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Con il rapido avanzamento della tecnologia nell'industria mineraria del carbone, i livelli di potenza delle attrezzature minerarie continuano ad aumentare e le distanze delle estensioni minerarie si stanno estendendo. Questi sviluppi impongono richieste più elevate ai relativi sistemi di alimentazione elettrica. Durante il processo minerario, la distanza tra l'estrazione del carbone, le attrezzature di scavo e i sistemi di alimentazione aumenta con numerose sfide come riduzione del fattore di potenza, bassa tensione alle estremità delle linee, fluttuazioni di tensione e distorsione della forma d'onda dovuta a carichi ad alto impatto e non lineari. Affrontando queste questioni, questo articolo propone diverse soluzioni, ne confronta vantaggi e svantaggi e introduce uno schema innovativo di compensazione della tensione insieme a attrezzature correlate e applicazioni sul campo.
Parole chiave: miniera di carbone sotterranea; Alimentazione a lunga distanza; Attrezzature per lo scavo; Qualità della potenza; Compensazione della tensione
Il rapido sviluppo dell'industria mineraria del carbone ha portato a un aumento delle esigenze energetiche per le attrezzature minerarie, con conseguenti dimensioni di utilizzo delle attività minerarie. Questa estensione pone sfide significative per i relativi sistemi di alimentazione. Con l'aumento della distanza tra le attrezzature di estrazione e lo scavo e i dispositivi di alimentazione, la presenza di carichi d'impatto elevati e carichi non lineari porta a una serie di problemi di qualità dell'alimentazione a lunga distanza. Questi includono un fattore di potenza ridotto, bassa tensione alle estremità della linea, fluttuazioni di tensione e distorsioni della forma d'onda. Tali problemi non solo rendono difficile avviare le attrezzature di grandi dimensioni e causano frequenti guasti, ma riducono anche le prestazioni dell'isolamento, causando incidenti sulla sicurezza elettrica. Inoltre, la trasmissione di energia a lunga distanza comporta notevoli perdite in linea, aumentando significativamente il consumo energetico e i costi per le imprese minerarie di carbone.
Per mitigare le perdite economiche, migliorare la sicurezza e l'efficienza, questo articolo esamina le soluzioni comuni per l'approvvigionamento di energia a lunga distanza nelle miniere di carbone sotterranee, confrontandone pro e contro, e propone uno schema innovativo di compensazione delle tensioni.
2.1 Cavi multipli in parallelo o con diametro maggiore
L'uso di più cavi in parallelo o la sostituzione di cavi esistenti con diametri maggiori può ridurre le caliche equivalenti di impedenza e tensione. Tuttavia, questo approccio aumenta i costi dei cavi e la complessità dell'installazione.
Figura 1. Schema di cavi paralleli o soluzione di sezione trasversale aumentata del cavo
2.2 Regolazione delle prese del trasformatore per aumentare la tensione di alimentazione
Regolare le prese del trasformatore per aumentare la tensione di alimentazione può compensare le perdite di linea. Tuttavia, questo metodo può causare tensioni eccessivamente elevate durante i tempi di inattività o il funzionamento senza carico, comportando rischi per l'isolamento di cavi e dispositivi.
Figura 2. Schema per aumentare la soluzione di tensione di uscita del trasformatore mobile
2.3 Avvicinare i trasformatori mobili alle apparecchiature
Avvicinare i trasformatori mobili all'apparecchiatura riduce la lunghezza dei cavi di alimentazione, diminuendo così le cadute di tensione. Tuttavia, il frequente riposizionamento dei trasformatori aumenta le difficoltà operative e i costi.
Figura 3. Schema per spostare il trasformatore mobile più vicino al carico
2.4 Aggiunta di SVG a prova di esplosioni per la compensazione della potenza reattiva
Dispiegare unità SVG a prova di esplosioni vicino alle apparecchiature di carico fornisce compensazione della potenza reattiva, aumento delle tensioni di fine linea e stabilizzazione del funzionamento delle apparecchiature. Questa soluzione richiede di posizionare gli SVG vicino al carico, idealmente spostandoli insieme al carico se possibile, il che potrebbe comunque comportare più spostamenti e costi aumentati.
Figura 4. Schema per aggiungere SVG a prova di esplosione sul lato carico per compensazione della potenza reattiva
Per affrontare i limiti delle soluzioni sopra menzionate, questo articolo propone un approccio innovativo: integrare un dispositivo di regolazione della rete a metà linea per aumentare la tensione di linea, assicurando che l'apparecchiatura di fine linea riceva sufficiente energia.
Figura 5. Schema dell'installazione di un dispositivo di regolazione integrata dalla rete al centro della linea
Il dispositivo integrato di regolazione della tensione migliora la compensazione della potenza reattiva del sistema di alimentazione, migliorando il fattore di potenza e riducendo le perdite di caduta di tensione. Compensa le perdite indotte dalla corrente attiva aumentando la tensione di sistema, garantendo tensioni stabili a fine linea. Il dispositivo si regola automaticamente in base ai parametri di tensione di rete e corrente di rete, mantenendo la tensione entro intervalli accettabili in condizioni variabili.
