Электроснабжение объекта. 
Проектирование главной водоотливной установки и системы ее автоматизации шахты им. Дзержинского

Схема электроснабжения шахты от РП до ГПП.

Рисунок 7.3 — Схема электроснабжения шахты от РП до ГПП.

Изображаем общую схему электроснабжения шахты от районной подстанции до центральной подземной подстанции.

Шахта расположена в районе, электроснабжение которого обеспечивают Краснолучские электрические сети ТАЭК Луганскоблэнерго. Источник питания — районная подстанция «Дзержинская» 35/6 кВ.

Мощность короткого замыкания на шинах ГПП ш. «Дзержинской»: SК. З=58 МВ*А Все подстанции шахты оборудованы ячейками КСО с маслянными выключателями типа ВМГ-133 и ВМГ-138.

Выбор стволовых кабелей.

Подземные эл. приёмники ЦПП1 получают питание от существующей поверхностной подстанции ГПП ш. «Дзержинской» по 2-м принятым кабелям ВЭВПШв 3×120, проложенным по наклонному стволу, длиной 1325 м. Расстояние от главной поверхностной подстанции до устья ствола принимаем 50 м. Тогда общая длина кабелей от ГПП до ЦПП1 будет равно LСТВ. К=1,375 км.

Расчёт токов короткого замыкания в высоковольтной сети.

Исходя из данных величин мощности к.з. на главной поверхност-ной подстанции, за базисную мощность принимаем мощность короткого замыкания на шинах ГПП, равную SБ=58 МВ*А, базисное напряжение UБ=6,3 кВ, а базисный ток определим из выражения:

IБ= SБ/(v3*UБ);

Тогда.

IБ=58/(v3*6,3)=5,315 кА.

Ток короткого замыкания в точке k1:

IК.З (3)=IБ/хБ.С;

Так как SК. З на шинах ГПП 6 кВ больше, чем 50 МВ*А, активное сопротивление сети принимаем равным нулю, а индуктивное базисное сопротивление в таком случае будет равно:

x*Б.С=SБ/SК.З=58/58=1.

Отсюда ток короткого замыкания в точке k1:

IК.З (3)=5,315/1=5,315 кА Определяем ток и мощность к.з. в точке k2−6:

Базисное сопротивление стволового кабеля:

rСТВ*Б=r0*LКАБ*SБ/UБ2;

хСТВ*Б=х0*LКАБ*SБ/UБ2;

Полное базисное сопротивление определяется по формуле:

z*Б1=v (rХБ+r*К1)2+(хБ.С+х*К1)2.

где r0 =0,151 Ом/км для кабеля ВЭВБбШв 3×120;

х0=0,076 Ом/км для кабеля ВЭВБбШв 3×120;

Тогда:

rСТВ*Б=0,151*1,375*58/6,32=0,3034 Ом хСТВ*Б=0,076*1,375*58/6,32=0,1527 Ом Для питания электродвигателей насосов главного водоотлива, типа ВАО-630М4, мощностью 800кВт, напряжением 6кВ, с номинальным током статора 90 А [9, с.152], принимаем кабели типа ВЭВПШв 3×35, с допустимой токовой нагрузкой IДОП=110 А [9, с.181].

Должно выполняться условие :

IН.

90 А < 110 А Условие выполняется, окончательно принимаем кабель ВЭВПШв 3×35.

Длины кабелей от ячеек до приводных электродвигателей насосов с учётом суммарной длины насосной камеры и камеры ЦПП1

равной LК=80 м и с учётом запаса кабеля принимаем:

L1=80м; L2=70м; L3=50м; L4=40м; L5=30м;

Для насоса № 1:

Базисное сопротивление кабеля насоса № 1:

r*К1=0,55*0,08*58/6,32=0,0643 Ом х*К1=0,087*0,08*58/6,32=0,1 017 Ом Полное сопротивление кабеля насоса № 1:

z*Б1=v (rХБ+r*К1)2+(хБ.С+х*К1)2=1,075 Ом Для насоса № 2:

Базисное сопротивление кабеля насоса № 2:

r*К2=0,55*0,07*58/6,32=0,0563 Ом х*К2=0,087*0,07*58/6,32=0,0089 Ом Полное сопротивление кабеля насоса № 2:

z*Б2=v (rХБ+r*К1)2+(хБ.С+х*К2)2=1,0711 Ом Для насоса № 3:

