Оценка эффективности средств повышения качества электроэнергии в системе частотно-регулируемого электропривода скребковых конвейеров

Интенсивное внедрение частотно-регулируемых электроприводов машин и установок в технологических процессах при подземной добыче полезных ископаемых предусматривает необходимость решения ряда проблем, одной из которых является обеспечение качества электроэнергии. Именно поэтому повышение энергоресурса горных машин и энергоэффективности ведения горных работ требует обеспечения нормативных показателей качества электроэнергии в подземных комбинированных электрических сетях (ПКЭС). Это возможно на основе оценки уровня и состава высших гармонических составляющих напряжения и тока в силовых цепях с частотно-регулируемым электроприводом (ЧРЭП). Основными задачами являются: разработка на основе эквивалентной схемы замещения электрической сети с ЧРЭП скребкового конвейера имитационной модели для исследования спектрального состава высших гармонических составляющих напряжения и тока в силовых цепях ПКЭС; исследование и анализ влияния фильтро-компенсирующих устройств (ФКУ), реакторов и синус-фильтров на качество электроэнергии в системе с ЧРЭП скребкового конвейера; анализ спектрального состава высших гармонических составляющих напряжения и тока в цепях утечки через изоляцию и цепи измерителя устройства защитного отключения; разработка практических рекомендаций в области повышения качества электроэнергии в системе с ЧРЭП скребкового конвейера. Разработанная модель системы частотно-регулируемого электропривода скребковых конвейеров позволила провести исследования эффективности средств повышения качества электроэнергии. Определен гармонический состав напряжения и тока в подземной комбинированной электрической сети в режиме максимального искажения и при наличии ФКУ, реакторов и синус-фильтров. Выбранные методы исследований позволили выявить спектральный состав напряжения и тока в симметричном и однофазном режимах утечки через изоляцию, а также в измерительных цепях устройств защитного отключения (УЗО). Установлено, что гармонический состав напряжения и тока утечки в основном определяется параметрами выходного напряжения, модулируемого автономным инвертором преобразователя частоты. Высокий уровень гармонических составляющих напряжения и тока необходимо учитывать при определении уставок УЗО, настройке компенсатора емкостного тока и блока защитного шунтирования. Для обеспечения электробезопасности необходимо научное обоснование нормативных показателей высших гармонических составляющих напряжения для цепей утечки и дальнейшее исследование физиологического воздействия высших гармоник тока на организм человека. Целесообразность установки ФКУ непосредственно на низковольтном участке питания скребкового конвейера должна быть технически обоснована. Наличие ФКУ, реакторов и синус-фильтров практически не оказывает влияния как на гармонический состав, так и на величину коэффициентов гармонических составляющих фазного напряжения сети относительно земли и токов утечки через изоляцию. Наличие наводимых в цепях утечки тока высших гармонических составляющих в симметричном режиме и режиме однофазной утечки тока может привести к нарушению магнитной совместимости при работе электронной измерительной схемы, блока питания и компенсатора емкостного тока утечки УЗО и представлять потенциальную опасность в случае прикосновения к токоведущим частям электрооборудования.

1. Shi J.G., Mao J., Wei X.H. Research on dynamic tension control theory for heavy scraper conveyor. Applied Mechanics and Materials. 2010;34–35:1956–1960. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.34-35.1956

2. Stecuła K., Brodny J., Tutak M. Informatics platform as a tool supporting research regarding the effectiveness of the mining machines’ work. In: CBU International Conference on Innovations in Science and Education. 2017;5:1215–1219. https://doi.org/10.12955/cbup.v5.1099

3. Воронин В.А., Непша Ф.С., Ермаков А.Н., Кантович Л.И. Анализ режимов работы электротехнического оборудования выемочного участка современной угольной шахты. Устойчивое развитие горных территорий. 2021;(4):599–607. https://doi.org/10.21177/1998-4502-2021-13-4-599-607

4. Клюев Р.В., Босиков И.И., Гаврина О.А., Ляшенко В.И. Оценка эксплуатационной надежности электроснабжения развивающихся участков добычи руд на высокогорном руднике. Горные науки и технологии. 2021;6(3):211–220. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-3-211-220

5. Бабокин Г.И. Исследование влияния технологической схемы работы и длины лавы на удельный расход электрической энергии очистного комбайна. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2021;(2):139–149. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2021-2-0-139-149

6. Бойков И.Л., Шестаков В.В., Заклика М., Ульрих Н. Опыт внедрения преобразователей частоты для привода забойных конвейеров шахты Воргашорская. Глюкауф. 2010;(1):79–83.

7. Shevyrev Y.V., Pichuev A.V., Shevyreva N.Y. Improving energy performance in networks with semiconductor converters. In: 2019 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing, ICIEAM 2019. Sochi, March 25–29, 2019. Pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/ICIEAM.2019.8743020

8. Feng D., Lu M., Lan J., Sun L. Research on switching operation transient electromagnetic environment of substations in a coal mine. IET Generation, Transmission & Distribution. 2016;10(13):3322–3329. https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2016.0292

9. Бабокин Г.И., Шевырёв Ю.В., Шевырева Н.Ю. Исследование качества электроэнергии очистного забоя угольной шахты. Горный журнал. 2021;(7):80–85. https://doi.org/10.17580/gzh.2021.07.14

10. Пустоветов М.Ю. Опыт разработки синус-фильтра для силовой схемы частотно-регулируемого асинхронного электропривода. Известия Томского политехнического университета. 2014;324(4):84–94. URL: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/5238

11. Пичуев А.В., Петров В.Л. Обоснование схемы замещения шахтной подземной электрической сети для анализа режимов утечки тока через изоляцию. Горные науки и технологии. 2023;8(1):78–86. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-01-72

12. Бабокин Г.И., Куницкий В.Г., Шеленев П.И. Защитное отключение на постоянном оперативном токе для комбинированных шахтных сетей. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009;(S8):285–288.

13. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Лазарев А.И. Экспериментальное исследование условий работы устройств защитного отключения в сети с преобразователем частоты. Электробезопасность. 1996;(3–4):31–41.

14. Пичуев А.В., Петров В.Л. Обоснование схемы замещения шахтной подземной электрической сети для анализа режимов утечки тока через изоляцию. Горные науки и технологии. 2023;8(1):78-86. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2023-01-72

15. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. Под ред. Л.Г. Мамиконянца. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат; 1984. 240 с.

16. Пичуев А.В. Информационно-аналитическая система анализа надежности и безопасности эксплуатации электроустановок на горных предприятиях. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011;(3):355–359.

17. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа; 2001. 218 с.