Глава 2 электроснабжение на поверхности шахт и рудников
2.1. Категории бесперебойности электроснабжения потребителей
Выбор схемы распределения электроэнергии на промплощадке шахт и рудников зависит от многих факторов: мощности, расположения и типов электроприводов машин и механизмов, места расположения ГПП, компактности генерального плана, соотношения электрических нагрузок электропотребителей, напряжения каждого звена системы электроснабжения.
В соответствии с характером ущерба, который может быть нанесен предприятию из-за перерывов в электроснабжении, все потребители электроэнергии согласно ПУЭ делятся на три категории.
К. потребителям I категории относят: клетевой подъем (включая собственные нужды), вентилятор главного проветривания и обеспечение собственных нужд, вспомогательные вен-тиляторные установки шахт III категории и сверхкатегорийных, калориферные установки (северные районы страны), котельную, насосные противопожарные установки, установки для дегазации угольных пластов, систему маслосмазки турбокомпрессоров.
К потребителям II категории относят скиповые подъемы, компрессоры, технологический комплекс, включая обогатительные установки, основное электрооборудование жилых поселков шахт и рудников.
III категория включает в себя все остальные электроустановки, перерыв в электроснабжении которых не вызывает значительного ущерба. Продолжительность перерыва определяется необходимым временем на замену вышедшего из строя электрооборудования, но не более суток.
Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания. Перерыв в питании допускается на время автоматического ввода резервного питания или необходимо иметь не менее двух установок, приводы которых получают питание от двух независимых источников.
Для электроприемников II категории допускается перерыв электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой.
Вследствие того что шахты и рудники имеют электропотребители всех категорий, они питаются электроэнергией от двух независимых источников питания по двум линиям. При выходе из строя одной из них другая должна обеспечить нормальную работу всех электроустановок шахты или рудника.
При отнесении потребителей к I категории предъявляются повышенные требования в отношении резервирования, что влечет за собой увеличение капитальных затрат на электрооборудование. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо тщательно изучить, какие потребители следует отнести к I категории.
2.2. Схемы распределения электроэнергии
Система электроснабжения поверхности шахты или рудника включает в себя ГПП, распределительные и трансформаторные подстанции, расположенные на промплощадке предприятия, а также ЛЭП к подстанциям и отдельным удаленным потребителям.
Внутреннее электроснабжение осуществляется с использованием тех же принципиальных схем питания, что и внешнее электроснабжение.
Выбор схемы распределения электроэнергии в пределах шахты или рудника зависит от: характеристики источника питания (напряжение, стоимость электроэнергии и др.); расположения, числа, мощности, напряжения и режима работы основных машин и механизмов (подъемные, вентиляторные, насосные, компрессорные установки и т. п.); соотношения нагрузок электропотребителей, расположенных на поверхности и в подземных выработках; генерального плана поверхности; бесперебойности и степени резервирования, требуемых для отдельных электропотребителей и предприятия в целом; мощности и нагрузки крупных синхронных двигателей, применяемых для привода технологических установок, и т. д.
Как правило, распределение электроэнергии к объектам на поверхности производится напряжением 6; 10 кВ. К удаленным от промплощадки шахты мощным фланговым вентиляторам целесообразно подводить более высокое напряжение.
В современные схемы электроснабжения закладывается блочный принцип построения, при котором вместо одной ГПП сооружаются несколько блочных подстанций БПП, максимально приближающих высокое напряжение к электрическим нагрузкам. Местоположение ГПП, ее мощность и местоположение БПП, трансформаторных подстанций (ТП) и вторичных РУ на промплощадке определяются расчетом, типом и числом мощных стационарных установок.
Перечисленные выше факторы, расположение электропотребителей или их групп обусловливают разнообразие схем питания электрических нагрузок, в основе которых лежат радиальные, магистральные и кольцевые схемы.
Для потребителей I и II категорий применяются радиальные схемы (рис. 2.1, а), по которым питаются мощные ответственные электроустановки, при этом схема обеспечивает также резервирование их питания. Секционный выключатель ВЗ нормально отключен. При повреждении одной из питающих линий под действием защиты отключается один из выключателей В2, после чего под действием АВР включается секционный выключатель ВЗ.
