УДК 621.3

ОЦЕНКА УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Бабурин Сергей Васильевич
ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
кандидат технических наук, доцент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики

Аннотация
Данная статья посвящена оценке надежности системы электроснабжения шахтных потребителей. Анализ надежности производился на примере шахты Воргашорская АО "Воркутауголь" с помощью программного комплекса "АРБИТР". Логико-вероятностный анализ системы позволяет выбирать оптимальную структуру в условиях постоянно изменяющегося положения и количества потребителей электроэнергии при проведении горных работ

Ключевые слова: горные работы, логико-вероятностное моделирование, показатели надежности, электроснабжение


ASSESSING RELIABILITY LEVEL OF POWER SUPPLY SYSTEM FOR CONSUMERS MINE

Baburin Sergey Vasilievich
National mineral resources university (University of Mines)
PhD in technical science, associate professor of the Electric Engineering, Electrical Energetics and Electromechanics Department

Abstract
This article focuses on assessing the reliability of the power supply system for mine consumers. Reliability analysis was performed on the example of mine Vorgashorskaja JSC "Vorkutaugol" using the software system "ARBITR". Logical and probabilistic analysis system allows to choose the optimal structure in a constantly changing situation and the number of electricity customers in the mining operations.

Keywords: logical-and-probabilistic simulation, mining operations, power supply, reliability index


Библиографическая ссылка на статью:
Бабурин С.В. Оценка уровня надежности электроснабжения шахтных потребителей // Современная техника и технологии. 2015. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/05/7110 (дата обращения: 28.05.2017).

Добыча угля характеризуется постоянным передвижением фронта горных работ и, соответственно изменением положения, а также количества и мощности потребителей электрической энергии. В связи с этим встает задача постоянного изменения системы электроснабжения и поиска ее оптимальной структуры.

В каких-то случаях необходимо просто наращивать длину кабельных линий. При появлении нового оборудования встает вопрос его подключения к существующей сети. Это может быть сделано различными способами. Где-то можно использовать существующие сети, а где-то приходится прокладывать новые, и использовать дополнительное оборудования для передачи, преобразования и распределения электрической энергии.

Подземные электрические сети угольных шахт характеризуются большой разветвленностью и наличием большого количества перекрестных связей. Число таких связей увеличивается по мере отработки месторождения и переходу к новым горизонтам. Анализ таких систем с точки зрения надежности может помочь определить оптимальную структуру системы электроснабжения.

Однако, применение обычных методов расчет для таких сложных систем сопряжено с определенными трудностями. Наиболее подходящим для таких целей является метод логико-вероятностного моделирования, реализованный в программном комплексе для расчета надежности “АРБИТР” [1].

В качестве примера была рассмотрена система электроснабжения шахты Воргашорская АО “Воркутауголь”. Схема функциональной целостности системы приведена на рисунке 1. Она представляет из себя блок-схему, на которой функциональными вершинами обозначены элементы реальной системы электроснабжения. Для каждого элемента задаются его параметры. Исходными данными для расчета являются значения наработки на отказ и среднего времени восстановления каждого элемента. Исходные данные приведены в таблице 1 [2].

Таблица 1. Показатели надежности элементов системы электроснабжения

Элемент

Средняя наработка на отказ, лет

Среднее время восстановления, ч

Воздушные линии 110кВ на 100 км

0,91

8,76

Выключатели 110 кВ

20

24,5

Кабельные линии на 100 км

0,77

35

Реакторы

500

1

Шины на присоединение

100

2

Распределительное устройство

4,75

4,18

Передвижная подстанция

0,86

15

Кабели 6 кВ (на 100м) :
стволовые

4,75

15

в наклонных выработках

1,75

5,43

в горизонтальных выработках

3,08

5,33

Кабели до 1000 В (на 100 м):
гибкие в лавах

0,39

3,2

гибкие в остальных выработках

0,91

1,5

Магнитные пускатели

0,89

1,04


Рисунок 1 – Схема функциональной целостности системы электроснабжения шахты Воргашорская

В примере рассмотрен расчет надежности электроснабжения электродвигателей ленточного конвейера, а также угольного комбайна и скребкового конвейера в лаве. Они обозначены на рисунке фиктивными вершинами 74, 80 и 85 соответственно.

Результаты расчетов показали, что коэффициент готовности системы для 74 вершины составил Кг=0,993, а для 80 и 85 – Кг=0,987. Полученные значения достаточно высоки. Однако, если посмотреть на значения средней наработки на отказ системы, то можно заметить, что система является далеко не такой надежной как кажется с первого взгляда. Для варианта электроснабжения ленточного конвейера средняя наработка системы на отказа равна T0=1391 час, для лавового скребкового конвейера всего T0=472 часа. А средняя частота отказов в год составила соответственно 6,3 и 18,5.

Полученные результаты говорят о не высоком уровне надежности системы электроснабжения, что может оказывать влияние на непрерывность технологического процесса. Высокие значения частоты отказа объясняются в первую очередь значительной протяженностью кабельных линий, которая в некоторых местах достигает 4 км.

Кроме основных показателей надежности программный комплекс “Арбитр” может вычислять так называемые вклады элементов в надежность всей системы. Эти вклады позволяют определить наиболее уязвимые элементы (отрицательный вклад) и элементы, надежность которых целесообразнее повышать для повышения надежности всей системы (положительный вклад) [3].

Полученные в результате моделирования значения отрицательных и положительных вкладов элементов системы для варианта с ленточным конвейером приведены на рисунках 2 и 3. Из рисунков видно, что наиболее уязвимыми элементами системы (с наибольшими отрицательными вкладами) являются элементы цепи непосредственно отходящей к двигателю конвейера. Это логично, так как на данном участке уже отсутствует резервирование, и отказ любого из этих элементов приведет к исчезновению питания у потребителя.

Рисунок 2 – Диаграмма отрицательных вкладов элементов системы по фиктивной вершине 74 (ленточный конвейер).

Что касается положительных вкладов, то наибольшие значения наблюдаются у тех же самых элементов. Это значит, что если повысить надежность элемента до 1, надежность всей системы вырастет на величину положительного вклада. Исходя из величины вкладов можно сделать вывод, что максимально можно повысить надежность системы на 0,0025. То есть увеличить ее с 0,993 до 0,9955.

Рисунок 2 – Диаграмма положительных вкладов элементов системы по фиктивной вершине 74 (ленточный конвейер).

Из всего изложенного следует, что повысить надежность системы можно, повышая надежность элементов с наибольшими положительными вкладами, если это возможно. Так же можно изменить структуру системы, по возможности исключив из нее протяженные кабельные линии.


Библиографический список
  1. АРБИТР. Программный комплекс автоматизированного структурно-логического моделирования и расчета надежности и безопасности АСУТП на стадии проектирования (ПК АСМ СЗМА), базовая версия 1.0. Автор: Можаев А.С. Правообладатель: ОАО “СПИК СЗМА”. Свидетельство № 2003611101 от 12 мая 2003 г. об официальной регистрации программ. Роспатент РФ, Москва, 2003. Аттестационный паспорт ПС №222 от 21 февраля 2006 г., Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) РФ.
  2. Электроснабжение угольных шахт / Волотковский С.А., Разумный Ю.Т., Пивняк Г.Г. и др. М., Недра, 1984, 376 с.
  3. С.В. Бабурин, С.П. Петров, А.Н. Махалин. Повышение надежности объектов газотранспортных систем с использованием логико-вероятностного метода // Записки Горного института, Том №196.СПб: 2012 г., с. 261-265.


Все статьи автора «Бабурин Сергей Васильевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: