Исследование надежности систем электроснабжения угольных разрезов на примере ОАО «УК» Кузбассразрезуголь

Актуальность работы. В угольной промышленности Кузбасса в настоящее время происходит наращивание добычи. На 25 действующих разрезах Кузнецкого угольного бассейна сосредоточено 11% всех запасов угля России (117,2 млрд. т), пригодных для разработки открытым способом. ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» управляет 11 угольными разрезами. В 2005 году объем добычи угля составил 42,8 млн. т, в 2006 г. -44 млн. т, а в 2007 г. более 45 млн. т.

Рост добычи угля требует увеличения парка горнодобывающих машин, особенно мощных экскаваторов и буровых станков. В связи с этим особенно актуальным является обеспечение бесперебойности электроснабжения всех звеньев технологических процессов разрезов. Отказы в системах электроснабжения (СЭС) открытых горных работ снр1жают эффективность работы горных машин, технологических звеньев и угольного разреза в целом вследствие уменьшения объема добычи, увеличения себестоимости, снижения уровня промышленной безопасности.

Высокий уровень надежности СЭС и их элементоводин из решающих факторов, обеспечивающих эффективность использования горной техники в условиях повышенной концентрации, комплексной механизации и автоматизации открытых горных работ. Развитие горнодобывающей техники разрезов на основе повышения мощности и производительности машин еще более усиливает значение вопросов их надежности и улучшения использования во времени. В настоящее время, по некоторым оценкам, коэффициент использования календарного времени экскаваторов на разрезах Кузбасса составляет.

0,57−0,68, а буровых станков — 0,34−0,81. Такие относительно низкие показатели объясняются, главным образом, большим числом и длительностью простоев, основная часть которых связана с необходимостью выполнения различных аварийных ремонтов. Около 10% простоев экскаваторного парка обусловлено отсутствием напряжения, что в результате приводит к снижению годовой производительности только одного экскаватора на величину от 30 до 50 тыс. м горной массы.

Таким образом, низкая надежность распределительных сетей разрезов и их элементов снижает производительность горнодобывающего оборудования и уровень безопасности ведения горных работ, что подтверждает актуальность данной темы исследования.

Цель работы: установление зависимостей, определяющих надежность СЭС открытых горных работ, для выбора рациональных параметров, обеспечивающих повышение надежности СЭС.

Идея работы заключается в оценке надежности СЭС угольных разрезов и их элементов с помощью статистических моделей показателей, учитывающих их связь с воздействующими факторами.

Задачи исследований.

1. Установить факторы, определяющие надежность систем электроснабжения угольных разрезов и их элементов и дать их обобщенные характеристики.

2. На основе обработки статистической информации за длительный период времени установить количественные оценки степени влияния основных факторов горного производства на надежность СЭС угольных разрезов Кузбасса.

3. Провести статистический анализ надежности СЭС угольных разрезов и выявить зависимости, характеризующие связь надежности СЭС и их элементов с основными влияющими факторами.

4. Разработать математические модели надежности СЭС угольных разрезов.

5. На основе выполненных исследований разработать рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов на этапах проектирования и эксплуатации.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Зависимости в виде математических статистических моделей характеризуют степень влияния технико-эксплуатационных, конструктивных, погодно-климатических и прочих влияющих факторов на надежность систем электроснабжения разрезов и их элементов.

2. Зависимости в виде математических статистических моделей отражают количественные соотношения между числом отказов СЭС и основными влияющими факторами, что позволяет использовать их при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, при прогнозировании надежности СЭС и планировании графиков технического обслуживания и планово-предупредительного ремонта.

3. Разработанные многофакторные математические модели надежности СЭС угольных разрезов учитывают влияние совокупности различных факторов.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Впервые установлены вероятностные проявления факторов, оказывающих влияние на надежность СЭС разрезов, и получены законы их распределения.

2. Установлены статистические связи между показателями надежности воздушных линий электропередачи (BJI) и их основными характеристиками, отличающиеся тем, что в них учитывается влияние технико-эксплуатационных, конструктивных, погодно-климатических и прочих влияющих факторов на повреждаемость линий электропередачи в зависимости от значений коэффициента автономности.

3. Установлены зависимости в виде математических статистических моделей, отражающие количественные соотношения между числом отказов СЭС и их элементов и основными влияющими факторами, отличающиеся тем, что к учету приняты все виды перерывов питания.

4. Разработаны многофакторные математические модели надежности СЭС угольных разрезов Кузбасса с использованием статистического моделирования, отличающиеся тем, что они основываются на данных, полученных за длительный период времени, что повышает точность моделирования и расширяет диапазон рассматриваемых факторов.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается применением апробированных научных методов на основе математической статистики, теории вероятностей и математического анализа для обработки информации, осуществляемой на персональном компьютере (ПК) с использованием программного обеспечения Microsoft Excel и Statisticaпредставительным объемом наблюдений в течение трех лет на четырех угольных разрезах ОАО «УК «Кузбассразрезуголь», позволившим получить результаты исследований с достаточной степенью точности (погрешность не превышает 10%) — учетом взаимосвязи факторов, определяющих надежность СЭС и их элементовадекватностью полученных математических моделей, которая подтверждается расчетными значениями критериев Фишера, значительно превышающими табличные значения.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты могут быть использованы:

— при разработке прогнозных моделей отказов СЭС;

— при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки линийдля оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭСдля расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов;

— для рациональной организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования стационарных подстанций и распределительных сетей разрезов.

Реализация результатов работы.

