Επιλογή Μετασχηματιστή για Εξορυκτικά Έργα: Βασικές Παράμετροι για Αυτόνομες και Δικτυακά Συνδεδεμένες Εγκαταστάσεις

Η αξιοπιστία της ηλεκτρικής παροχής μιας μεταλλείου επηρεάζει απευθείας την ασφάλεια της παραγωγής και τη λειτουργική απόδοση. Ως βασικός εξοπλισμός για τη μετατροπή ενέργειας, η επιλογή του μετασχηματιστή καθορίζει εάν ολόκληρο το σύστημα ηλεκτρικής παροχής του μεταλλείου μπορεί να λειτουργήσει σταθερά. Ωστόσο, τα αυτόνομα μεταλλεία και τα μεταλλεία συνδεδεμένα στο δίκτυο διαφέρουν ουσιαστικά ως προς τη δομή της πηγής ενέργειας και τον τρόπο λειτουργίας τους, γεγονός που σημαίνει ότι και η επικέντρωση της επιλογής του μετασχηματιστή διαφέρει ανάλογα. Αυτό το άρθρο περιγράφει τα κύρια σημεία που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή μετασχηματιστή για καθεμία από τις δύο περιπτώσεις.

Ένα αυτόνομο μεταλλείο βασίζεται πλήρως σε δικές του πηγές ενέργειας (π.χ. πετρελαιοκινητήρες, φωτοβολταϊκά συστήματα, συστήματα αποθήκευσης ενέργειας κ.λπ.) και δεν είναι συνδεδεμένο με εξωτερικό ηλεκτρικό δίκτυο. Το σύστημα πρέπει να εξισορροπεί σε πραγματικό χρόνο την παραγωγή και την κατανάλωση ενέργειας από μόνο του. Αυτό σημαίνει ότι οι διακυμάνσεις της πηγής ενέργειας (όπως η διαλειπόμενη φύση των φωτοβολταϊκών συστημάτων) πρέπει να απορροφώνται από τα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και τους εφεδρικούς γεννήτορες, επιβάλλοντας υψηλότερες απαιτήσεις όσον αφορά τη συνέχεια της παροχής.

Ένα ορυχείο συνδεδεμένο με το δίκτυο είναι συνδεδεμένο με ένα εξωτερικό ηλεκτρικό δίκτυο, το οποίο λειτουργεί ως κύρια ή εφεδρική πηγή ενέργειας και παρέχει σταθερή τάση και συχνότητα. Το ορυχείο μπορεί να αγοράζει ενέργεια από το δίκτυο και, όπου οι συνθήκες το επιτρέπουν, να καλύπτει εν μέρει τις ανάγκες του μέσω ανανεώσιμης παραγωγής. Το σύστημα είναι σχετικά λιγότερο περίπλοκο.

Η επιλογή μετασχηματιστή για μια εργασία εξόρυξης εξαρτάται πρώτα από το επίπεδο ασφάλειας του σημείου εγκατάστασης.

Μετατροπείς με λύπα χρησιμοποιούν μονωτικό λάδι ως μέσο ψύξης και μόνωσης. Διαθέτουν ισχυρή ικανότητα υπερφόρτωσης και καλή απόδοση στην απομάκρυνση θερμότητας, κάνοντάς τους κατάλληλους για υποσταθμούς επιφανείας, περιοχές ανοικτής εξόρυξης και άλλα σενάρια με χαμηλό κίνδυνο και μεγάλο φορτίο. Το κόστος αγοράς τους είναι χαμηλότερο, η τεχνολογία τους είναι ώριμη και προσφέρουν καλή αξία σε συνθήκες παροχής ισχύος υψηλής ισχύος. Ωστόσο, το μονωτικό λάδι ενέχει κινδύνους διαρροής και πυρκαγιάς, ενώ η ποιότητά του πρέπει να ελέγχεται τακτικά.

Ξηρούς μετατροπείς χρησιμοποιούν εποξειδική ρητίνη για μόνωση. Είναι ανεξάρτητα από λάδι, ανθεκτικά στην ανάφλεξη και στη φωτιά, καθιστώντας τα κατάλληλα για υπόγειους σήραγγες και εργασιακές επιφάνειες με υψηλές συγκεντρώσεις αερίου ή περιορισμένους χώρους. Είναι συμπαγή, ανθεκτικά στη σκόνη και στην υγρασία, με απλή τακτική συντήρηση. Τα μειονεκτήματά τους είναι υψηλότερο κόστος αγοράς και σχετικά περιορισμένη ικανότητα υπερφόρτωσης.