Радиальные схемы питания являются весьма гибкими и удобными в эксплуатации, так как выход из строя одной из питающих линий отражается на работе только одной установки.
Однако такие схемы требуют большого числа коммутационной аппаратуры, имеют значительное число питающих линий, поэтому их применяют для крупных сосредоточенных нагрузок, расположенных в различных направлениях от источника питания (клетевые подъемные установки, вентиляторы главного проветривания, насосы).
Рис. 2.1. Схемы распределения электроэнергии
а — радиальная; б — магистральная; в — кольцевая.
Для питания потребителей III категории можно применять упрощенные схемы с заменой масляных выключателей разъединителями.
При магистральной схеме питание отдельных подстанций осуществляется отпайками от одной воздушной ЛЭП, а при кабельной линии она поочередно заводится на несколько подстанций. Для повышения надежности электроснабжения электропотребителей I и II категорий применяется схема сквозных двойных магистралей, при которой две магистральные линии от шин ГПП поочередно заводятся на несколько трансформаторных подстанций — ТП (рис. 2.1, б). Для питания электроустановок III категории через шины ТП или РП на 6 кВ пропускается одна сквозная магистраль.
При магистральной схеме несколько снижается надежность электроснабжения, однако стоимость исполнения ниже за счет уменьшения числа устанавливаемого электрооборудования и стоимости монтажа питающей линии.
Магистральные схемы применяются для электроснабжения узлов нагрузки, представляющих собой сосредоточенные группы электропотребителей сравнительно небольшой мощности, расположенных в одном и том же направлении по отношению к подстанции.
Наиболее совершенной из магистральных схем питания является схема блока трансформатор—магистраль, при которой непосредственно от вторичных зажимов трансформатора отходит главная магистраль, к которой присоединяются распределительные магистрали.
Разновидностью магистральной схемы является кольцевая схема электроснабжения (рис. 2.1, в). При нормальной работе кольцо разомкнуто для обеспечения надежности, так как при замкнутом кольце повреждение магистральной линии приведет к отключению сразу двух головных выключателей В.
На современных шахтах и рудниках, имеющих различные группы электропотребителей как по мощности и характеру графика нагрузки, так и по требованиям надежности, широко применяются смешанные схемы внутреннего электроснабжения. При этом мощные и ответственные потребители питаются по радиальной схеме, а менее мощные и ответственные потребители и узлы нагрузки — по магистральной схеме.
Выбор конкретной схемы электроснабжения производится технико-экономическим сопоставлением вариантов.
Проектирование электрических сетей на поверхности шахт и рудников должно предусматривать, чтобы все линии и трансформаторы в нормальном режиме находились в работе, а распределение электроэнергии на промплощадках независимо от величины напряжения осуществлялось по радиальным или магистральным схемам. Следует иметь в виду, что к одной магистральной линии напряжением 6; 10 кВ можно присоединить не более двух трансформаторов мощностью 1600 кВ • А, не более трех мощностью 1000 кВ • А и не более четырех — при мощности менее 1000 кВ-А.
На подстанциях, питающих электропотребители I, II и III категорий, необходимо устанавливать два трансформатора, мощность каждого из которых рассчитана на 100 %-ную нагрузку электропотребителей I категории. Оба трансформатора в нормальном режиме находятся в работе.
Если от трансформаторной подстанции питается потребитель I категории, следует предусмотреть резервную линию питания по низшему напряжению от смежной подстанции. При экономической нецелесообразности или невозможности ее сооружения следует предусмотреть двухтрансформаторную ТП, питающуюся по двум линиям. В нормальной работе оба трансформатора должны находиться под нагрузкой и работать раздельно.
Питание силовых и осветительных нагрузок объектов поверхности, для которых разрешено применение систем с заземленной нейтралью, следует осуществлять от общих трансформаторов.
Если от трансформаторов, установленных на поверхности, питаются подземные электроустановки, то осветительные сети поверхности следует питать от отдельного трансформатора.