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석탄 채굴 산업의 기술이 빠르게 발전함에 따라 석탄 채굴 장비의 출력 수준은 계속 증가하고 있으며, 광산 면의 거리도 점점 길어지고 있습니다. 이러한 발전은 해당 전력 공급 시스템에 더 큰 부담을 부과합니다. 채굴 과정에서 석탄 채굴, 굴착 장비, 전원 공급 시스템 간 거리가 증가하여 역률 감소, 라인 끝 저전압, 전압 변동, 고충격 및 비선형 부하로 인한 파형 왜곡 등 다양한 도전 과제가 발생합니다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 본 논문은 여러 해결책을 제안하고, 장단점을 비교하며, 혁신적인 전압 보상 방식과 관련 장비 및 현장 응용을 소개합니다.
키워드: 지하 탄광; 장거리 전원 공급 장치; 굴착 장비; 전력 품질; 전압 보상
석탄 채굴 산업의 급속한 발전으로 인해 광산 장비의 전력 요구량이 증가하여 광산 면이 더 길어졌습니다. 이 확장은 해당 전력 공급 시스템에 상당한 도전을 제기합니다. 광산 및 굴착 장비와 전원 공급 장치 간 거리가 멀어질수록, 큰 충격 하중과 비선형 부하의 존재는 일련의 장거리 전력 공급 품질 문제를 야기합니다. 여기에는 전력 계수 감소, 라인 끝의 저전압, 전압 변동, 파형 왜곡 등이 포함됩니다. 이러한 문제들은 대형 장비 시동을 어렵게 하고 잦은 고장을 유발할 뿐만 아니라, 절연 성능을 저하시켜 전기 안전 사고로 이어집니다. 또한, 장거리 전력 송전은 상당한 선로 손실을 초래하여 석탄 채굴 기업의 에너지 소비와 비용을 크게 증가시킵니다.
경제적 손실을 완화하고 안전성을 높이며 효율성을 높이기 위해, 본 논문은 지하 탄광의 장거리 전력 공급 일반적인 해결책을 검토하고 장단점을 비교하며 혁신적인 전압 보상 방식을 제안합니다.
2.1 병렬 또는 더 큰 케이블 직경의 다중 케이블
여러 케이블을 병렬로 사용하거나 기존 케이블을 더 큰 직경으로 교체하면 등가 임피던스와 전압 강하를 줄일 수 있습니다. 하지만 이 방식은 케이블 비용과 설치 복잡성을 증가시킵니다.
그림 1. 평행 케이블 또는 케이블 단면적 확대 솔루션의 회로도
2.2 공급 전압을 높이기 위한 변압기 탭 조정
변압기 탭을 조절해 공급 전압을 높이면 라인 손실을 보상할 수 있습니다. 하지만 이 방법은 장비 다운타임이나 무부하 운전 시 과도한 전압을 초래하여 케이블 및 장치 절연에 위험을 초래할 수 있습니다.
그림 2. 이동 변압기 출력 전압 증가 해법의 회로도
2.3 이동식 변압기를 장비 가까이로 이동
이동식 변압기를 장비 쪽으로 옮기면 공급 케이블 길이가 줄어들어 전압 강하가 줄어듭니다. 하지만 변압기를 자주 재배치하면 운용 난이도와 비용이 증가합니다.
그림 3. 모바일 변압기를 부하 가까이로 옮기는 도식도
2.4 무효전력을 보상하기 위한 방폭 SVG 추가
부하 장비 근처에 폭발 방지 SVG 장치를 배치하면 무효 전력 보상이 이루어져 종단 전압을 높이고 장비 작동을 안정화합니다. 이 해결책은 SVG를 부하 근처에 배치하고, 가능하다면 SVG를 부하와 함께 이동시키는 것을 포함하지만, 이 과정에서 여러 차례 이전과 비용 증가가 필요할 수 있습니다.
그림 4. 부하 측에 무효 전력 보상을 위한 방폭 SVG 추가 회로
위 해결책의 한계를 해결하기 위해 본 논문은 혁신적인 접근법을 제안합니다: 선로 중간 지점에 그리드 조절 장치를 통합하여 선로 전압을 높여 종단 장비가 충분한 전력을 공급하도록 하는 것입니다.
그림 5. 선로 중앙에 그리드 통합 조절 장치 설치 회로도
통합 전압 조절 장치는 전력 시스템의 무효전력 보상을 향상시켜 역률을 개선하고 전압 강하 손실을 줄입니다. 시스템 전압을 증폭하여 능동 전류 유도 손실을 보상하여 안정적인 종단 전압을 보장합니다. 장치는 그리드 전압과 선로 전류 매개변수에 따라 자동으로 조정되며, 다양한 조건에서 허용 가능한 범위 내에서 전압을 유지합니다.