Базисное сопротивление кабеля насоса № 3:

r*К3=0,55*0,05*58/6,32=0,0402 Ом х*К3=0,087*0,05*58/6,32=0,636 Ом Полное сопротивление кабеля насоса № 3:

z*Б3=v (rХБ+r*К1)2+(хБ.С+х*К3)2=1,0634 Ом Для насоса № 4:

Базисное сопротивление кабеля насоса № 4:

r*К4=0,55*0,04*58/6,32=0,3 215 Ом х*К4=0,087*0,04*58/6,32=0,0051 Ом Полное сопротивление кабеля насоса № 4:

z*Б4=v (rХБ+r*К1)2+(хБ.С+х*К4)2=1,0596 Ом Для насоса № 5:

Базисное сопротивление кабеля насоса № 5:

r*К5=0,55*0,03*58/6,32=0,0241 Ом х*К5=0,087*0,03*58/6,32=0,381 Ом Полное сопротивление кабеля насоса № 5:

z*Б5=v (rХБ+r*К1)2+(хБ.С+х*К4)2=1,0559 Ом Для трансформаторной подстанции:

Реле производительности РПФВ-1К (см. чертеж .) состоит из корпуса 9 и платы 3. В верхней части корпуса имеются два отверстия: одно для ввода валика 2, второе, заглушенное пробкой 1, для ключа под специальную гайку 10, крепящую шток с резиновым флажком 7. Нижняя часть корпуса представляет собой плиту с двумя проушинами для поворотных валиков 5, при помощи которых шпильками 6 реле укрепляется на трубопроводе. Крышка 4 закрывает рабочую камеру реле, в которой размещена контактная группа 13. При воздействии потока жидкости на флажок 7 поворачивается жестко связанный с ним валик 2 и рычаг 11, переключающий контактную группу 13. Изменяя предварительное натяжение пружины 12 с помощью винта 14, можно настроить реле на срабатывание при определенной скорости потока жидкости. При снижении скорости жидкости в трубопроводе флажок под действием пружины возвратится в исходное положение и, следовательно, замкнутся или разомкнутся электрические цепи. Демпфер 15 предназначен для успокоения колебаний подвижной системы реле.

Для контроля заливки насосов используем реле давления РДВ (см. чертеж). Чувствительным элементом реле давления является диафрагма 6. Реле имеет две ступени регулировки срабатывания по давлению. Выбор ступени осуществляется при введении в действие с помощью винта 4 малого поршня 7 или малого и большого 5 поршня вместе, что соответствует уменьшению или увеличению рабочей площади диафрагмы. Сила давления воды, воспринимаемая диафрагмой, передается через поршень на шток 9, который воздействует на микропереключатель 1. Предварительное натяжение пружины 10, необходимое для четкого срабатывания реле, регулируется штоком 9, в верхней части которого имеется участок шестигранного сечения. При регулировке шток ввинчивают в специальную гайку 8. Последняя фиксируется шпилькой 3. Зазор между штоком и микропереключателем устанавливается регулировочной гайкой 2.

Для контроля температуры подшипников в насосных установках применяем термодатчики ТДЛ-2 (см. чертеж.). Принцип действия датчиков основан на использовании сплава, температура плавления которого 70−72° С. При перегреве подшипника сплав 5 в наконечнике датчика расплавляется и освобождает валик 4, который под действием пружины 3 поворачивается и переключает контактную систему 2. После каждого срабатывания датчика возврат его в исходное рабочее положение производится вручную рукояткой 1.

Программу работы автоматизированной водоотливной установки задает моторное реле времени — моторный коммутатор. Реле (см. чертеж) состоит из синхронного двигателя 4 типа СД-2, зубчатой пары 2, 5 и до десяти контактных дисков /, воздействующих на контактные группы 6. Диски, набранные на оси 3, при вращении производят переключения контактов [8, с.148−153].

Аппаратура ВАВ автоматизации водоотливных установок с высоковольтными электродвигателями.

Для автоматизации главной водоотливной установки применяем комплектную аппаратуру ВАВ.

Аппаратура ВАВ, выполненная во взрывозащищенном исполнении, позволяет автоматизировать водоотливные установки, содержащие до девяти насосных агрегатов и оборудованные высоковольтными или низковольтными асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором. Аппаратура ВАВ построена по блочному принципу и собрана на многоконтактпых герметизированных реле в сочетании с полупроводниковыми элементами.

