

В.М. Герасимович, канд. техн. наук, провідний інженер електротехнічного відділу ДВАТ "Дніпродіпрошахт".



Рухлов А. В.

Р 85 Моделювання графіків електричного навантаження вугільних шахт:

Монографія. - Д.: Національний гірничий університет, 2008. - 119 с. - Рос. мовою.



ISBN 978-966-350-094-2


Наведені результати досліджень і розробок у сфері моделювання графіків електричного навантаження вугільних шахт за технологічними режимами. Дана оцінка можливості регулювання режимів електроспоживання та їх адаптації до умов системи електропостачання.

Робота розрахована на науковців і фахівців, які займаються дослідженням і розробкою режимів електроспоживання вугільних шахт, а також на аспірантів і студентів вищих навчальних закладів.

Приведены результаты исследований и разработок в сфере моделирования графиков электрической нагрузки угольных шахт по технологическим режимам. Дана оценка возможности регулирования режимов электропотребления и их адаптации к условиям системы электроснабжения.

Работа рассчитана на научных работников и специалистов, которые занимаются исследованием и разработкой режимов электропотребления угольных шахт, а также на аспирантов и студентов высших учебных заведений.




УДК 621.311:622.012.2
ББК 31.354

  © Рухлов А.В., 2008
ISBN 978-966-350-094-2 © Національний гірничий університет, 2008



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

3

1 ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

6

1.1. Особенности современного состояния электроснабжения угольных шахт

6

1.2. Горно-геологические и технологические условия функционирования угольных шахт

9

1.3. Результаты анализа "Актов аварийной и технологической брони электроснабжения потребителя"

13

2. АНАЛИЗ ГРАФИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК И РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ШАХТ

17

2.1. Электрические нагрузки угольных шахт и выбор метода определения мощности аварийной брони

17

2.2. Технологические режимы угольной шахты на период действия аварийной брони

21

2.3. Основные сведения о графиках электрических нагрузок и их показателях

25

2.3.1. Показатели графиков электрических нагрузок

25

2.3.2. Методы моделирования графиков электрической нагрузки

27

2.4. Графики электрической нагрузки и режимы электропотребления электроприемников аварийной брони

29

2.5. Выравнивание группового графика электрической нагрузки аварийной брони электроснабжения шахты

38

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ГРАФИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

42

3.1. Принципы моделирования индивидуальных графиков электрической нагрузки

42

3.2. Моделирование индивидуальных графиков электрической нагрузки водоотливной установки

44

3.3. Моделирование индивидуальных графиков электрической нагрузки процесса обновления линий очистных забоев и доставки угля

54

3.3.1. Обновление очистных забоев по отдельности

59

3.3.2. Одновременное обновление очистных забоев, относящихся к одному транспортному потоку

66

3.4. Оценка индивидуальных графиков электрической нагрузки электроприемников аварийной брони

69

4. ФОРМИРОВАНИЕ ГРУППОВЫХ ГРАФИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

72

4.1. Общий подход к определению мощности аварийной брони

72

4.2. Формирование групповых графиков электрической нагрузки на период действия аварийной брони электроснабжения

73

4.3. Управление электроприемниками аварийной брони

79

4.4. Оценка групповых графиков электрической нагрузки аварийной брони электроснабжения тахт

82

4.5. Формирование ГЭН шахты при ограничениях электроснабжения

84

4.5.1. Анализ ГЭН шахты при ограничениях электроснабжения

84

4.5.2. Определение мощности и выбор автономного источника энергии

87

4.5.3. Изменение максимальной электрической нагрузки при регулировании режимов электропотребления шахты

89

5. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

93

5.1. Определение величины ущерба от ограничений электроснабжения

93

5.2. Затраты на автономный источник энергии

95

5.3. Экономическая эффективность АИЭ

95

5.4. Оценка возможной величины ущерба от ограничения электроснабжения угольной шахты

