Эксплуатационная надежность карьерных распределительных сетей угольных разрезов

 

Захарова Алла Геннадьевна,

профессор, доктор технических наук,

Шаулева Надежда Михайловна,

старший преподаватель.

Кузбасский государственный технический университет,

кафедра электропривода и автоматизации.

 

Одним  из решающих факторов, обеспечивающих эффективность применения горной техники в условиях повышенной концентрации, комплексной механизации и автоматизации открытых горных работ является надежность систем электроснабжения (СЭС) угольных разрезов и их элементов. Бесперебойная подача напряжения питания потребителям разрезов позволяет обеспечить не только их производительную работу, но и способствует поддержанию высокого уровня безопасности ведения горных работ. При разработке мероприятий, направленных на повышение надежности СЭС, необходимо располагать результатами анализа факторов,  оказывающих влияние на безаварийную работу распределительных сетей разрезов.

Известно, что надежность карьерных распределительных сетей главным образом определяется фак­торами горного производства – скоростью подвигания забоя и усту­пов, схемой вскрытия, расположением воздушных линий (ВЛ) относительно направления подвигания забоя и уступов и др. Для учета этого обстоятельства, в [Захарова А.Г., Шаулева Н.М.] введено понятие коэффициента автономности, отражающего независимость линии электропередачи от фак­торов горного производства , где   – фактический срок службы ВЛ, лет;  = 10 лет – нормативный срок окупаемости ВЛ.

 При значении = 1 ВЛ обладает полной автономностью по отношению к действующим факторам горного производства, а при < 1 прояв­ляется отсутствие автономности.

Установлено, что ВЛ разрезов имеют различные значения коэффициента , т.е. по-разному зависят от горных работ и, следовательно, факторы горного производства по-разному влияют на повреждаемость отдельных элементов. По этой причине при исследовании надежности ВЛ разрезов произведено их разделение на забойные линии электропередач (ЗВЛ) и распределительные (РВЛ).

ЗВЛ имеют длину 100 - 500 м и срок службы 0,6 - 3,0 лет и характеризуются полным отсутствием автономности СЭС от факторов горного производства (показатель  0,06 – 0,3). Они расположены непосредственно в забойной зоне и предназ­начены для подачи электроэнергии к приключательным пунктам. Эти линии испытывают прямое воздействие факторов горного производства (взрывных работ, перемещения забоев и т.п.). Чаще всего ЗВЛ вы­полняются на временных или передвижных опорах, а срок службы их мал. РВЛ имеют большую длину и больший срок службы (соответственно =150 - 2050 м и  3,0 - 7,0 лет), чем ЗВЛ, а показатель  0,3 – 0,7 указывает на достаточно сильно выраженную автономность. В эту группу входят фронтальные и поперечные ВЛ, расположенные на бортах карьеров.

Для получения характеристик надежности ВЛ угольных разрезов Кузбасса были проанализированы журналы дежурных пяти подстанций разреза «Кедровский» за период 2005-2007 гг., а также журналы учета работ по нарядам и оперативные журналы производства работ в электроустановках, где имеются записи о времени и длительности отключения потребителей горных участков по разным причинам, в том числе и при ведении горных и взрывных работ. В табл. 1 показана доля отключений ВЛ разного назначения в зависимости от влияния факторов горного производства.

Из табл. 1 видно, что число отключений ЗВЛ из-за влияния технологических факторов горного производства составляет 63 %, а РВЛ – 17,4 % общего числа отключений фидеров.

 

Таблица 1.

Характеристика отключений ВЛ разрезов.

Наиме­нование ВЛ	Число ВЛ	Число отклю­чений в год	Причина отключений, %
			обслуживающим персоналом (ремонт)	при ведении взрывных работ	при ведении горных работ	аварийные отключения
ЗВЛ	30	1349	14,2	20,3	42,7	22,8
РВЛ	39	46	10,8	-	17,4	71,8

 

Этот анализ подтверждает правомерность разделения ВЛ разре­зов на две группы, а полученную статистическую информацию об аварийности ВЛ следует рассматривать с точки зрения зависимости от факторов горного производства.

В табл. 2 приведены рассчитанные значения коэффициентов парной корреляции между числом отказов ВЛ в год и числовым зна­чением основных определяющих факторов – длинами линий электропередач l и числом присоединенных к ней экскаваторов n_э. Влияние других факторов – угла встречи ВЛ с господствующим ветром, температуры и влажности воздуха, присоединенной мощности и др. не учитывалось. 

