Повышение эффективности геологоразведочных работ на основе совершенствования электроснабжения в современный условиях :

Краткое описание

ОГЛАВЛЕНИЕ

¦ Введение

•

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ И ПРИНЦИПЫ ОБОСНОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА В СОВРЕМЕННЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

§ 1. Системы электроснабжения объектов геологоразведочных

работ

1.1. Классификация систем электроснабжения на геологоразведочных работах.

1.2. Типовые варианты электроснабжения технологических потребителей при проведении геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые

§ 2. Основы технико-экономических расчетов исходя из современных экономических условий

2.1. Теоретические основы экономических

расчетов

2.2. Структура затрат по базовым вариантам систем электроснабжения технологических потребителей.

2.2.1. Электроснабжение от индивидуальных передвижных дизельных электростанций без трансформации энергии.

2.2.2. Электроснабжение от полустационарной дизельной электростанции при групповом присоединение к ней буровых установок без трансформации электроэнергии, в пределах радиуса допустимых потерь напряжения.

14

14

23

31

31

38

38

40

2.2.3. Централизованное электроснабжение от районной линии

электропередач.

42

2.2.4. Электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией электроэнергии.

45

§ 3. Оценка значимости переменных величин входящих в формулы затрат по базовым вариантов электроснабжения

47

3.1. Методика оценки значимости переменных величин, входящих в формулы затрат по базовым вариантам электроснабжения

48

3.2. Оценка значимости переменных величин, входящих в формулы затрат по базовым вариантам электроснабжения и получение расчетных зависимостей для выбора оптимального варианта.

49

§ 4. Методические рекомендации для оперативного инженерно-технического расчета при выборе оптимального варианта электроснабжения по минимуму затрат

51

Выводы по Главе 1

52

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ ПРОВОДОВ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1000 ВОЛЬТ И РЕКОМЕНДУЕМОГО ПОРЯДКА ИХ РАСЧЕТА

§ 1. Получение расчетной зависимости позволяющей определить затраты на строительство, эксплуатацию и демонтаж распределительных линий напряжением ниже 1000 В

53

§ 2. Получение расчетной зависимости для определения экономически целесообразного сечения проводов линий электропередач напряжением ниже 1000 В

63

2.1. Основные методы расчета сечения проводов

63

2.2. Получение расчетной зависимости для определения экономически целесообразного сечения проводов в современных экономических условиях

§ 3. Расчет предельного расстояния передачи электроэнергии на генераторном напряжении для наиболее часто используемых при проведении геологоразведочных работ буровых установок

§ 4. Рекомендуемый порядок расчета сечения проводов распределительных линий электропередач напряжением ниже 1000 В применительно к буровым работам

Выводы по Главе 2

71

74

77

79

ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОСРЕДСТВОМ ОПТИМИЗАЦИИ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

§ 1. Исследование уровней потерь напряжения и их регулирование в линиях электропередач при ведении геологоразведочных работ

1.1. Электроснабжение потребителей непосредственно от электростанции на месте работ без трансформации напряжения

1.2. Электроснабжение от районной линии электропередач

1.3. Электроснабжение от центральной дизельной электростанции с трансформацией напряжения

§ 2. Обоснование предельных расстояний размещения приемников от энергоисточника по условиям обеспечения необходимого уровня напряжения

§ 3. Методика расчета напряжения источника электроэнергии для группы энергопотребителей при различных схемах их у* подключения

4

80

83

85

86

91

98

3.1. Расчет напряжения на шинах энергоисточника при магистральном подключении потребителей

98

3.2. Расчет напряжения на шинах энергоисточника при радиальном подключении потребителей

102

3.3. Расчет напряжения на шинах энергоисточника для группы одинаковых по своим энергетическим характеристикам потребителей

104

Выводы по Главе 3

105

ГЛАВА 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК И ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

§ 1. Обоснование применения систем энергоснабжения с индивидульным и групповым присоединением потребителей к энергоисточникам 106

§ 2. Анализ затрат и рекомендации по возможному переходу с напряжения 6 кВ на 10 кВ в эксплуатируемых и проектируемых линиях электропередач по

§ 3. Анализ затрат и рекомендации по возможному переходу с напряжения 380 В на 660 В в эксплуатируемых и проектируемых распределительных линиях электропередач 115

Выводы по Главе 4 119

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 120

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121

ЛИТЕРАТУРА 125

ПРИЛОЖЕНИЯ 132
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Современные условия развития экономики предопределяют новый подход к вопросам оценки эффективности геологоразведочных работ, одним из главных составляющих которой являются используемые системы энергообеспечения.