Комплект аппаратуры ВАВ состоит из: блока управления насосами БУН, сигнального табло водоотлива СТВ, реле производительности РПН, реле давления РДВ, заливочного погружного насоса ЗПН, пускателя ППВ-1, электропривода задвижки ПЗ-1, электродных датчиков ЭД, термодатчиков ТДЛ-2, заградительного фильтра ФНЧ-1, кабельных ящиков, переключателя цепей управления ПЦУ-3, индикатора выхода ИВ-65.

Блок БУН предназначен для: выбора режима работы насосов (работа от верхнего, повышенного или аварийного уровня воды); обработки сигналов, поступающих от датчиков, с последующей выдачей команд на исполнительные устройства; сигнализации о состоянии водоотливной установки. В одном блоке БУН размещены три панели управления ПУН, так как большинство насосных установок состоит из трех насосов.

Аппаратура ВАВ обеспечивает автоматическое управление насосными агрегатами по уровню воды в водосборнике; ручное управление отдельными агрегатами во время наладочных работ; возможность дистанционного управления насосными агрегатами от диспетчера при уровне воды выше нижнего; включение электродвигателей с выдержкой времени при параллельной работе насосных агрегатов во избежание наложения пусковых токов и гидравлического удара; включение одного или нескольких насосов (в зависимости от настройки) при верхнем уровне воды в водосборнике; включение одного или нескольких насосов при повышенном и аварийном уровнях; включение резервного насоса в случае неисправности одного из насосов при работе в автоматическом режиме; заливку погружным или вспомогательными насосами при заглубленных насосных камерах; работу насосов с управляемыми задвижками и без них; дозирование заливки по времени и контроль включения насосов по времени и давлению.

Работа схемы в автоматическом режиме. На листе графической части по автоматизации главного водоотлива проектируемой шахты показана принципиальная электрическая схема автоматизации одного насоса с аппаратурой ВАВ. Переключатель программы S6 устанавливается в одно из положений: В, П, А, Р, О (соответственно верхний, повышенный или аварийный уровень, ручное управление, ремонт), например В. При подаче напряжения в блоке управления загорается сигнальная лампа Я7 и срабатывает промежуточное реле защиты F2 по цепи: обмотка III трансформатора ТЗ, конденсатор С7, контакт S13 термодатчика ТДЛ, контакт S14 конечного выключателя привода задвижки, контакт переключателя режима работы S6.4, резистор R7, конденсатор С7, диоды VW.. V13, катушка реле защиты F2, резистор R3, обмотка /// трансформатора ТЗ. В исходном положении контакты термодатчика S13 и конечного выключателя привода задвижки S14 замкнуты. Реле F2 своим замыкающим контактом включает реле защиты F3, а оно подготавливает к включению цепи заливки и пуска главного насоса.

При достижении водой верхнего уровня промежуточное реле уровня К.16 срабатывает по цепи: обмотка IV трансформатора ТЗ, диоды V14… VI7, резистор #5, катушка промежуточного реле Кб, контакт реле К9, контакт переключателя режима работы S6.5, зажим 5 панели управления, электрод верхнего уровня ЭВ, вода, «земля», зажим 3, диоды V14… У/7, обмотка IV трансформатора ТЗ. Реле К16 своим контактом включает реле К8 и блокируется замыкающим контактом К.8 и электродом ЭН, обеспечивая свое питание, пока уровень воды не снизится до электрода ЭН. Реле К8 своими замыкающими контактами включает пускатель заливочного насоса ЗПН (происходит заливка главного насоса) и двигатель М моторного реле по цепи: обмотка 11 трансформатора 77, вьшод б, двигатель М программного реле К20, контакты реле К.8, К.12, вывод а, обмотка // трансформатора Т7. Двигатель М вращает диски и задает программу заливки, пуска и работы главного насоса.

С выдержкой времени замыкается контакт К2.4, и реле К15 обтекается током по цепи: обмотка 11 трансформатора ТЗ, конденсатор С6, контакты реле F3, К12, К8, контакт S12 реле давления РДВ, контакт К20.4 реле времени, резистор R6, конденсатор С6, диоды V6… V9, катушка реле К15, резистор R2, обмотка // трансформатора ТЗ. Реле К15 замыкающим контактом включает реле пуска главного насоса К17, которое своим замыкающим контактом включит пускатель привода задвижки ППВ-1 на открывание, а также ячейку КРУВ-6 главного насоса. В последнем случае перемычка 64 -«земля» должна быть снята. Реле К1, реагирующее на постоянный ток, сработает, так как обмотка его шунтируется диодом V18 по цепи; обмотка Я трансформатора Т2, конденсатор С1, контакт реле К5, зажим 4 пускателя ППВ-1, контакт S2.1 конечного выключателя привода задвижки, зажим 33 блока управления, контакт реле К17, контакт переключателя режима работы S6.2, диод V18, зажим 64 блока управления, «земля», конденсатор С/, обмотка 11 трансформатора Т2.