Με λίγα λόγια: επιλέξτε πρώτα ξηρού τύπου για υψηλού κινδύνου υπόγειες περιοχές· τα εμβυθιζόμενα σε λάδι μπορούν να προτιμηθούν για επιφανειακές και χαμηλού κινδύνου καταστάσεις.

Σύγκριση σεναρίων εφαρμογής

1. Προσαρμοστικότητα στις διακυμάνσεις της πηγής ενέργειας. Τα συστήματα εκτός δικτύου χρησιμοποιούν συχνά υβριδική διάταξη «δηζελοκινητήρας + φωτοβολταϊκά (PV) + αποθήκευση ενέργειας». Οι διακυμάνσεις της εξόδου PV και η ενεργοποίηση/απενεργοποίηση του δηζελοκινητήρα προκαλούν και οι δύο αλλαγές τάσης και συχνότητας. Ο μετασχηματιστής πρέπει να διαθέτει καλή ικανότητα ρύθμισης τάσης· ενδεχομένως να απαιτείται μοντέλο με ρυθμιστικό μετασχηματισμό υπό φορτίο για να αντιμετωπίσει τις συχνές αλλαγές στην πλευρά της πηγής ενέργειας.

2. Ικανότητα αντοχής στις επιπτώσεις του φορτίου. Μεγάλος εξοπλισμός, όπως θραυστήρες και σφαιρικές λειαντικές μηχανές, σε ορυχεία μπορεί να απορροφά εκκινητικά ρεύματα πολλαπλάσια της ονομαστικής τιμής. Ένα σύστημα εκτός δικτύου δεν διαθέτει την ισχυρή υποστήριξη ενός δικτύου, συνεπώς ο μετασχηματιστής πρέπει να έχει επαρκές περιθώριο υπερφόρτισης για να αποτρέψει απότομη πτώση της τάσης του συστήματος κατά την εκκίνηση των κινητήρων. Η επιλογή της ισχύος πρέπει να βασίζεται στην πραγματική καμπύλη φορτίου με λογικό περιθώριο ασφαλείας.

3. Συνθήκες μεταφοράς και εγκατάστασης. Οι οδοί προς απομακρυσμένες μεταλλευτικές τοποθεσίες είναι συχνά περιορισμένες, επομένως πρέπει να ληφθούν υπόψη οι διαστάσεις, το βάρος και η εφικτότητα συναρμολόγησης επιτόπου των μετασχηματιστών. Εάν ένας μετασχηματιστής εμβυθιζόμενος σε λάδι απαιτεί γέμισμα λαδιού επιτόπου, πρέπει επίσης να είναι διαθέσιμος εξοπλισμός και οι κατάλληλες συνθήκες για την επεξεργασία του λαδιού.

1. Ταίριασμα αντίστασης βραχυκυκλώματος. Κατά τη λειτουργία συνδεδεμένη στο δίκτυο, η αντίσταση βραχυκυκλώματος του μετασχηματιστή πρέπει να συντονίζεται με την ικανότητα βραχυκυκλώματος του δικτύου. Πολύ χαμηλή αντίσταση οδηγεί σε υπερβολικό ρεύμα βραχυκυκλώματος, αυξάνοντας το φορτίο στον ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό διακοπής· πολύ υψηλή αντίσταση προκαλεί υπερβολική ρύθμιση τάσης. Η επαλήθευση πρέπει να βασίζεται στο αναμενόμενο ρεύμα βραχυκυκλώματος που παρέχει το δίκτυο.

2. Επιλογή ομάδας διανυσμάτων. Οι μεταφορές εξόρυξης περιλαμβάνουν μεγάλο ποσοστό μη-γραμμικών συσκευών, όπως μετατροπείς συχνότητας και μαλακούς εκκινητές· οι αρμονικές ρεύματα μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία των μετασχηματιστών. Η διανυσματική ομάδα Dyn11 παρουσιάζει καλύτερη αντίσταση στις αρμονικές και αποτελεσματικότερη καταστολή των τρίτων αρμονικών σε σύγκριση με την Yyn0, γεγονός που την καθιστά συνηθισμένη επιλογή για μετασχηματιστές διανομής σε ορυχεία συνδεδεμένα στο δίκτυο.

3. Διαμόρφωση ισχύος και εφεδρεία για επέκταση. Η αύξηση του φορτίου σε ορυχεία συνδεδεμένα στο δίκτυο είναι συνήθως σχετικά σταθερή. Η ισχύς του μετασχηματιστή μπορεί να οριστεί ως «πραγματικό φορτίο × 1,1–1,2», με εφεδρεία για επέκταση που καθορίζεται βάσει του σχεδίου κύκλου ζωής του ορυχείου. Υπερβολική ισχύς δεν αυξάνει μόνο τις απώλειες χωρίς φορτίο, αλλά μειώνει επίσης το συντελεστή ισχύος.

