Май - Июнь 2012 г.

Создание энергосберегающих низковольтных комплектных устройств на базе системы тиристорный преобразователь-двигатель для серии электрических экскаваторов

Открытое акционерное общество «Рудоавтоматика» представляет разработку низковольтных комплектных устройств (НКУ) типа КЭР для серии отечественных электрических карьерных экскаваторов: ЭКГ-5 («УЗТМ»), ЭКГ-10, ЭКГ-12К, ЭКГ-15, ЭКГ-18Р, ЭКГ-20К (все «ИЗ-КАРТЭКС»), а также драглайнов ЭШ 6/45 и ЭШ 11/70 («НКМЗ») по системе тиристорный преобразователь-двигатель. Представляемая разработка имеет высокие научный, технический и экономический уровни. Инновационная система КЭР, обеспечивая гарантированное увеличение производительности на 15-20%, позволяет потреблять энергию из сети улучшенного качества с коэффициентом мощности 0,95…0,99, уменьшая потребление активной энергии по сравнению с традиционной системой генератор-двигатель в 1,5…2 раза. Благодаря низкому содержанию высших гармоник в потребляемом токе НКУ отличается высокой электромагнитной совместимостью, позволяющей экскаваторам с различными системами электроприводов работать в одной электрической сети. В общем случае энергетическая установка экскаватора состоит из высоковольтной ячейки, двух силовых трансформаторов с 30-ти градусным сдвигом вторичных напряжений (в ЭКГ-5 один трансформатор), трех ступеней фильтрокомпенсирующего устройства (ФКУ) (рисунок 1). В ЭКГ-5 ФКУ имеет только одну глухую и одну подключаемую ступень. На большинстве машин применяются двухдвигательные привода подъема, поворота, хода, и однодвигательный привод напора (в ЭКГ-5 привода подъема и хода – однодвигательные, а в ЭКГ-15 привод поворота трехдвигательный). Все двухдвигательные электропривода по питанию выполнены в виде эквивалентных 12-типульсных схем, к которым в процессе работы по необходимости подключаются ступени фильтров ФКУ, настроенные на подавление пятой и седьмой высших гармоник. Одновременно фильтры компенсируют реактивную мощность первой гармоники, потребляемую тиристорными преобразователями главных приводов. В целом экскаватор из сети потребляет практически чистую активную мощность. Подобная система привода с одномостовыми преобразователями и фильтрами на одну гармонику была установлена фирмой ASEA на экскаваторах фирмы Харнишфегер. Эти мощные экскаваторы имеют плохую электромагнитную совместимость с другими машинами и могут работать только в индивидуальных сетях («Кузбассразрезуголь»). У лопат с ковшами менее 15м3 и драглайна ЭШ-6/45 силовые трансформаторы имеют мощность 400 кВА. На остальных, более мощных экскаваторах мощность силовых трансформаторов 630кВА. Все тиристоры силовых якорных преобразователей, ФКУ и тормозных цепей выбраны одинаковыми на один и тот же ток короткого замыкания, который ограничивается преобразовательными трансформаторами. Это обеспечивает унификацию оборудования и отсутствие защитных реакторов в цепях постоянного и переменного тока. Выравнивание тепловых нагрузок в шкафах обеспечивается за счет охладителей и вентиляции. Кабельные цепи питания между трансформаторами и преобразователями, а также между преобразователями и двигателями короткие. Внутренняя электромагнитная совместимость между приводами обеспечивается специальными решениями в драйверах. Якорные цепи имеют четыре уровня защиты от сверхтоков в аварийных ситуациях. При случайных отключениях сети работа тиристоров поддерживается за счет бесперебойного питания в течение некоторого времени, достаточного для вывода из работы преобразователей, включения электрического торможения и наложения тормозов.
Рисунок 1 - Структурная схема НКУ КЭР-18Г(20Г)-ТЦ для экскаватора ЭКГ-18Р (20К)
НКУ для экскаваторов-лопат с объемом ковшей 5, 10,15 м3 и драглайнов с объемом ковшей 6 и 11 м3 могут устанавливаться не только на новые машины, но также использоваться для модернизации существующих. К способу и системе управления самим НКУ применен двойной подход. С одной стороны, на более мелких машинах, где ожидается большая доля использования по модернизации (ЭКГ-5, ЭКГ-10), система управления выполнена традиционно электрической, радиальной. При этом автоматизация процессов управления локализована по каждому приводу в отдельности. На этих машинах устанавливается информационная система ИС, отражающая состояние узлов и агрегатов экскаватора на мониторе перед машинистом. В более крупных машинах, с большим уровнем электромагнитных помех, там, где НКУ будут устанавливаться на новые машины (с ковшом более 10м3 и драглайнах ЭШ-6/45) используется управление, построенное на базе единой цифровой информационной сети (рисунок 2).
Рисунок 2 - Структура системы управления ЭКГ-12К
Наличие единой информационной сети позволяет с помощью промышленного компьютера выводить на сенсорный монитор виртуальные приборы переменных по главным приводам, окна диагностики ошибок, неисправностей и состояния вспомогательных приводов. Переменные можно сохранять во флэш-памяти на ограниченный период времени (сутки, неделю, несколько месяцев), затем расшифровывать и просматривать процессы в интересующем месте (функция «черного ящика»). Эти машины оснащаются информационно-диагностической системой ИДС, позволяющей не только контролировать состояние узлов и агрегатов экскаватора, но и подсказывать обслуживающему персоналу в процессе отыскания неисправностей. Все последние машины оснащаются системой видеонаблюдения. Теоретические изыскания по данной разработке были начаты и частично выполнены в 70-е годы прошлого века в МЭИ под руководством академика В.И. Ключева, во время промышленного бума новых технологий в экскаваторном электроприводе. Настоящая промышленная реализация берет начало после спада в промышленности 90-х годов - в 2005 году. В 2007 году были в основном закончены научно-исследовательские работы, начаты опытно-конструкторские разработки (ОКР). В 2008 году запущен первый опытный образец низковольтного комплектного устройства для управления электроприводами экскаватора ЭКГ-5 на Стойленском ГОКе. В настоящее время в промышленности работают по новой системе электропривода пять экскаваторов ЭКГ-5 (ОАО «Стойленский ГОК», ОАО «Доломит», Анновский разрез Северного ГОКа). В период с августа 2010г. по сегодняшний день на Михайловскм ГОКе запущены и успешно работают один модернизированный ЭКГ-10 и четыре новых ЭКГ-12К экскаватора «ИЗ-КАРТЭКС» (см. фотографии пяти экскаваторов с системой ТП-Д). Официальный отзыв главного энергетика Михайловского ГОКа об их работе прилагаем.

ЭКГ-10 номер 74

ЭКГ-12 номер 1

3 ЭКГ-12 номер 6

ЭКГ-12 номер 8

ЭКГ-12 номер 9
Популярность новой системы заслуженно растет. И вот, совместно с «ИЗ-КАРТЭКС имени П.Г. Коробкова», мы готовим «десант» на Стойленский ГОК. Начиная с июня, в течение 2012г. там будут запущены еще четыре машины ЭКГ-10 с системой тиристорный преобразователь-двигатель (см. фото НКУ КЭР -10Г-ТЦ)

НКУ КЭР -10Г-ТЦ

А.Я. Микитченко