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

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 К_г=0,993, а для 80 и 85 – К_г=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.

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»