Из табл. 2 следует, что не все, из принятых к анализу, факторы являются значимыми [Сигел Э.]. Так, число отключений РВЛ  за принятый отрезок времени не зависит от ее длины, но в большой степени определяется числом присоединенных экскаваторов (0,403). В качестве других причин, влияющих на аварийность РВЛ можно отнести неселективность защиты и повреждения ВЛ горными машинами, транспортом.

Поскольку значение коэффициента корреляции для ЗВЛ относительно невелико (= 0,453), то очевидно, что существуют другие причины, а        не только длина ВЛ, которые определяют высокую аварийность ЗВЛ.

 

Таблица 2.

Зависимость повреждаемости ВЛ от учитываемых факторов.

Наименование ВЛ	Пределы изменения коэффициента автономности	Фактор x	Среднее значение	Коэффициент корреляции	Значение при α = 0,01	Расчетное значение	Уравнение регрессии,  y – число отключений в год
ЗВЛ	0,06–0,3	Длина ВЛ , м	162	0,453	2,080	2,276	y=0,012l1-1,1134
РВЛ	0,3–0,7	Длина ВЛ , м	563	0,100	2,064	-0,483	y=-0,0003l2+2,5033
		Число экскаваторов , шт.	1,4	0,403	2,064	2,224	y=0,8+1,16

 

В числе их основное место занимают временный характер сооружения ЗВЛ и высокая повреждаемость при взрывных работах.

Наилучшей характеристикой случайной величины (времени безот­казной работы) является закон ее распределения. На рис. 1, а, б показаны гистограммы распределения наработки на отказ забойных и распределительных ВЛ, постро­енные по статистическим данным, полученным на разрезе «Кедровский». По виду гистограмм можно пред­положить наличие экспоненциального закона распределения. Расчет статистик произведен по формуле

,                                                                              (3.10)

где  – параметр распределения, имеющий смысл числа событий в единицу времени; – текущая переменная, а сходи­мость эмпирического и теоретического законов распределений опре­делена по критерию согласия Пирсона. Результаты расчетов приведены в табл. 3. Относительная ошибка при доверительной вероятности α = 0,95 составляет примерно 11 %.

 

Таблица 3.

 Параметры законов распределения наработки на отказ ЗВЛ и РВЛ.

Наименование ВЛ	Закон распределения	Средняя наработка на отказ , ч	Интенсивность отказов l×104 для t = 720 ч, 1/ч	Значение P(χ²)	Нижняя доверительная граница  при α=0,95, ч
ЗВЛ	экспоненциальный	2303	4,34	0,491	1735
РВЛ	экспоненциальный	2460	4,07	0,542	1892

 

а)

 

б)

Рис. 1. Гистограммы и функции плотности распределения наработки на отказ: а) забойных ВЛ; б) распределительных ВЛ.

 

На рис. 2, а, б показаны гистограммы распределения времени восстановления забойных и распределительных ВЛ, постро­енные по статистическим данным, полученным на разрезе «Кедровский».

 

а)

 

б)

Рис. 2. Гистограммы и функции плотности распределения времени восстановления: а) забойных ВЛ; б) распределительных ВЛ.

 

В табл. 4 приведены параметры закона распределения времени восстановления ВЛ разрезов.

 

Таблица 4.

Параметры закона распределения времени восстановления ВЛ разрезов.

Наименование ВЛ	Закон распределения	Среднее время восстановления  , ч	Значение P(χ²)	Верхняя доверительная граница  при α=0,95, ч
ЗВЛ	экспоненциальный	1,40	0,592	1,7193
РВЛ	экспоненциальный	1,59	0,594	1, 9149

 

Из табл. 3 и 4 можно сделать выводы о том, что ЗВЛ и РВЛ имеют низкое значение наработки на отказ и практически одинаковое время восстановления.  ЗВЛ  подолгу стоят без питания, поскольку приходится устранять повреждения, вызванные взрывными работами. В РВЛ наи­больший удельный вес занимают кратковременные простои.

Приведенный анализ свидетельствует о том, что карьерные распределительные сети угольных разрезов имеют высокую аварийность, что говорит о необходимости более детального изучения надежности различных групп ВЛ, показатели которой могут служить основанием для разработки новых технических решений и планирования технического обслуживания линий.

 

Литература.

 

1. Захарова А.Г. Оценка влияния факторов горного производства на срок службы электрических сетей угольных разрезов Кузбасса / А.Г. Захарова, Н.М. Шаулева // Вестн. КузГТУ, 2008. – № 4. – С. 43-48.

2. Сигел Э. Практическая бизнес-статистика.: Пер. с англ. // М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. – 1056 с.

 

Поступила в редакцию 16.10.2008 г.