Динамика аварийных отключений в карьерных распределительных сетях напряжением 6-10 кВ железорудных предприятий

УДК 622.862.7.012.3 А.В. Пичуев

ДИНАМИКА АВАРИЙНЫХ ОТКЛЮЧЕНИЙ В КАРЬЕРНЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10 КВ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Семинар № 21

Для анализа аварийных отключений в карьерной распределительной сети (КРС) необходимо исследование динамики этих процессов и установление зависимостей, позволяющих осуществить качественную и количественную оценку уровня надежности и безопасности эксплуатации карьерных электроустановок.

Динамика аварийных отключений тесно взаимосвязана с динамикой работы электроустановок в КРС (периодическое перераспределение нагрузки по фидерам, изменение числа распределительных линий по мере роста присоединенной нагрузки и расширения карьера, изменение конфигурации сети по фронту работ и т.д.) в течение времени (сутки, месяц, квартал, год). Поэтому для анализа динамики целесообразно использовать результаты численного спектрального (гармонического) анализа на основе дискретного преобразования Фурье.

Анализ распределения аварийных отключений в КРС-6 кВ Железногорского карьера по месяцам года (табл. 1.) показал, что общее число срабатываний устройств релейной защиты распределилось следующим образом: 61,9 % -защита от замыканий на землю (ЗЗНЗ); 21,3 % - максимальная токовая защита (МТЗ); 7,5 % - защита от перегрузок (Пер.); 5,7 % - токовая отсечка (ТО); 1.2

% - сдвоенные срабатывания защит (ЗЗНЗ+МТЗ); 2,4 % - срабатывания прочих защит (дифференциальных, газовых, минимального напряжения и т. д.).

Распределение числа аварийных отключений в КРС-6 кВ Железногорского карьера по месяцам года

Анализ распределения аварийных отключений в КРС-10 кВ Железногорского карьера по месяцам года (табл. 2.) показал, что общее число срабатываний устройств релейной защиты распределилось следующим образом: 17,3 % -ЗЗНЗ; 40,9 % - МТЗ; 38 % - ТО; 1,9 % -защита от перегрузок; 0,8 % -

ЗЗНЗ+МТЗ; 1,1 % - срабатывания прочих защит.

В связи с этим правомерным представляется вывод о том, что наиболее частыми являются аварийные отключения, повлекшие за собой срабатывание защит от однофазных замыканий на землю, максимальной токовой защиты и токовой отсечки. Анализ динамики таких аварийных отключений позволяет определить характер их распределения.

Численный спектральный анализ заключается в нахождении коэффициентов периодической функции на заданном временном интервале дискретными отсчетами [1] . В нашем случае вид периодической функции, характеризующей динамику аварийных

Таблица 1

Распределение числа аварийных отключений в КРС-6 кВ Железногорского карьера по месяцам года

Месяц ЗЗНЗ МТЗ ТО Пер. ЗЗНЗ +МТЗ Проч. Итого

I 90 31 7 14 1 1 144

II 77 25 5 18 4 5 134

III 86 49 11 6 5 6 163

IV 103 20 10 7 - 6 146

V 73 40 10 10 2 2 137

VI 72 28 9 6 1 8 124

VII 78 34 11 12 2 3 140

VIII 52 22 3 3 - 3 83

IX 83 15 4 9 1 - 112

X 82 16 7 16 1 3 125

XI 85 25 5 7 1 - 123

XII 88 28 8 10 1 - 135

Итого 969 333 90 118 19 37 1566

Таблица 2

Распределение аварийные отключений в КРС-10 кВ Железногорского карьера по месяцам года

Месяц ЗЗНЗ МТЗ ТО Пер. ЗЗНЗ +МТЗ Проч. Итого

I - 10 19 - - - 29

II - 20 25 - - 2 47

III 14 43 33 - - 4 94

IV 15 43 33 2 - - 93

V 13 21 33 1 4 - 72

VI - 20 19 - - 2 41

VII 24 37 41 4 - - 106

VIII 3 31 25 - - - 59

IX - 23 44 - - - 67

X - 44 25 - - - 69

XI 13 54 41 1 - - 109

XII 98 80 58 12 4 3 255

Итого 180 426 396 20 8 11 1041

отключении за определенныи период времени, можно представить выражением

T

Not = а о+Z

i =1

где Nom количество аварийных отключений, произошедших за период времени

Т (сутки, год); к, - номер гармоники; t -последовательный временной интервал (час, сутки), определяемый для циклических функций по формуле

2п

t =-

T

Вид защиты Уравнение Г n ,n О

ЗЗНЗ Not = 80,75 + 9,17 cos t + 2,95 sin t --6,0cos2t - 2,89 sin 2t 0,7 8,4

МТЗ Not = 27,75 +1,52 cos t + 7,98 sin t + +2,67 cos2t -1,44 sin2t 0,65 7,12

ТО Not = 7,5 - 0,36 cost + 2,48 sin t --0,25 cos2t -1,3 sin2t 0,75 1,17

Пер. Not = 9,83 + 2,6 cos t - 0,58 sin t + +0,92 cos2t + 0,43 sin2t 0,46 3,78

Все защиты Not = 130,5 +12,7 cost +16,2 sin t --2,8 cos2t - 3,9 sin2t 0,78 11,86

здесь n - номер временного интервала в цикле; а0, ak, bk - коэффициенты спектральной функции определяемые по формулам

ZNot, 2 Z

= J=1___ • „ = i =1___________ •

a 0 t ’ ^ k t ’

2 Z

ы=-^—t----------------------------•

Параметрами, определяющими взаимосвязь численных последовательностей статистического и аналитического рядов, приняты коэффициент взаимной корреляции rNN и стандартное отклонение О , соответствующее среднеквадратичной погрешности (относительно аналитического ряда) [2].

