Провалы напряжения и остановы электроприводов экскаваторов.

Voltage drop in transmission line and digging machine problems.

Объект.

Один из крупнейших разрезов России по добыче каменного угля находится в Республике Бурятия. Уголь добывается по автотранспортной схеме. На разрезе работают одновременно до 10 шагающих экскаваторов, в том числе 10-70, ЭШ 20-90, ЭШ 40-85, Hitachi EX 3600, Bucyrus 495 HD и др. Электроснабжение осуществляется от Единой энергетической системы через подстанцию «Карьерная» 35/6 кВ. В процессе работы экскаваторов постоянно возникают проблемы.

Проблема в формулировках Заказчика.

«Электроприводы экскаваторов неожиданно отключаются, что увеличивает простои и создает риски инцидентов».

Провалы напряжения при работе шагающих экскаваторов.

Просто спросить...?

Технология, электроснабжение и электрооборудование.

Технологический процесс осуществляется при работе Главных электроприводов шагающих экскаваторов (подъема, тяги, вращения, шагания).

Шагающий экскаватор ЭШ 40-85.

Шагающий экскаватор ЭШ 40-85.

От подстанции «Карьерная» с трансформаторами мощностью 10 МВА и 4 МВА (35/6 кВ) экскаваторы подключены по воздушным линиям (ВЛ) с небольшими кабельными вставками. При перемещении экскаваторов конфигурация сетей меняется. На экскаваторах применяются электроприводы по системе «генератор-двигатель постоянного тока» («Г-Д») и системы частотно-регулируемого привода переменного тока с разной топологией (в том числе AFE, Active Front End).

Главные механизмы шагающего экскаватора с электроприводом по системе «Г-Д».

Главные механизмы шагающего экскаватора с электроприводом по системе «Г-Д».

Электроснабжение потребителей собственных нужд осуществляется через трансформаторы 6/0,4 кВ мощностью от 250 до 400 кВА.

Результаты обследований и измерений.

Измерения производились переносными приборами FLUKE (двумя приборами контроля качества электроэнергии и осциллографом). Обследование электроустановок подтвердило наличие проблем с качеством электроэнергии на объекте.

Измерения на подстанции «Карьерная».

На Вводе 6 кВ трансформатора 10 МВА ток изменяется от 50 А до 720 А с цикличностью примерно 30 секунд. Напряжение линейное изменяется от 6,9 кВ до 6,04 кВ. Суммарный коэффициента гармонических составляющих напряжения Ku (THDu), а также гармоники отдельных порядков не превышают допустимые значения по ГОСТ 32144―2013.

Ввод трансформатора 10 МВА. Напряжение линейное и ток.

Ввод трансформатора 10 МВА. Напряжение линейное и ток.

Мощность активная (синяя линия) изменяется от «плюс» 7,5 МВт до «минус» 3 МВт с периодической рекуперацией активной мощности от электроприёмников разреза в сеть 35 кВ.

Ввод трансформатора 10 МВА. Мощность активная и реактивная.

Ввод трансформатора 10 МВА. Мощность активная и реактивная.

Мощность реактивная (красная линия) достигает 6,15 Мвар при запуске системы «генератор-двигатель постоянного тока» на экскаваторе. Приводные двигатели систем «Г-Д» на всех экскаваторах этого типа – синхронные, с прямым пуском (в асинхронном режиме). Провал напряжения на сборных шинах подстанции при этом максимальный (до 6,038 кВ).

Помимо измерений на отходящих линиях ПС «Карьерная», выполнялись замеры на ЯКНО в непосредственной близости экскаваторов и в цепях питания электроприводов Главных механизмов.

Измерения на ЯКНО в непосредственной близости экскаваторов. Измерения в цепях питания электроприводов на шагающих экскаваторах.
Измерения на ЯКНО в непосредственной близости экскаваторов. Измерения в цепях питания электроприводов на шагающих экскаваторах.

Результаты измерений на экскаваторе ЭШ 20-90 с электроприводами по системе «генератор-двигатель постоянного тока».

Шагающий экскаватор ЭШ 20-90 с электроприводами по системе «генератор - двигатель». Четырехмашинный агрегат системы «генератор - двигатель постоянного тока».
Шагающий экскаватор ЭШ 20-90 с электроприводами по системе «генератор - двигатель». Четырехмашинный агрегат системы «генератор - двигатель постоянного тока».