Так как для привода выбранных насосов типа ЦНС 300−600 для обеспечения откачки притока воды в шахте мы выбрали высоковольтные двигатели, то рассмотрим работу аппаратуры с высоковольтным двигателем. При полном открывании задвижки контакт конечного выключателя S2.1 разомкнется, и реле К1 отключится. Контакт S12 реле давления размыкается, но реле К15 продолжает обтекаться током, поскольку контакты S12 и К20.4 зашунтированы замыкающим контактом К17.

По окончании пуска главного насоса (через 383 с) контакт К20.2 замкнется и включит реле К12, которое своими размыкающими контактами разорвет цепи питания двигателя М и реле KI5. Если к этому времени насос разовьет нормальную производительность, то катушка реле К.15 будет обтекаться током через контакт реле производительности SW.

После откачивания воды до нижнего уровня размыкается цепь питания реле уровня К16, которое своим размыкающим контактом отключит реле К8, а оно. включит реле К2 пускателя привода задвижки ППВ-1, При закрывании задвижки размыкается контакт конечного выключателя привода задвижки в цепи питания реле К.15 и последнее обесточивается, что приводит к остановке главного насоса. После полного закрывания задвижки пускатель ППВ-1 отключится контактом конечного выключателя S2.2.

Реле К8 своим размыкающим контактом включит двигатель М, В исходном состоянии реле времени К20 замкнет свой контакт К20.1, включающий реле К9, которое своим контактом разорвет цепь двигателя М.

Работа схемы при повышенном или аварийном уровне воды аналогич-на вышеописанной, переключатель S6 при этом устанавливается в положение Я или А.

В случае работы схемы при местном (ручном) управлении переключатель S6 ставится в положение Р. Управление осуществляется кнопками «Пуск» и «Стоп» магнитных пускателей или поста управления высоковольтными ячейками КРУВ-6. Останов работающего насоса можно произвести кнопкой S17 («Стоп»), включенной последовательно с электродным датчиком ЭН.

Дистанционное управление работой насоса осуществляется нажатием кнопки S15 («Пуск») на табло СТВ. При этом срабатывает промежуточное реле уровня К.16, Далее схема будет работать так же, как и при автоматическом режиме.

Для отключения насоса при любом уровне воды тумблер S16 кратковременно переводят в положение «Отключено» и тем самым обесточивают реле К1б, В случае необходимости ремонта насоса переключатель S6 устанавливают в положение 0.

При аварийном состоянии работающий насос отключается и контактом F3 включается резервный насос, настроенный па аварийный уровень.

Защита насосного агрегата при потере производительности осуществляется реле производительности РПН, устанавливаемым на горизонтальном участке трубопровода. Если насос во время работы по различным причинам уменьшит производительность или во время пуска к моменту размыкания контакта К12 не разовьет нормальной производительности, контакт реле производительности S10 в цепи реле К15 будет разомкнут. Следовательно, реле К15 и К17 обесточатся, и последнее своими контактами отключит высоковольтную ячейку

КРУВ-6, замкнет цепь питания реле К.2 пускателя привода задвижки на закрывание, замкнет контакт в цепи двигателя М. Двигатель М повернет диски до размыкания контакта К.20.3, что приведет к отключению реле F2 и F3. Реле защиты F3 своими контактами отключит двигатель М, подаст команду на включение резервного насоса и включит сигнализацию. Аналогично работает защита при перегреве термодатчика (ТДЛ-2), пуске незалитого насоса (реле давления РДВ).

Сигнализация в аппаратуре ВАВ осуществляется с помощью частотной телемеханической системы, состоящей из трех генераторов 14, 20 и 26 кГц, линии связи и приемников сигналов El, E2 и ЕЗ, настроенных на соответствующую частоту. На выходе приемников Е1 включено реле К.14, Е2 — сигнальная лампа Н5 и ЕЗ — реле К.18. Каналы с частотой 14 кГц используются для передачи информации об аварийном уровне воды, с частотой 20 кГц — о работе насоса, с частотой 26 кГц — о неисправности насоса.

Все сигналы, поступающие на пульт диспетчера, обезличены, т. е. по ним нельзя установить, какой насос работает нормально или неисправен и по какой причине. Последнее уточняет обслуживающий автоматизированную водоотливную установку персонал [8, с.156−162].