Анализ зависимостей, представленных в табл. 3, показал, что в КРС-6 кВ максимальное количество аварийных отключений приходится на период с февраля по май и с сентября по декабрь. Наименьшее количество аварийных отключений приходится на период с июня

по сентябрь. Это в целом свидетельствует о сезонном характере распределения числа аварийных отключений в течение года. Вместе с тем, следует отметить, что динамика аварийных отключений, вызванных срабатыванием максимальной токовой защиты, токовой отсечки и защиты от перегрузки, указывает на существенное влияние технологических и эксплуатационных факторов.

Анализ зависимостей, представленных в табл. 4, показал, что в КРС-10 кВ максимальное количество аварийных отключений приходится на период с февраля по апрель и с сентября по декабрь. Наименьшее количество аварийных отключений приходится на февраль и на период с июля по август. Вместе с тем, следует отметить, что динамика аварийных отключений, вызванных срабатыванием максимальной токовой защиты и защиты от перегрузки, а также в целом для сетей данного класса напряжения может быть представлена в таком виде только в первом приближении. Об этом свидетельствуют низкие коэффициенты корреляции, явно выраженный

Вид защиты Уравнение Г N ,N C

МТЗ NOT = 35,3 + 7 cost -8 sin --5,8 cos2t -8,4 sin2t 0,56 15

ТО NOT = 33 +1,7 cost -4,7 sin t --1,7 cos2t - 3,5 sin2t 0,46 10,1

Все защиты NOT = 86,8 + 21,7 cos t -16,3 sin t + +0,5 cos2t - 30,3 sin2t 0,51 48,6

Таблица 5

Уравнения динамики аварийные отключений по времени суток

Сеть Уравнение динамики Г N ,N C

КРС-6 кВ NOT = 65,3 -14,1 cos t -19,7 sin t + +2,8 cos2t + 0,1 sin2t 0,87 9,48

КРС-10 кВ NOT = 43,4 -16,2 cost -4,4 sin t + +3,0 cos2t -0,3 sin2t 0,81 8,1

случайный характер распределения, высокая среднеквадратическая погрешность результатов статистического и аналитического моделирования. Как и для КРС-6 кВ, динамика аварийных отключений в результате срабатывания МТЗ, ТО и защиты от перегрузки в значительной степени определяется технологическими и эксплуатационными факторами. В связи с этим наиболее правильным было предположить, что в математическом анализе данных процессов целесообразно представлять их не спектральными периодическими, а

спектральными непериодическими (финитными) функциями, т.е. функциями, полностью определенными на заданном интервале времени [3].

Сравнительный анализ распределения числа аварийных отключений в сетях напряжением 6 кВ и 10 кВ показал, что в последних число срабатываний защит от однофазных замыканий на

землю ниже в 5,4 раза, защит от перегрузки в 6 раз, сдвоенные срабатывания ЗЗНЗ+МТЗ ниже в 2,5 раза. Это свидетельствует о том, что повышение класса напряжения КРС в целом благоприятно воздействует на устойчивость ее работы под нагрузкой.

В результате обработки статистических данных по распределению числа аварийных отключений по времени суток были получены уравнения динамики, приведенные в табл. 5. Анализ зависимостей показал, что наибольшее число отключений приходится на интервал времени 10.00-19 00 для КРС-6 кВ и интервал времени 10.00-17.00 для КРС-10 кВ. При этом общая тенденция снижения числа аварийных отключений в сетях характерна для интервала 20.00-8.00, т. е. приходится на вечернее и ночное время работы.

Анализ гармонических рядов (табл. 1 и табл. 2) в целом позволяет сделать вы-

вод о том, что динамика имеет сезонный характер, три этом наибольшее число аварийных отключений приходится на период с февраля по июнь и с сентября по декабрь. Это обусловлено ростом интенсивности ведения горных работ в указанный период времени, а также существенным влиянием климатических факторов (широкий диапазон колебаний температуры воздуха, атмосферное дав-

1. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Ма-ричев О.И. Интегралы и ряды. - М.: Наука, 1981.

2. Пугачев В.С. Теория вероятностей и математическая статистика. - М.: Наука, 1979.

ление, повышенная ветровая нагрузка и т.д.).

Полученные в результате математического анализа зависимости могут быть положены в основу для определения и последующего анализа интерполирующих функций для построения прогнозных моделей, а также определения основных показателей надежности работы электроустановок в карьерных распределительных сетях.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

3. Мацкевич И.П., Свирид Г.П. Высшая математика. Теория вероятностей и математическая статистика. - Минск: Высшая школа, 1993.

— Коротко об авторах -------------------------------------

Пичуев А.В. — Московский государственный горный университет.

Ф

ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ПО БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВостНИИ

АКСЕНОВ Геннадий Иванович Разработка технологических схем проветривания при камерной системе отработки крутопадающих пластов Про-копьвско-Киселев-ского месторождения 05.26.03 25.00.22 к. т. н.