Введение к работе
Актуальность работа. Развитие топливно-энергетического комплекса страны требует совершенствования горных малин в направлении повышения их эффективности за счет повышения производит-ть нести и нааех-ности. Основной горной машиной, которая в значительной мере определяет производительность труда на угольных шахтах, является очистной комбайн, который осуществляет отбойку и погрузку угля на конвейер в комплексно-механизированной лаве. Производительность и надежность очистных комбайнов (ОК), в свою очередь,.в значительной мере определяется типом и мощностью привода. Основными тенденциями развития отечественного привода ОК последних лет являлось увеличение установленной мощности нерегулируемого асинхронного электропривода резания, которая достигла в настоящее время 400-600 кВт, и переход с регулируемого гидравлического привода механизма подачи на регулируемый электрический привод системы "управлявши тиристорний выпрямитель -двигатель постоянного тока" (УВ-ДПТ) или " преобразователь частоти -асинхронный электродвигатель" (ПЧ-АД).
Наиболее целесообразно для привода механизма подачи применение системи ПЧ-АД. Основное преимущество системы ПЧ-АД заключается в применении надежного, дешевого, работоспособного в тякелых условиях и неприхотливого в эксплуатации асинхронного электродвигателя с ко-роткозамкнутим ротором. При этом современный уровень развития силовой преобразовательной техники обеспечивает высокуи напег-шость преобразователя частоты.
Применение системи ПЧ-АД в Приводе механизма подачи ОК приводит к появлению в шахтной кабельной сети между ПЧ и АД участка с переменней частотой и напряжением, изменяющимися в широких пределах. Другая особенность участка сети с переменной частотой - ступенчатый характер изменения напряжения на выходе ПЧ, первая гармоника которого изменяется пропорционально его частоте.
Токи короткого замыкания (к.з.) в участке сети с переменными частотой и напряжением на низких частотах ПЧ, равных 5-Ю Гц, могут быть меньше токов нагрузки АД при частотах более 15 Гц. В этом случае максимально-токовая защита сети с переменной частотой имеет малую зону действия, которая не превышает 50-60 м. В применяемых на практике системах ПЧ-АД горних машин сеть может сметь длину до (XX) м.
Поэтому разработка защиты от аварийках режимов шахтной ячектри-
ческой сети с переменной частотой напряжением до 1000 В является актуальной научной задачей.
Актуальность настоящей работы подтверждается тем, что она выполнялась в соответствии с Целевой комплексной программой Ц601148 Минуглепрома СССР (1986-1992 гг) и Отраслевой научно-технической программой Минтопэнерго России " Уголь России", проект № 0-12 "Создать новое электрооборудование и системы электроснабжения для шахт на базе современных средств коммутации и взрывозащиты, обеспечивающих повышение энерговооруженности и управляемости горних машин и рационального использования электроэнергии" (1993-1994 гг).
Целью работы является установление закономерностей протекания рабочих и аварийных режимов в системе " преобразователь часто-ты-участок шахтной кабельной сети-асинхронный электродвигатель" (ПЧ-УШКС-АД) для разработіси средств защиты от коротких замыканий участіга кабельной сети между ПЧ и АД, обеспечивающих повышение безопасности и надежности эксплуатации систем с частотно-регулируемым электроприводом.
Идея работы заключается в том, что выявить аварийный режим трех и двухфазного замыкании в кабельной сети между ПЧ и АД возможно путем контроля направлений передачи электрической энергии в ПЧ и АД в рабочих и аварийных режимах путем сопоставления длительностей положительных и отрицательных полуволн мгновенных значений тока в звене постоянного тока ІІЧ и электромагнитной мощности на зажимах АД.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
-
Математическая модель системы ПЧ-УШКС-АД в режиме трех-и двухфазного к.з. на участке кабельной сети, отличающаяся учетом ступенчатой формы напряжения на выходе ІІЧ, нелинейности магнитной цепи АД, параметров кабельной линии, выпрямителя и инвертора ПЧ.
-
Способ защиты от к.з. в кабельной сети с переменными частотой и напряжением, новизна которого заключается в том, что контролируются потоки энергии в ПЧ и АД в нормальном и аварийном режимах, а релим к.з. в кабельной сети определяется по фактам перехода АД в генераторный режим подпитки места к.з. и передачи энергии ПЧ также в место к.8.