그그리드 통합 조절 장치지하 지하 방향에서 성공적으로 가동되어 운영을 시작했습니다.창청 5번 탄광, 내몽골 자치구 오톡 프론트 깃발에 위치해 있습니다. 이 광산은 다음 회사가 운영하고 있습니다.산둥에너지 신민 내몽골에너지 유한회사.2005년에 설립되었으며 내몽골 오르도스 시에 위치해 있습니다.
창청 5번 광산은 다음과 같은 광산 지역을 차지하고 있습니다.13.6595 km², 총 지질 매장량은 다음과 같다.1억 8천 4백만 미터톤그리고 회수 가능한 매장량은1억 1,880만 미터톤. 연간 생산 능력은 다음과 같습니다.180만 톤그리고 추정 수명은50.8년.
지뢰의 방향 면은 매우 심각했습니다장거리 전원 공급 전압 강하 문제. 이전 해결책은 방향이 일정 거리를 이동할 때마다 이동식 변전소(이동식 변압기)를 옮기는 것이었습니다. 이 접근법은 상당한 인건 및 자재 비용을 초래하고 생산 연속성에 차질을 씌워 긴급한 개선 필요성을 부각시켰습니다.
상세한 현장 조사를 통해 다음과 같은 시스템 매개변수가 밝혀졌습니다:
전압 지원 없이 최대 실행 가능한 작동 거리를 결정하기 위해 다음과 같은 계산이 수행되었습니다:
(1)이동식 변전소의 등가 임피던스:
여기서 Un은 명목 시스템 전압, Uz%는 변전소의 단락 임피던스 비율, In은 정격 전류입니다.
(2)시동 시 절단 모터의 등가 임피던스:
여기서 Iq는 모터의 시동 전류입니다.
(3) 최악의 시나리오(최대 거리)에서 모터 단자에서 허용되는 전압 강하는 다음과 같습니다25%, 즉 최소 허용 단자 전압은 다음과 같습니다:
Umin=0.75×1140 V=855 VUmin=0.75×1140V=855V
(4) 이 조건에서 절단 모터의 시동 전류가 이에 맞게 계산되었다.
(5) 케이블에 허용되는 전압 강하는 다음과 같습니다:
여기서 Uo는 이동식 변전소의 출력 전압입니다.
(6) 표준 케이블 표에 따르면,120 mm²케이블은Rc=0.173 Ω/kmRc=0.173Ω/km(상별로).
(7) 이 매개변수에 근거하여,최대 허용 전력 공급 거리대략적으로 다음과 같이 계산되었다.1400미터.
분석 결과 로드헤더가 작동할 때 그 이상이 확인되었습니다~1400미터이동식 변전소에서는 시동 및 정상 운영 시 과도한 전압 강하가 발생하면 장비 정지나 시동 실패가 발생할 수 있습니다.
이에 대해 설명하기 위해,그리드 통합 조절 장치설치되었습니다하류 1.4km이동식 변전소에서 보면, 다음과 같이 나타났습니다:
그림 6. 그리드 통합 조절 장치 설치 위치 도면
이 장치는 목표 출력 전압으로 구성되었습니다.1300 V. 조절 후 라인 전압은 대략 그 수준으로 유지됩니다1300 V장치를 통해 로드헤더까지 하류 케이블 구간을 연장할 수 있게 됩니다1.4km 이후로부하 측에서 1140 V 운용 요구사항을 충족하면서도 그랬습니다. 동일한 계산 방법론이 적용되므로 간결함을 위해 여기서는 생략합니다.
그리드 통합 조절 장치 설치 이후, 유효 항로 거리가 최대 범위로 연장되었습니다2800미터. 로드헤더는 이제 전압 관련 중단 없이 신뢰성 있게 작동하고 있습니다. 이동식 변전소 이전 빈도가 크게 줄었고, 시스템 안정성이 향상되었으며, 해결책도 확보되었습니다고객으로부터 높은 칭찬을 받았습니다.
그림 7. 창청 5번 광산에서 작동하는 그리드 통합 조절 장치의 현장 사진
석탄 채굴 산업이 발전함에 따라 광산 장비의 전력 수요가 계속 증가하여 작업 거리가 길어지고 있습니다. 장거리 전력 공급 문제, 특히 전압 강하 현상은 지하 작업에서 흔히 발생합니다. 굴착기와 광부에 사용되는 직접 시동 모터는 높은 초기 전류 요구로 인해 시동 시 큰 어려움을 겪고 있습니다. 전통적인 솔루션에는 한계가 있지만, 제안된 그리드 통합 규제 장치는 효과적인 해결책을 제공하여 지하 작업 효율성을 높이고 운영 비용을 절감합니다.
폭발 방지 SVG 장치와 그리드 통합 조절 장치의 결합은 지하 탄광의 전력 품질을 개선하는 종합적인 해결책을 제공하며, 신뢰할 수 있고 효율적인 전력 공급을 보장합니다.
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