На основе приведенных в диссертационной работе результатов исследования разработаны рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов, которые приняты к практическому использованию в филиале ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Кедровский угольный разрез».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на VII Международной научно-практической конференции «Безопасность жизнедеятельности предприятий в промышленно развитых регионах» (г. Кемерово, 2007 г.) — I Всероссийской научно-технической конференции «Современные пути развития машиностроения и автотранспорта Кузбасса» (г. Кемерово, 2007 г.) — X Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности» (г. Кемерово, 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы из 82 наименований и приложений. Основной текст изложен на 199 машинописных страницах и содержит 24 рисунка и 44 таблицы.

Выводы.

1. В результате анализа парной регрессии выявлена степень влияния отдельных факторов на надежность карьерных.

BJI 6 кВ, а именно: длины передвижной части BJI (г=0,426), угла встречи передвижной части BJI с преобладающим ветром (г=0,374), количества передвижных угловых опор (г=0,466), количества отпаек (г=0,479), количества экскаваторов, присоединенных к одному фидеру (г=0,481) и общего количества потребителей на одном фидере (г=0,442).

2. Установлено, что параметры стационарных BJI не оказывают существенного влияния на аварийность (коэффициенты корреляции для длин стационарных BJI, количества стационарных угловых опор, угла встречи BJI с преобладающим ветром по фидеру в целом и по стационарным BJI, нагрузки, сечения провода BJT и срока службы стационарных, забойных и распределительных BJT оказались незначимы), а среди отказов BJT в целом определяющую роль играют отказы их передвижных частей.

3. Разработаны многофакторные регрессионные модели надежности BJI угольных разрезов Кузбасса в зависимости от различного сочетания факторов горного производства с учетом значений коэффициента автономности. Установлено, что самое высокое значение R =0,53 имеет вторая модель, где в качестве изменяемого фактора используется число экскаваторов. Это означает, что в 53% случаев аварийность BJI можно объяснить с помощью указанной модели. Для первой модели изменяемый фактор — количество отпаек) R =0,41, для третьей статистической модели (изменяемый фактор — число потребителей) R =0,34.

4. Полученные математические статистические модели, могут быть использованы при проектировании систем электроснабжения, выборе трассировки BJI, планировании графиков ТО и ППР, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, при прогнозировании надежности BJI и для расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором исследований дано решение актуальной задачи, имеющей важное теоретическое и практическое значение для повышения надежности СЭС на угольных разрезах Кузбасса.

Основные научные и практические результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Выявлены факторы, определяющие надежность СЭС угольных разрезов Кузбасса: количество высоковольтных потребителей, присоединенных к одному фидеру, протяженность ВЛ, количество отпаек на фидере, число экскаваторов на одном фидере, суммарная нагрузка фидера, количество угловых опор, сечение участка провода, срок службы фидера, длины стационарных и передвижных ВЛ, угол встречи с преобладающими ветрами, погодно-климатические факторы (скорость ветра и т. д.) и получены частоты их распределения.

2. На основании полученных регрессионных зависимостей установлена степень влияния факторов на надежность распределительных сетей разрезов, а именно: длины передвижной части ВЛ (г = 0,426), угла встречи передвижной части ВЛ с преобладающим ветром (г = 0,374), количества передвижных угловых опор (г = 0,466), количества отпаек (г = 0,479), количества экскаваторов (г = 0,481) и числа потребителей (г = 0,442).

3. Разработаны многофакторные регрессионные модели надежности воздушных линий электропередачи угольных разрезов Кузбасса в зависимости от различного сочетания конструктивных и технико-эксплуатационных факторов с учетом значений коэффициента автономности. Установлено, что самое высокое значение R = 0,53 имеет вторая модель, где в качестве изменяемого фактора используется число экскаваторов, присоединенных к одному питающему фидеру. Для пер" 2 вой модели (изменяемый фактор — количество отпаек) R =.

0,41, для третьей статистической модели (изменяемый фактор 2.

— число потребителей) R = 0,34.

4. Установлено, что показатели надежности фидера, выраженные через время безотказной работы, имеют средние значения от 270 до 500 часов и экспоненциальный закон распределения.

5. Установлено, что наименее надежными элементами распределительных сетей угольных разрезов являются высоковольтные экскаваторные кабели и воздушные линии электропередачи. Наработка на отказ этих элементов подчиняется экспоненциальному закону распределения и равна, соответственно, 4491 и 2053 часа.

6. Для учета влияния эксплуатационных факторов на характер функционирования элементов систем электроснабжения разрезов предложен коэффициент автономности Ка и определены его статистические связи с основными параметрами воздушных линий. В зависимости от значения Ка BJI разделены на две группы: забойные линии электропередачи (3BJI) и распределительные (РВJI), имеющие различные показатели надежности. Параметры показателей надежности, выраженные через время безотказной работы 3BJI и PBJI, составляют 2303 и 2755 часа соответственно, и отличаются тем, что к учету приняты все виды перерывов питания.

7. Зависимости в виде математических статистических моделей могут быть использованы при разработке прогнозных моделей отказов СЭС, при проектировании систем электроснабжения, выборе схем трассировки воздушных линий, для оптимизации структуры и улучшения режимов работы СЭС, для расчета экономического ущерба от ненадежности СЭС и их элементов, для рациональной организации технического обслуживания и ремонта электрооборудования стационарных подстанций и распределительных сетей разрезов.

8. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по повышению надежности систем электроснабжения угольных разрезов, принятые к практическому использованию в филиале ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» «Кедров-ский угольный разрез».