На ЯКНО 6 кВ ток изменялся от нескольких Ампер до 400 А, а напряжение - от 7 кВ (режим рекуперации) до 5,2 кВ (под нагрузкой). Провалы напряжения не всегда совпадают с набросом нагрузки экскаватора (существенные возмущения поступают из сети 6 кВ разреза). Несмотря на значительные отклонения напряжения, экскаватор продолжает работать.

ЭШ 20-90. Ввод 6 кВ. Напряжение и ток.

ЭШ 20-90. Ввод 6 кВ. Напряжение и ток.

Мощность активная изменяется от «плюс» 3 МВт до «минус» 3 МВт (синяя линия); мощность реактивная - от «плюс» 3580 квар до «минус» 700 квар (красная линия). Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения Ku (THDu) не превышает 2%.

ЭШ 20-90. Ввод 6 кВ. Мощность активная и реактивная.

ЭШ 20-90. Ввод 6 кВ. Мощность активная и реактивная.

В период выполнения измерений на вторичной обмотке трансформатора собственных нужд (ТСН) произошел останов экскаватора по провалу напряжения.

ЭШ 20-90. ТСН левого борта. Напряжение и ток. Провал и отключение.

ЭШ 20-90. ТСН левого борта. Напряжение и ток. Провал и отключение.

При снижении линейного напряжения до 263 В (провал на 40%) отключились цепи возбуждения машин постоянного тока системы «Г-Д». Ввод 6 кВ остался включенным.

Результаты измерений на экскаваторе Bucyrus 495 HD с частотно-регулируемым приводом AFE (Active Front End) и общей шиной постоянного тока.

Экскаватор Bucyrus 495 HD. Преобразователи частоты.
Экскаватор Bucyrus 495 HD. Преобразователи частоты.

При измерениях на вводе РУ-6 кВ экскаватора Bucyrus 495 HD ток изменялся от нескольких Ампер до 280 А; напряжение - от 6,8 кВ (режим рекуперации) до 5,9 кВ (под нагрузкой).

Bucyrus 495 HD. Ввод 6 кВ. Напряжение и ток.

Bucyrus 495 HD. Ввод 6 кВ. Напряжение и ток.

Мощность активная изменяется от «плюс» 2,5 МВт до «минус» 2,2 МВт (синяя линия). Мощность реактивная (красная линия) существенно меньше, чем при использовании системы «Г-Д».

Bucyrus 495 HD. Ввод 6 кВ. Мощность активная и реактивная.

Bucyrus 495 HD. Ввод 6 кВ. Мощность активная и реактивная.

Суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения Ku (THDu) не превышает 2% (соответствует параметрам AFE-моста в составе системы частотного регулирования).

В отличие от экскаваторов с системой «Г-Д», для электроприводов Bucyrus 495 HD большую опасность представляет повышение напряжения на вводе. При этом либо срабатывает защита по высокому уровню напряжения в звене постоянного тока, либо отключается по перегреву тормозной прерыватель.

Выводы и предложения.

Основная проблема при работе экскаваторов – значительные отклонения напряжения, обусловленные:

- циклическим характером активной нагрузки с периодической рекуперацией энергии в сеть;

- набросами реактивной нагрузки при запуске систем «Г-Д» с приводными синхронными двигателями и при прямых пусках асинхронных двигателей экскаваторов с гидроприводом;

- падением напряжения на протяженных воздушных линиях.

Провалы напряжения, в первую очередь, создают риски нештатной работы систем возбуждения машин постоянного тока и систем управления основными и вспомогательными механизмами.

Предложение заключается в установке на выходных цепях трансформаторов собственных нужд всех шагающих экскаваторов систем компенсации отклонений напряжения (СКОН). Это обеспечит стабильную работу цепей управления исключит большинство нештатных остановов экскаваторов.

Реализация предложений.

Заказчику направлено технико-коммерческое предложение на комплекс работ по проектированию, монтажу и наладке систем компенсации отклонений напряжения для экскаваторов всех применяемых на разрезе типов.

Контактная информация.