1.3. Схемы внешнего электроснабжения

Из многообразия схем внешнего электроснабжения шахт и руд­ников могут быть выделены основные варианты (рис. 1.2):

1. Питание шахты или рудника по ЛЭП напряжением 6 кВ незначительной протяженности осуществляется от собственной ПГВ, мощность которой соответствует величине электрических нагрузок предприятия с некоторым запасом (рис. 1.2, а). ПГВ связана протяженными ЛЭП напряжением 35, 110, 150, 220 кВ с более мощной ПЭС. Число силовых трансформаторов на ПГВ составляет не менее двух по условиям надежности работы си­стемы в целом.

2. Питание шахты или рудника производится по ЛЭП напряжением б кВ незначительной протяженности от районной подстанции энергосистемы, расположенной в пределах промплощадки предприятия или на примыкающей к ней территории (рис. 1.2, б). Эта так называемая совмещенная подстанция (СПЭ) питается от ПЭС аналогично предыдущему варианту. От СПЭ могут питаться от одного до трех предприятий, в том числе шахты или рудники.

3. Питание шахты или рудника по протяженным ЛЭП напряжением 6 кВ осуществляется от ПЭС наряду с другими предприятиями (рис. 1.2, в).

4. Питание шахты или рудника осуществляется по ЛЭП на­пряжением 6 кВ значительной протяженности от подстанций других шахт (рудников) или предприятий, имеющих ПГВ или СПЭ (рис. 1.2, г).

5. Комбинированная схема питания напряжением 6 кВ, при которой одна или несколько протяженных ЛЭП присоединены к ПЭС или ПГВ, а остальные линии присоединены к подстанциям других шахт (рудников) или предприятий, непосредственно связанных с энергосистемой (рис. 1.2, д).

6. Питание различных объектов шахты или рудника осу­ществляется от нескольких ПГВ, расположенных на территории промплощадки предприятия, т. е. отдельные блоки шахты или рудника получают питание от собственных ПГВ (рис. 1.2, е).

Варианты схем, показанные на рис. 1.2, а, б, применяются для шахт (рудников) средней и большой производительности, а варианты схем (рис. 1.2, в, г) - для предприятий небольшой и средней производительности. Они считаются нежелательными с позиций обеспечения устойчивого качества напряжения в сетях и запаса пропускной способности линий. Вариант схем (рис. 1.2, д) применяется относительно редко, а вариант (см. рис. 1.2, е) - при блочной системе разработки.

Схемы внешнего электроснабжения угольных шахт, разрабатывающих крутые пласты, выполняются по двум основным вариантам (см. рис. 1.2, б, в). При этом число электрооборудования и протяженность воздушных ЛЭП при электроснабжении шахт по первому варианту соответственно в 2 и 3 раза меньше, чем при электроснабжении по второму варианту, что оказывает существенное влияние на вероятность возникновения аварий и надежную эксплуатацию схем электроснабжения. Так, максимальная длительность существования однофазного замы­кания на землю при схеме электроснабжения по второму вари­анту в 2,75 раза превышает аналогичную величину для схемы электроснабжения по первому варианту.

Для новых шахт и рудников высокой производительности обычно сооружаются 2—4 поверхностные подстанции напряже­нием 220—110/6 кВ, на которых приняты схемы ввода напря­жения 220; ПО кВ к основной понизительной подстанции и пи­тания остальных подстанций по нескольким радиальным или магистральным линиям того же напряжения.

Согласно Правилам технической эксплуатации угольных и сланцевых шахт (ПТЭУ, § 424) и Правилам технической экс­плуатации рудников, приисков и шахт, разрабатывающих ме­сторождения цветных, редких и драгоценных металлов (ПТЭР, § 603), электроснабжение шахт и рудников должно произво­диться не менее чем по двум питающим ЛЭП независимо от величины напряжения. Для нормального режима характерна раздельная работа ЛЭП. Все питающие ЛЭП должны нахо­диться под нагрузкой.