97

5.5. Целесообразность децентрализации электроснабжения угольных шахт

103

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

111



ВВЕДЕНИЕ

Современные принципы энергообеспечения промышленных предприятий, в том числе и угольных шахт, основываются на необходимости выравнивания суточного графика электрических нагрузок (ГЭН) энергосистемы, что связано с большими удельными расходами топлива на тепловых электростанциях (ТЭС) из-за необходимости использования их для работы в маневренном режиме, плохого технического состояния оборудования, низкого качества сжигаемого топлива и других факторов. Поэтому энергоснабжающие организации путем введения дифференцированного по зонам суток тарифа на электроэнергию стимулируют предприятия к регулированию режимов электропотребления, которое в большинстве случаев сводится к переносу времени работы определенных мощных электроприемников (потребителей-регуляторов (ПР)) из зон максимальных нагрузок в энергосистеме в другие зоны без ущерба технологическому процессу.

Для условий централизованного электроснабжения анализ годового числа часов использования максимума Тм активной мощности с учетом максимально возможного и экономически оправданного вовлечения электроприемников в качестве ПР, позволяющих осуществлять "глубокое" регулирование электропотребления, свидетельствует о том, что Тм может уменьшаться до 3000-3500 ч при нормальном значении для угольных шахт на уровне 4500-5500 ч. При этом предприятие как потребитель энергии, осуществляя регулирование, снижает Тм для своего графика нагрузок, а для ГЭН энергосистемы - повышает.

Для рационального использования генерируемой мощности при децентрализованном электроснабжении возникает аналогичная ситуация как и при централизованном, когда необходимо обеспечить наиболее равномерный график электрических нагрузок предприятия, что практически возможно достичь при Тм = 6000-7000 ч и более. Работа децентрализованного источника в относительно равномерном режиме позволит снизить удельный расход топлива на выработку электроэнергии, обеспечит постоянную загрузку и следовательно стабильную и экономичную работу всех элементов самого источника. Таким образом, предприятие, электроснабжение которого может осуществляться как централизованно, так и децентрализованно, с целью экономии топливно-энергетических ресурсов должно иметь возможность обеспечивать режимы электропотребления для Тм = 3000-7000 ч в год. При этом максимум активной мощности потребителя может измениться в 2,0-2,5 раза.

Анализ фактических ГЭН угольных шахт и их основных энергоемких потребителей еще раз подтверждает необходимость и важность точного определения максимальных электрических нагрузок как на стадии проектирования, так и на стадии эксплуатации предприятия. В современных рыночных условиях, когда потребителей энергии экономически заинтересовывают в изменении своих режимов электропотребления и выравнивании графика нагрузок энергосистемы, такой подход наиболее актуален. К сожалению, существующие методы расчета электрических нагрузок не учитывают указанных тенденций. Главная причина такого положения заключается в следующем. Такие методы как коэффициента спроса, максимума, удельного расхода электроэнергии, упорядоченных диаграмм разрабатывались в то время и для тех условий, когда не было необходимости в изменении режима технологического процесса и соответственно режима электропотребления предприятия, а задача определения электрических нагрузок сводилась к расчету величины получасового максимума, который будет иметь место хотя бы один раз в смену для корректного выбора элементов системы электроснабжения. Указанные методы не позволяют установить общий вид ГЭН и определить суточные периоды максимальной нагрузки, знание которых позволит избежать ее увеличения при изменении режима работы потребителей-регуляторов (ПР). К тому же, значения вышеприведенных статистических коэффициентов в течение многих лет не пересматривались и морально устарели.

Указанных недостатков можно избежать, если максимальные электрические нагрузки определять по моделируемым групповым ГЭН предприятия, соответствующих его новому режиму работы. Такие графики можно получить путем перебора возможных вариантов индивидуальных для электроприемников с учетом их технологических ограничений и необходимости функционирования ПР в форсированном режиме в часы полупика, ночного провала и их отключения в пиковую зону нагрузок в энергосистеме. В таком случае нужно использовать мощный аппарат моделирования индивидуальных и групповых ГЭН для их получения, обработки и последующего представления.