Большинство предприятий народного хозяйства имеет централизованное электроснабжение от государственной сети, поэтому вопросы обоснования оптимального варианта сводятся главным образом к правильному выбору составляющих его элементов и их соотношениям при известной уже системе электроснабжения. На геологоразведочных работах цель технико-экономических расчетов электроснабжения — в первую очередь выбор самой системы, то есть экономически целесообразного варианта, отвечающего техническим требованиям и ограничениям по безопасности, что является немаловажным условием, так как процент износа парка мобильного электрооборудования подходит к критическому рубежу, средств на его модернизацию нет, а мелкие и крупные аварии, связанные с выходом из строя и неисправностью энергосистемы — это в наше время норма.

Вопросы детального обоснования отдельных элементов (площадь сечения проводов, месторасположение и число подстанций и др.) в условиях передвижного характера работ и небольших нагрузок не играют первостепенной роли и принимаются на основе технических расчетов и текущих требований [11-13, 16, 22, 23, 31, 35, 38, 40,45, 63, 72-74, 77, 78].

Экономически обоснованный выбор варианта системы электроснабжения геологоразведочных работ в каждом конкретном случае всегда являлось важной задачей, а сегодня в условиях разрыва производственных связей, дефицита энергоресурсов, резкого роста цен на энергоносители, актуальность ее многократно возрастает.

Решение этой проблемы должно базироваться в первую очередь на учете

особенностей энергообеспечения геологоразведочных работ, как общих, отраслевых, так и связанных с переходом нашего государства от ¦ социалистической (плановой) модели экономики к рыночным отношениям.

Общие особенности электроснабжения геологоразведочных работ характеризуются удаленностью объектов от государственной энергосистемы, разнообразием горно-геологических и технико-экономических условий, территориальной рассредоточенностью потребителей, сложными транспортными и климатическими условиями, резкими изменениями масштабов потребления энергии в связи со стадийностью и сезонностью работ [18,40,43,47,56].

Все эти особенности предопределяют:

- большое разнообразие возможных вариантов электроснабжения, ~ сильно различающихся по своим затратам;

- необходимость в производстве энергии на местах;

- потребность в переходе от одной системы электроснабжения, к другой в зависимости от масштабов и стадийности проводимых работ.

С переходом на рыночные отношения появились характерные для них особенности, существенно осложняющие и без того непростые вопросы электроснабжения предприятий отрасли. Нарушились во многом элементы связей с «Единой энергетической системой», как гарантом централизованного энергоснабжения. Отмена системы планового финансирования отрасли, не дающей конкретного непосредственного дохода, исключила централизованное финансирование энергетики не только самих работ, но и связанной с ними инфраструктуры объектов. Резко возросли в цене энергоносители, и повысился их дефицит. Становление рыночных отношений обусловило новый подход к производству геологоразведочных работ в целом.

Финансируемые ранее из госбюджета геологоразведочные экспедиции

преобразовались, где это возможно, в унитарные горно-геологические

* предприятия, переходящие на самоокупаемость. В связи с этим одна из главных

статей расходов - расходы на электроснабжение (около 30 % от общих расходов), должна обеспечиваться, практически, самостоятельно без внешней централизованной поддержки. А это означает, что меняется сама концепция подхода к вопросам электроснабжение.

Так, если при плановом ведении хозяйства система централизованного энергообеспечения от районной энергосистемы была наиболее предпочтительной, удобной, позволяющей решать, не считаясь особенно с затратами, вопросы электро- и теплоснабжения, то сейчас, когда за все платит само предприятие, на первое место выступают вопросы эффективности энергоснабжения и обеспечивающих его систем.

Главным моментом сегодня является изыскание путей наиболее эффективного использования энергоресурсов посредством применения экономически обоснованных технических решений. А это означает, в первую очередь, правильный выбор системы энергообеспечения и своевременный переход, при необходимости, к другой, более экономичной, применительно к изменяющимся условиям разведки [40, 43].

Поэтому, проведение исследований с позиции комплексного подхода к вопросам оптимизации энергообеспечения геологоразведочных работ и рационального использования имеющихся ресурсов, является актуальной задачей, решению которой посвящены исследования, выполненные автором в рамках данной диссертации.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности проведения геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые за счет обоснованного выбора оптимального варианта электроснабжения на основе совершенствования методики технико-экономического сравнения возможных вариантов и рационального обоснования элементов системы энергообеспечения.