Για το εργοστάσιο άνθρακα Nishbash στην Ουζμπεκιστάν, παρεχθήκαμε τρεις ευρωπαϊκού τύπου προκατασκευασμένες υποσταθμούς σύνδεσης στο δίκτυο με ισχύ 3150 kVA και τάση 10/0.4 kV. Τα υψηλής τάσης διακόπτες, τα χαμηλής τάσης διακόπτες και οι μετασχηματιστές εντός αυτών των υποσταθμών κατασκευάστηκαν όλα από εμάς. Για αυτό το έργο, προσαρμόσαμε τον πιο κατάλληλο εξοπλισμό βάσει των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών του ορυχείου, καθώς και άλλων παραγόντων όπως το υψόμετρο, η θερμοκρασία και η υγρασία.

Ειδικότερα, κατά την επιλογή του μετασχηματιστή, λάβαμε πλήρως υπόψη τις απαιτήσεις σύνδεσης στο δίκτυο. Επιλέξαμε τελικά έναν ελαιοπληρωμένο μετασχηματιστή με ομάδα διανυσμάτων Dyn11 και αντίσταση βραχυκυκλώματος 5,5%.

Το Κ1. Πρέπει οι μετασχηματιστές για ορυχεία να είναι ειδικοί για ορυχεία;

Για υπόγειες περιοχές και περιοχές με κίνδυνο έκρηξης, πρέπει να χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές που πληρούν τα πρότυπα ορυχείων (γενικού τύπου ή αντιεκρηκτικού τύπου). Οι επιφανειακοί υποσταθμοί και οι περιοχές ανοιχτού ορυχείου μπορούν να χρησιμοποιούν τυπικούς βιομηχανικούς μετασχηματιστές, αλλά πρέπει να πληρούν τις απαιτήσεις βαθμού προστασίας και αντιδιαβρωτικής προστασίας.

Q2. Μπορούν οι ξηρού τύπου μετασχηματιστές να χρησιμοποιηθούν σε εξωτερικούς χώρους;

Ναι, αλλά απαιτείται προστατευτικό περίβλημα, συνήθως με βαθμό προστασίας IP54 ή υψηλότερο, για να αντιμετωπίζει σκόνη και υγρές συνθήκες.

Τρίτο. Μπορεί μια αυτόνομη μεταλλεία να χρησιμοποιήσει ένα τυπικό μετασχηματιστή συνδεδεμένο στο δίκτυο;

Δεν συνιστάται. Οι χαρακτηριστικές της πηγής ενέργειας και τα μοτίβα επιρροής του φορτίου στα αυτόνομα συστήματα διαφέρουν σημαντικά από εκείνα των συστημάτων συνδεδεμένων στο δίκτυο. Ένας τυπικός μετασχηματιστής συνδεδεμένος στο δίκτυο ενδέχεται να μην αντέχει τις συχνές διακυμάνσεις τάσης και τις επιρροές των ρευμάτων εκκίνησης.

Η βασική διαφορά στην επιλογή μετασχηματιστή για αυτόνομες και για συνδεδεμένες στο δίκτυο μεταλλείες εντοπίζεται στο διαφορετικό είδος απαιτήσεων που επιβάλλουν οι χαρακτηριστικές της πηγής ενέργειας στον μετασχηματιστή . Οι καταστάσεις αυτόνομης λειτουργίας απαιτούν μετασχηματιστές με υψηλότερη προσαρμοστικότητα στην τάση και μεγαλύτερη περιθώριο υπερφόρτωσης, προκειμένου να αντιμετωπίσουν τις διακυμάνσεις από αυτοκατασκευασμένες πηγές ενέργειας και τις επιδράσεις των φορτίων. Στις καταστάσεις σύνδεσης στο δίκτυο, η έμφαση τίθεται κυρίως στην ταίριασμα αντίστασης, την καταστολή αρμονικών και τη συνεργασία με τα συστήματα προστασίας του δικτύου. Σε και τις δύο καταστάσεις, το επίπεδο ασφάλειας αποτελεί πάντα την πρώτη κρίσιμη διαχωριστική γραμμή μεταξύ μετασχηματιστών με λάδι και ξηρών μετασχηματιστών — οι ξηροί τοποθετούνται υπόγεια, ενώ οι με λάδι επιφανειακά. Αυτή η αρχή παραμένει αμετάβλητη, είτε η μεταλλεία λειτουργεί αυτόνομα είτε είναι συνδεδεμένη στο δίκτυο.