Výber transformátorov pre ťažobné projekty: kľúčové aspekty pre miesta mimo siete a miesta pripojené k sieti

Spoľahlivosť dodávky elektrickej energie do ťažobného závodu priamo ovplyvňuje bezpečnosť výroby a prevádzkovú účinnosť. Ako základné zariadenie pre prevod elektrickej energie určuje výber transformátora, či môže celý systém dodávky energie pre ťažbu fungovať stabilne. Off-grid ťažobné závody a grid-connected ťažobné závody sa však zásadne líšia štruktúrou zdroja energie a režimom prevádzky, preto sa tiež líšia aj kritériá pre výber transformátora. Tento článok popisuje kľúčové aspekty výberu transformátora pre obidva prípady.

Off-grid ťažobný závod je úplne závislý od vlastných zdrojov energie (dieselové generátory, fotovoltaické elektrárne, systémy akumulácie energie atď.) a nie je pripojený k vonkajšej elektrickej sieti. Tento systém musí vyvažovať výrobu a spotrebu energie v reálnom čase samostatne. To znamená, že kolísania v dodávke energie (napr. nespojitosť výroby v fotovoltaických elektrárňach) musia byť kompenzované systémami akumulácie energie a záložnými generátormi, čo kladie vyššie požiadavky na nepretržitosť dodávky energie.

Sieťovo pripojená ťažobná lokalita je prepojená s vonkajšou sieťou, ktorá slúži ako hlavný alebo záložný zdroj energie a poskytuje stabilnú napäťovú a frekvenčnú podporu. Ťažobná lokalita môže od siete nakupovať elektrickú energiu a v prípade vhodných podmienok čiastočne pokrývať svoju spotrebu prostredníctvom obnoviteľných zdrojov energie. Tento systém je relatívne menej komplikovaný.

Voľba transformátora pre ťažobný projekt závisí predovšetkým od úrovne bezpečnosti inštalačného miesta.

Transformátory namočené do oleja používajú izolačný olej ako chladiacu a izolačnú látku. Majú vysokú schopnosť preťaženia a dobré odvádzanie tepla, čo ich robí vhodnými pre povrchové rozvodné stanice, lomy a iné scenáre s nízkym rizikom a veľkým zaťažením. Ich počiatočná nákupná cena je nižšia, technológia je dobre osvedčená a ponúkajú dobrú hodnotu pri dodávke energie s vysokým výkonom. Avšak izolačný olej predstavuje riziko úniku a požiaru a jeho kvalita sa musí pravidelne testovať.

Suché transformátory používa epoxidové pryskovie odlievanie na izoláciu. Sú bezolejové, nehorľavé a požiarna odolnosť, čo ich robí vhodnými pre podzemné tunely a pracovné plochy s vysokou koncentráciou plynu alebo uzavreté priestory. Sú kompaktné, prachotesné a vlhkosťotesné, s jednoduchou bežnou údržbou. Nevýhodami sú vyššie nákupné náklady a relatívne obmedzená preťažovacia kapacita.

Krátko povedané: pre vysokorizikové podzemné oblasti zvoľte najprv suchý typ; pre povrchové a nízkorizikové scenáre sa môže uprednostniť olejový typ.

Porovnanie aplikačných scénárov

1. Prispôsobivosť kolísaniu zdroja energie. Systémy mimo siete často využívajú hybridné usporiadanie „dieselová generácia + fotovoltické elektrárne (PV) + úložisko energie“. Kolísanie výstupu PV a štartovanie/zastavovanie dieselových generátorov spôsobujú zmeny napätia aj frekvencie. Transformátor potrebuje dobrú schopnosť regulácie napätia; pre zvládnutie častých zmien na strane zdroja energie môže byť potrebný model s reguláciou pod zaťažením.

2. Odolnosť voči vplyvu zaťaženia. Veľké zariadenia, ako sú drviče a guľové mlyny v banách, môžu pri štarte odberať prúd niekoľkokrát vyšší ako ich menovitý prúd. Systém mimo siete nemá silnú podporu zo siete, preto by mal mať transformátor dostatočnú rezervu pre preťaženie, aby sa zabránilo prudkému poklesu napätia v systéme pri štarte motorov. Výber výkonu by mal vychádzať z reálnej krivky zaťaženia s rozumnou rezervou.

3. Podmienky prepravy a inštalácie. Cesty k odľahlým ťažobným lokalitám sú často obmedzené, preto je potrebné zohľadniť rozmery a hmotnosť transformátorov, ako aj možnosť ich montáže na mieste. Ak vyžaduje olejový transformátor plnenie olejom na mieste, musia byť k dispozícii aj zariadenia na úpravu oleja a príslušné podmienky.

1. Zhoda impedancie pri skratovej situácii. Počas prevádzky pripojenej do siete musí byť impedancia pri skratovej situácii transformátora koordinovaná s kapacitou siete pri skratovej situácii. Príliš nízka impedancia vedie k nadmernému skratovému prúdu, čo zvyšuje zaťaženie prepínačov; príliš vysoká impedancia spôsobuje nadmernú reguláciu napätia. Overenie sa musí zakladať na očakávanom skratovom prúde poskytnutom sieťou.

2. Výber vektorovej skupiny. Ťažobné zaťaženia zahŕňajú vysoký podiel nelineárnych zariadení, ako sú frekvenčné meniče a mäkké štartéry, a harmonické prúdy môžu ovplyvniť prevádzku transformátorov. Vektorová skupina Dyn11 vykazuje lepšiu odolnosť voči harmonickým zložkám a lepšie potláča tretie harmonické zložky v porovnaní so skupinou Yyn0, čo ju robí bežnou voľbou pre distribučné transformátory v ťažobných podnikoch pripojených do siete.

3. Konfigurácia výkonu a rezerva na rozšírenie. Rast zaťaženia v ťažobných podnikoch pripojených do siete je zvyčajne relatívne stabilný. Výkon transformátora sa môže nastaviť na „skutočné zaťaženie × 1,1–1,2“, pričom rezerva na rozšírenie sa určuje na základe plánu životného cyklu ťažobného podniku. Nadmerný výkon nielen zvyšuje straty v chode bez zaťaženia, ale tiež zníži účiník.

Pre projekt ťažobného dole Nishbash v Uzbekistane sme dodali tri európskeho typu predmontované rozvodné stanice pre pripojenie k sieti s výkonom 3150 kVA a napätím 10/0,4 kV. Vysokonapäťové rozvádzače, nízkonapäťové rozvádzače a transformátory vo vnútri týchto rozvodných staníc boli všetky vyrobené nami. Pre tento projekt sme na základe vlastných charakteristík dole, ako aj iných faktorov, napríklad nadmorskej výšky, teploty a vlhkosti, navrhli najvhodnejšie zariadenia.

Zvláštny dôraz sme pri výbere transformátora kladli na požiadavky pripojenia k sieti. Nakoniec sme zvolili olejom chladený transformátor s vektorovou skupinou Dyn11 a krátkodobým impedančným percentom 5,5 %.

Q1. Musia byť pre ťažobné účely používané výhradne špeciálne ťažobné transformátory?

Pre podzemné priestory a priestory s rizikom výbuchu sa musia používať transformátory vyhovujúce ťažobným štandardom (všeobecného alebo nehorľavého typu). Pre povrchové rozvodné stanice a povrchové ťažobné priestory je možné používať štandardné priemyselné transformátory, avšak musia spĺňať požiadavky na stupeň ochrany a odolnosť voči korózii.

Q2. Môžu sa suché transformátory používať vo vonkajšom priestore?

Áno, ale je vyžadovaná ochranná skriňa, zvyčajne s ochranou IP54 alebo vyššou, na zvládnutie prachovitých a vlhkých podmienok.

Q3. Môže nezávislá ťažobná baňa použiť štandardný transformátor pre pripojenie k sieti?

Nie je odporúčané. Vlastnosti zdroja energie a vzory zaťaženia v nezávislých systémoch sa výrazne líšia od tých v sieťových systémoch. Štandardný sieťový transformátor nemusí zvládnuť časté kolísania napätia a nárazové špičkové prúdy pri štarte.

Základný rozdiel pri výbere transformátora pre nezávislé a sieťové banícke prevádzky spočíva v rôznych požiadavkách, ktoré vlastnosti zdroja energie kladú na transformátor . Scenáre mimo sieť vyžadujú transformátory s vyššou schopnosťou prispôsobiť sa napätiu a väčším preťažovacím rezervom, aby zvládli kolísanie napätia v samostatne postavených zdrojoch energie a vplyv zaťaženia. Pri scenároch pripojených do siete je dôležitejšie zhodenie impedancií, potláčanie harmonických zložiek a koordinácia so sieťovou ochranou. V oboch scenároch je úroveň bezpečnosti vždy prvou rozdeľovacou čiarou medzi olejom chladenými a suchými transformátormi – suché transformátory sa umiestňujú pod zemou, olejom chladené na povrchu. Toto pravidlo sa nezmení ani v prípade, keď ťažobná jamá pracuje mimo siete alebo je do siete pripojená.