Питающие воздушные ЛЭП напряжением 35—330 кВ от крупных районных ПЭС до ПГВ или СПЭ выполняются в виде одно- и двухцепных линий на металлических, железобетонных и деревянных (реже) опорах. Согласно ПТЭУ (§ 425), двухцепная воздушная ЛЭП на опорах, рассчитанных на повышен­ные ветровые и гололедные нагрузки (на ступень выше нор­мативов, установленных «Правилами устройства электроуста­новок» (ПУЭ) для данного района), рассматривается как две питающие линии за исключением случаев электроснабжения шахт:

- отнесенных к III категории и сверхкатегорийным по метану и опасным по внезапным выбросам;

- расположенных в IV и особом районах по гололеду; с нормальным часовым притоком воды свыше 300 м³.

Длина ЛЭП от районных ПЭС до ПГВ обычно не превышает 20 км при напряжении 35 кВ и может превышать 50 км при более высоких напряжениях. ЛЭП чаще всего выполняются сталеалюминевыми проводами АС сечением 95—185 мм².

Линии напряжением 6 кВ от ПГВ или СПЭ до ГПП, как правило, имеют небольшую длину, выполняются голыми мед­ными или алюминиевыми проводами сечением до 3x500 мм² на одну фазу в виде шинопроводов, а также бронированными кабелями сечением 120—185 мм² при числе вводов на ГПП от двух до четырех и числе параллельно проложенных кабе­лей в каждой линии до трех.

При электроснабжении предприятий от районных ПЭС по линиям напряжением 6 кВ их протяженность до ГПП сравни­тельно небольшая. Для большинства шахт основных угольных бассейнов протяженность линий от ПЭС до ГПП не превы­шает 5 км. Для 90 % шахт Донецкого бассейна эта протяжен­ность не превышает 2 км, для 86 % шахт Кузнецкого бас­сейна — 3 км.

ГПП шахты или рудника является, как правило, трансформаторно-распределительной подстанцией. На ГПП устанавли­вают два трансформатора, мощность которых выбирают так, чтобы при аварийном отключении одного трансформатора оставшийся в работе трансформатор обеспечил питание всех по­требителей I категории и основных потребителей II категории на время, необходимое для ликвидации аварии. ПТЭР (§ 604) регламентируют установку на ГПП не менее двух трансформа­торов, каждый из которых должен быть рассчитан на 100 %-ную нагрузку.

Схемы и конструкции ГПП шахт и рудников разнообразны. Например, на калийных рудниках Урала встречаются схемы ГПП с двухобмоточными трансформаторами (Березники, вто­рое рудоуправление), с трехобмоточными трансформаторами (Соликамск, первое рудоуправление) и т. д.

В угольной промышленности разработаны типовые схемы ГПП для систем электроснабжения угольных шахт с обособ­ленным питанием подземных электроприемников. В соответ­ствии с руководящим техническим материалом РТМ 12.25.002— 78, на ГПП разрешено устанавливать как двух-, так и трехобмоточные трансформаторы, причем предпочтение отдается по­следним.

Трехобмоточные трансформаторы для систем электроснаб­жения угольных шахт разработаны на базе трехфазных сило­вых масляных трансформаторов класса напряжения 110 кВ по ГОСТ 12965—74 путем модификации обмотки среднего на­пряжения (СН). Мощность всех трех обмоток по 100 %. В кон­струкции предусмотрена возможность установки комплектных шинопроводов, а также экранированных токопроводов к вво­дам СН и низшего напряжения (НН). В табл. 1.1 представ­лены основные технические параметры трансформаторов.

Один из самых важных в электроснабжении шахт и рудни­ков вопрос — бесперебойность электроснабжения – может быть решен только при обеспечении высокой надежности работы всех элементов, входящих в систему. Повышение надежности обеспечивается при увеличении электрической и механической прочности всех рабочих элементов с одновременным сокраще­нием числа этих элементов, т. е. разумным упрощением схем внешнего электроснабжения. Однако резерв пропускной спо­собности системы внешнего электроснабжения может быть ус­тановлен только на основе технико-экономического сопоставле­ния нескольких вариантов и при наличии данных о перспективе роста электрических нагрузок. Для совершенствования и повы­шения пропускной способности систем внешнего электроснаб­жения шахт и рудников необходимо повышать напряжение питающих ЛЭП, на подстанциях внедрять средства автоматиче­ского регулирования напряжения, отказаться от схем с много­ступенчатым реактированием, оптимизировать схемные реше­ния на основе технико-экономических расчетов.