Совершенствование методики технико-экономического сравнения вариантов электроснабжения геологоразведочных работ - это важная задача

решение которой даст возможность не только быстро и точно выбирать необходимый вариант энергоснабжения, эффективно использовать энергоресурсы, путем применения экономически обоснованных технических мероприятий, целесообразных с экологической и социальной точек зрения, но и своевременно в процессе работ перейти при необходимости на другой, более рациональный в увязке с методикой разведки и разработки месторождения. Для решения этой задачи нужно произвести анализ влияния каждого из параметров на конечный результат затрат, оценив их значимость и упростив расчетные зависимости, разработать метод инженерного расчета для обоснования оптимального варианта электроснабжения по минимуму затрат в конкретных условиях.

Вторая важная технико-эконимическая задача, требующая своего решения, обосновывается особенностью геологоразведочных работ, связанной с территориальной рассредоточенностью объектов и необходимостью иметь большое количество распределительных линий, а, следовательно, и большими затратами на их содержание и значительным расходом проводов. Поэтому в условиях дефицита алюминия расчет и выбор правильного сечения проводов приобретает приоритетное значение. В условиях больших расстояний передачи относительно невысоких нагрузок, что характерно для геологоразведочных работ, основной расчет, проводимый по нагреву, является непригодным, ибо дает крайне заниженные значения сечений, не удовлетворяющие по потерям напряжения. Главным методом расчета должен быть расчет по экономическим критериям на основе современных технико-экономических подходов, с проверкой результата на потери напряжения. Разработка этого метода и ставиться в качестве второй задачи исследований.

Удаленность технологических потребителей на значительные расстояния друг от друга предопределяет зачастую необходимость использовать в распределительных сетях напряжение выше тысячи вольт, что связано с необходимостью иметь большой парк передвижных

трансформаторных подстанций, а если нет поблизости государственных энергосетей, то передвижных дизельной электростанции (ДЭС). С целью централизации и сокращения числа энергоисточников важным вопросом является снижение уровня потерь напряжение в распределительных линиях, а отсюда и возможность использовать эти линии на генераторном напряжении на большие расстояния. Исследования в этом направлении является третьей важной задачей поставленной в данной работе.

Указанные задачи решались путем анализа экспериментальных и теоретических работ, проводимых в этой области, теоретических исследований с использованием современного экономического аппарата и методов математической статистики с последующей обработкой результатов исследований на ЭВМ с применением стандартных пакетов программ Excel, MathCAD [25].

Научная новизна выполненной работы:

1. Разработаны технико-экономические модели базовых систем электроснабжения геологоразведочных работ. В результате многофакторного анализа, отражающего влияние составляющих параметров, входящих в эти модели, получены расчетные зависимости, положенные в основу оптимизации энергообеспечения объектов отрасли в современных условиях;

2. Разработаны основы технико-экономического анализа и выбора оптимального варианта электроснабжения применительно к любым условиям и стадийности ведения геологоразведочных работ;

3. Получены зависимости сечения проводов распределительных линий электропередач от технико-экономических параметров системы электроснабжения геологоразведочных работ, позволившие разработать новый критерий оптимизации ее элементов;

4. Установлена зависимость уровня допустимых потерь напряжения от параметров системы электроснабжения, позволяющая увеличить расстояние передачи электроэнергии на генераторном напряжении без использования

10

трансформации.

Практическая значимость:

1. Разработана методика инженерного расчета обоснования оптимального варианта электроснабжения для любых условий и стадийности ведения геологоразведочных работ, исходя из современных требований экономики;

2. На основе полученных расчетных зависимостей предложен метод технико-экономического расчета сечений проводов распределительных линий, обеспечивающий экономию проводникового материала;

3. Рекомендована методика регулирования напряжения в распределительных сетях потребителей геологоразведочных, работ обеспечивающая расширение области применения систем электроснабжения на генераторном напряжении;

4. Даны методические разработки для использования полученных данных в учебном процессе.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждались на заседаниях энергетической комиссии РАЕН, проводимых в рамках научных конференций «Новые идеи в науках о Земле» (г.Москва, МГГА - МГГРУ, апрель, 2001 - 2005г.г.) с участием профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московского государственного геологоразведочного университета и Санкт-Петербургского горного университета, Академии Народного хозяйства при Правительстве Российской Федерации, представителей Министерства Природных ресурсов Российской Федерации, компании «Татнефть», РКК «Энергия».

Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть печатных работ, в которых раскрываются основные теоретические положения, практические рекомендации и результаты проведенных исследований.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста,

11

списка литературы из 83 наименований, содержит 15 рисунков, 12 таблиц и 3 приложения.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, методы исследований, показана научная новизна.

В первой главе выполнен анализ систем энергообеспечения объектов геологоразведочных работ и разработаны основные теоретические методы, положенные в основу инженерного расчета выбора оптимального варианта электроснабжения в современных экономических условиях на разных этапах их проведения.

Во второй главе дано обоснование оптимального сечения проводов распределительных линий электропередач при проведении геологоразведочных работ различных стадий и рекомендуемый принцип их расчета, обеспечивающий оптимальный расход проводникового материала при выполнении необходимых технических требований.

В третьей главе проведены исследования по оптимизации уровней напряжения при проведении геологоразведочных работ, регулированию напряжения у источника тока и потребителей, обоснованы рациональные области применения вольтодобавочных трансформаторов.

В четвертой главе произведено технико-экономическое обоснование практического использования полученных теоретических разработок по повышению эффективности электроснабжения геологоразведочных работ.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами, их практическое использование и ценность.

Диссертация является результатом производственных и научно-исследовательских работ, выполненных на кафедре Энергетики Московского государственного геологоразведочного университета в соответствии с планом НИР Министерства образования Российской Федерации номер

12

государственной регистрации 01.2.00 3 09048.

Работа базируется на теоретических и практических исследованиях отечественных специалистов, а также разработках, выполненных лично автором.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю - доктору технических наук, профессору А.М.Лимитовскому за ориентацию, научное руководство и постоянную поддержку при выполнении настоящей диссертационной работы.

Автор благодарит коллектив кафедры Энергетики и лично кандидата технических наук М.В.Меркулова за ценную помощь и советы, оказанные на разных этапах работы.

Научной основой для формулирования целей и задач являются работы в области повышения эффективности геологоразведочных работ, связанные с вопросами оптимизации и совершенствования их электроснабжения, снижением затрат энергии при проведении буровых работ на твердые полезные ископаемые, экономии топливно-энергетических ресурсов, таких авторов, как А.М.Лимитовского, Е.А.Козловского, Б.М.Ребрика, В.В.Алексеева, М.В.Меркулова, А.П.Жернакова, В.А.Пряхина, Ю.В.Тихонова, А.А.Гланца и

ДР-

13

ГЛАВА 1.

АНАЛИЗ СИСТЕМ ЭЛЕКТРООСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ И ПРИНЦИПЫ ОБОСНОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА В СОВРЕМЕННЫХ

ЭКОНОМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

§ 1. Системы электроснабжения объектов геологоразведочных работ.

1.1. Классификация систем электроснабжения на

геологоразведочных работах.

Система электроснабжения представляет собой совокупность устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии. Основные элементы системы электроснабжения — электростанции, линии электропередач, трансформаторные подстанции, распределительные пункты [11-13, 16, 22, 23, 31, 35, 38, 40, 45, 63, 72-74, 77, 78].

Характерные особенности электроснабжения геологоразведочных работ — частая удаленность потребителей электроэнергии от центральных энергетических систем, размещение их на значительных площадях, постоянная передислокация основных электроприемников, эксплуатация оборудования в тяжелых климатических условиях на открытом воздухе, частые значительные механические воздействия и т.д. Все это создает существенные осложнения в организации электроснабжения геологоразведочных экспедиций, потребители, электроэнергии которых подразделяются на три категории приемников (согласно Правилам устройства электроустановок) [66].

К электроприемникам первой категории относятся такие, у которых перерыв в подаче электроэнергии может повлечь за собой опасность для жизни

14

людей. Такими потребителями являются водоотливные, подъемные установки геологоразведочных шахт, котельные в суровых климатических условиях. Эти потребители должны иметь резерв питания, а перерыв в подаче энергии допустим только на время автоматического включения резерва.

К электроприемникам второй категории относятся те, перерыв в электроснабжении которых приводит к массовому недовыпуску продукции, простоям основного технологического оборудования. Большинство электроприемников геологоразведочных партий относятся к потребителям второй категории (буровые станки, горнопроходческое оборудование). Перерыв в электроснабжении их допускается на время включения резерва или восстановления поврежденного узла. Разрешается питание потребителей второй категории по одной воздушной линии электропередач.