IlDispositivo di regolazione integrata della reteè stata messa in funzione con successo e messa in funzione presso la direzione sotterranea diMiniera di Carbone N. 5 di Changcheng, situato nell'Ottog Front Banner, Regione Autonoma della Mongolia Interna. La miniera è gestita daShandong Energy Xinmin Inner Mongolia Energy Co., Ltd., fondata nel 2005 e situata nella città di Ordos, Mongolia Interna.
La miniera n. 5 di Changcheng copre un'area mineraria di13,6595 km², con riserve geologiche totali di180,4 milioni di tonnellate metrichee riserve recuperabili di118,8 milioni di tonnellate metriche. Ha una capacità produttiva annua progettata di1,8 milioni di tonnellatee una vita operativa stimata di50,8 anni.
La testa della miniera era rivolta a un volto severoProblemi di caduta di tensione dell'alimentatore a lunga distanza. La soluzione precedente prevedeva lo spostamento della sottostazione mobile (trasformatore mobile) ogni volta che la rotta avanzava di una certa distanza. Questo approccio comportava costi significativi di manodopera e materiali e interrotto la continuità produttiva—evidenziando un'urgente necessità di miglioramenti.
Indagini dettagliate sul sito hanno rivelato i seguenti parametri di sistema:
Per determinare la distanza massima di funzionamento fattibile senza supporto di tensione, sono stati eseguiti i seguenti calcoli:
(1)Impedenza equivalente della sottostazione mobile:
dove Un è la tensione nominale del sistema, Uz% è la percentuale di impedenza del cortocircuito della sottostazione, e In è la sua corrente nominale.
(2)Impedenza equivalente del motore di taglio durante l'avvio:
dove Iq è la corrente di avviamento del motore.
(3) Nel peggior scenario (distanza massima), la caduta di tensione ammissibile al terminale del motore è25%, il che significa che la tensione minima consentita ai terminali è:
Umin=0,75×1140 V=855 VUmin=0,75×1140V=855V
(4) La corrente di avviamento del motore di taglio in queste condizioni veniva calcolata di conseguenza.
(5) La caduta di tensione ammissibile attraverso il cavo è:
dove Uo è la tensione di uscita della sottostazione mobile.
(6) Secondo le tabelle standard dei cavi, la resistenza equivalente del120 mm²cavo èRc=0,173 Ω/kmRc=0,173Ω/km(per fase).
(7) Sulla base di questi parametri, ilDistanza massima consentita all'alimentazioneera calcolato come approssimativamente1400 metri.
L'analisi ha confermato che quando il roadheader opera oltre~1400 metridalla sottostazione mobile, una caduta eccessiva di tensione sia durante l'avvio che durante il normale funzionamento causava spegnimento o mancato avvio delle apparecchiature.
Per affrontare questo punto, unDispositivo di regolazione integrata della reteè stato installato1,4 km a valledalla sottostazione mobile, come mostrato in:
Figura 6. Schema della posizione di installazione del Dispositivo di Regolazione Integrata della Rete
Il dispositivo era configurato con una tensione di uscita target di1300 V. Dopo la regolazione, la tensione di linea viene mantenuta approssimativamente1300 V, permettendo al segmento di cavo a valle—dal dispositivo al roadheader—di estendersioltre 1,4 kmpur soddisfacendo il requisito operativo di 1140 V al carico. La stessa metodologia di calcolo si applica e quindi viene omessa qui per brevità.
Dopo l'installazione del Dispositivo di Regolazione Integrata della Rete, la distanza effettiva di rotta è stata estesa al massimo2800 metri. Il roadheader ora funziona in modo affidabile senza interruzioni legate alla tensione. La frequenza dei trasferimenti delle sottostazioni mobili è stata significativamente ridotta, la stabilità del sistema è migliorata e la soluzione ha ricevutoUn grande apprezzamento dal cliente.
Figura 7. Foto in loco del Dispositivo di Regolazione Integrata della Rete in funzione presso la miniera n. 5 di Changcheng
Con l'evoluzione dell'industria mineraria del carbone, la domanda energetica delle attrezzature minerarie continua a crescere, rendendo necessarie distanze di lavoro più lunghe. Problemi di alimentazione a lunga distanza, in particolare cadute di tensione, sono comuni nelle operazioni sotterranee. I motori a avviamento diretto utilizzati in escavatori e minatori affrontano significative difficoltà di avvio a causa dell'elevata domanda iniziale di corrente. Le soluzioni tradizionali presentano limiti, ma il dispositivo di regolamentazione integrata nella rete proposto offre una soluzione efficace, migliorando l'efficienza del lavoro sotterraneo e riducendo i costi operativi.
La combinazione di unità SVG a prova di esplosioni e dispositivi di regolazione integrati dalla rete offre una soluzione completa per migliorare la qualità dell'energia nelle miniere di carbone sotterranee, garantendo un approvvigionamento di energia affidabile ed efficiente.
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