-
Зависимости ударного тока до и после точки к.з. в кабельной сети между ПЧ и АД, момента АД, времени существования генераторного режима АД от частоты на выходе ПЧ и расстояния от АД до точки замы-КчЛіія, позволяющие дать количественный анализ аварийного режима.
4. Методи расчета переходных процессов трех-и двухфазного к.з. в (сабельной сети между ПЧ и АД с помощью математической модели и комплекса алгоритмов и программ, позволяющие более точно рассчитать ударные токи до и после точки аварии, которые могут использоваться в проектных организациях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использование положений теории электромагнитных переходных процессов в электрических машинах, математического моделирования, апробированных методов измерений электрических параметров; удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение результатов не преЕыяает 10% при доверительной вероятности 0,9); положительными результатами стендовых и промышленных испытан- "і.
Значение работы. Научное значение работы заключается в разработке математической модели процесса трех- и двухфазного к.з. в кабельной сети систеш ПЧ-УШКС-АД с учетом ступенчатой формы питающего напряжения ПЧ, нелинейности магнитной цепи ЛД, параметров кабельной линии, выпрямителя и инвертора ЛЧ; установлении зависимостей ударных токоз до и после течки к.э., момента ЛД и времени существования генераторного режима ЛД от частоты на выходе ПЧ и расстояния от ЛД до точки зак&кания; обосновании нового способа построения защиты от к.з., основанного на дифференциальном контроле направления потоков энергии в ПЧ и АД, что является вкладем в теорга переході"'X процессов в трехі^лзних сетях с переменными частотой и налрядением.
Практическое значение работы заключается в определении количественных характеристик системы в регамзх трех- н двухфазного к.з. в кабельной сети ме.мду ПЧ и АД; разработке структурной схемы, способа и алгоритма функционирования и принципиальных схем зелоты от аварийных ре;-г,2!ов в кабельной линии системы ПЧ-УІІІХС-ЛД; разработке способа контроля целостности кабельной линии перед подключением к ней ПЧ; разработке методов расчета параметров устройств определения знака электромагнитной мощности и контроля целостности кабельной линии; разработке методов расчета переходных процессов трех- и двухфазного к.з. в кабельной сети между ПЧ и ЛД с помощью математической модели и комплекса алгоритмов и программ с учетом ступенчатой ifcipeu ния на выходе ПЧ, нелинейностей АД, параметров кабельной линии и ПЧ.
Реализация выводов и рекомендаций .работ»._ На основе технич^екіта решений и рекомендаций, изложенных п диссертации, разработана залит."!
і,-
от к.з. в кабеле между ПЧ и АД, которая применена в экспериментальном образце частотно регулируемого асинхронного электропривода O-U'iill) механизма подачи комбайна КШІКГУЗ, испытанием в условиях пахта 15-я Лииковская АО "Тулауголь". Скорректированная по результатам испытаний защита от к. а. в кабельной линии между ПЧ и АД принята в рабочем проекте частотно-регулируемого электропривода механизма подачи комбайна К10ІШ.
Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения защити от к.з. шахтной участковой сети с переменной частотой и напряжением до 1GOQ В в составе частотно-регулируемого электропривода очистного комбайна КЫ1КГУЭ составляет 19,3 млн.руб. з ценах июня 1995 г.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научно-практической конференции "Охрана труда в цветной металлургии" (Челябинск, 1990), Всесоюзной научно-практической конференции "Электро-и пожаробезопасность при эксплуатации электроустановок" (Дусанбе, 1990), научно-практической конференцій "Контроль изоляции в распределительных сетях" (Челябинск, 1992), Международной межвузовской научно-практической конференции "Совершенствование конструкции, технологии изготовления к эксплуатации горного оборудования и средств автоматизации" (Москва, 1992), 2-м Международном «шпозиуые ''Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности" (Санкт-Петербург, 1992), научно-практическом семинаре с международным участием "Проблема повышения надежности, уровня безаварийности эксплуатации электротехнических и электромеханических систем, комплексов и оборудования горных и промышленных предприятий" (Москва,1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 авторских свидетельства.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав и заг-лючения, излаженных на 137 страницах машинописного текста, содержит 73 рисунка, 14 таблиц, список использованной литературы из 75 наименований и 2 приложения.