Вспомогательные цехи, производственные и бытовые здания относятся к потребителям третьей категории. Для нагрузок третьей категории допустим перерыв в питании электроэнергией на время, необходимое для ремонта линии электропередач, но не превышающее 24 часа.

Поскольку электроустановки геологоразведочных работ включают в себя электроприемники главным образом второй, а в отдельных случаях и первой категории, то к системам электроснабжения их предъявляются, несмотря на отмеченные ранее особенности, ужесточенные требования в отношении надежности работы и безопасности всех элементов, экономичности, а также хорошего качества электроэнергии.

Показателями качества электрической энергии у приемников являются отклонения напряжения и частоты, колебания напряжения и частоты, несинусоидальность формы кривой напряжения, смещение нейтрали и несимметрия напряжений ГОСТ 13109-97.

В частности, при снижении напряжения уменьшаются моменты электродвигателей, возрастает ток, поступающий к ним из сети, увеличивается нагрев обмоток, уменьшается световой поток ламп. Превышение номинального

15

напряжения приводит к возрастанию потерь, ухудшению cos (p, сокращению срока службы оборудования.

При снижении частоты ниже 50 Гц уменьшается частота вращения двигателей, возрастает ток и увеличивается нагрев машин. Для ограничения отклонения напряжения используют такие мероприятия, как переключение отпаек у силовых трансформаторов, использование компенсаторов реактивной мощности, регулирование уровня потребляемой мощности. Переключение отпаек у трансформатора вызывает изменение коэффициента трансформации, чем можно поддерживать необходимый уровень напряжения у потребителя. Применение компенсаторов реактивной мощности (конденсаторных батарей, электромагнитных компенсаторов в режиме повышенного возбуждения) позволяет разгрузить линии и трансформаторы от реактивной мощности и уменьшить потери напряжения.

Отклонения частоты ниже допустимой нормы (± 0,1 Гц) отмечаются в тех случаях, когда мощность потребителей превышает мощность электростанции. Для поддержания нормальной частоты приходится прибегать к • отключению части потребителей (автоматической частотной разгрузке).

Электрической сетью называется совокупность подстанций и линий различных номинальных напряжений, предназначенных для передачи и распределения электрической энергии потребителям. Электрические сети могут быть подразделены по ряду признаков: конструктивному исполнению, роду тока, величине номинального напряжения, назначению, схемам выполнения и способам прокладки [11-13, 16, 22, 23, 31, 40, 63, 72-74, 77, 78].

По конструктивному исполнению: с воздушными кабельными линиями, проводками.

По роду тока различают сети переменного и постоянного тока. На геологоразведочных работах используются только сети трехфазного переменного тока.

16

По номинальному напряжению различают сети до 1000 В (220, 380 В) и сети напряжением выше 1000 В (главным образом 6, 10 и 35 кВ).

По назначению сети подразделяют на магистральные и распределительные. Магистральные сети предназначены для подвода электроэнергии от районных электрических сетей к геологоразведочным объектам. Обычно они выполняются на напряжение 6, 10 и 35 кВ; более высокие уровни напряжения в практике геологоразведочных работ встречаются редко. Распределительные сети, предназначенные для распределения электроэнергии между потребителями объекта, выполняют напряжением ниже 1000 5.

По схеме выполнения сети делят на разомкнутые и замкнутые. На геологоразведочных работах применяют в основном разомкнутые радиальные сети с односторонним питанием.

По способу прокладки сети можно разделить на наружные, выполненные воздушными и реже кабельными линиями, и внутренние, прокладываемые посредством изолированных кабелей или проводок внутри производственных помещений или жилых зданий.

Сети электроснабжения геологоразведочных работ отличаются от сетей общепромышленного назначения тем, что срок их существования относительно ограничен, для них характерна большая разветвленность, а передаваемые нагрузки невысоки. Стоимость передачи 1 кВт'Ч электроэнергии по таким сетям значительно выше, чем по промышленным сетям с большой сосредоточенной нагрузкой.

При детальной разведке месторождений на сооружение электрических линий расходуется много проводов, опор, кабелей при высоких затратах труда на монтажные работы. Расчеты показывают, что на долю сооружений линий геологоразведочных объектов приходится до 70% затрат общего баланса на электроснабжение (с учетом сооружения подстанций и установок потребителей) [40, 42]. Однако, несмотря на эти особенности, сети

17

Список литературы