Следующим аспектом современной энергетики Украины является роль угольных шахт. Использование каменного угля как основного вида топлива для теплоэлектростанций превращает угледобывающие предприятия фактически в одно из ведущих звеньев всей топливно-энергетической промышленности страны. Однако работа таких предприятий зависит как от обеспечения их электроэнергией в условиях нормального функционирования, так и от возможных ограничений электроснабжения. Выполненный анализ показывает, что вероятность появления последних существует и подтверждается участившимися ныне природными катаклизмами и событиями, связанными с человеческим фактором. Для угольных шахт проблема обеспечения бесперебойного электроснабжения вытекает из наличия специфических условий производственного процесса (взрывоопасная среда, горное давление и др.). Так, рабочие в течение всей смены находятся в подземных условиях (глубина шахт достигает 1000 м), обводненной и загазированной метаном среде и, как правило, при отключении электроэнергии возможность их выхода на поверхность значительно уменьшается. При длительном же перерыве в электроснабжении и отрицательных температурах появляется непосредственная угроза для жизни людей, т.к. происходит обмерзание воздухоподающего ствола. С технологической точки зрения отключения электроэнергии могут привести к авариям, поломкам дорогостоящего горнодобывающего оборудования, что создает реальные предпосылки для длительного прекращения добычи угля шахтой в заданном объеме, даже при полном восстановлении электроснабжения.

Действующими в Украине Правилами пользования электрической энергией при рассмотрении взаимоотношений энергоснабжающей организации и потребителя предусматриваются условия обеспечения электроэнергией последнего при аварийных режимах в энергосистеме. Для рассматриваемых условий в Украине разработана и введена в действие Инструкция о порядке составления акта экологической, аварийной (АБ) и технологической (ТБ) брони электроснабжения потребителей, который каждый год составляется предприятием и согласовывается с энергоснабжающей организацией. Однако анализ самих актов для угольных шахт различных государственных холдинговых компаний и акционерных обществ в ряде случаев свидетельствует о их некорректности при определении электроприемников (ЭП) АБ и ее мощности, что при длительном ограничении электроснабжения может привести к последствиям, описанным выше. При этом определяемые расчетным путем значения мощности АБ и ТБ не гарантируют бесперебойности электроснабжения потребителей даже при их утвержденной величине, т.к. при современном состоянии электрических сетей энергосистема на период аварийной ситуации не всегда имеет возможность покрыть даже необходимый минимум нагрузки. Не принят во внимание и тот факт, что мощность АБ угольных шахт является не жестко фиксированной величиной (как определено в нормативных документах), а ступенчато возрастающей, и зависит от продолжительности ограничения электроснабжения,

В Правилах также указывается, что в отдельных случаях появляется необходимость в разработке варианта сооружения теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) на базе угольной шахты или группы шахт. Строительство ТЭЦ может быть весьма целесообразным, так как имеется собственное топливо (уголь), а тепловые нагрузки ближайших шахт и поселков обеспечат экономичность системы за счет отказа от небольших менее экономичных шахтных котельных. К тому же в этом случае будет обеспечена аварийная и технологическая броня электроснабжения. Такие системы действуют на металлургических и других предприятиях с энергоемким производством. Здесь весьма важным является создание технологических и энергетических предпосылок с целью адаптации производственного процесса к условиям системы электроснабжения. Поэтому современный уровень развития экономики требует комплексного рассмотрения всех видов затрат для обеспечения энергией при различных условиях электроснабжения предприятия.

Книга может быть полезна студентам направления подготовки "Электротехника", а также аспирантам и специалистам в области электроснабжения и режимов электропотребления горнодобывающих предприятий

Автор выражает глубокую благодарность и признательность своему учителю и консультанту проф. Ю Т. Разумному, а также коллегам кафедры систем электроснабжения НГУ за оказанную помощь и содействие в подготовке рукописи к изданию.

© 2006-2017 НГУ Інформація про сайт