Nghiên cứu đánh giá tình trạng sử dụng các khởi động từ trong mỏ than hầm lò vùng quảng ninh và đề xuất các giải pháp vận hành hợp lý

Chương 1 Tổng quan về hệ thống cung cấp điện và thiết bị điện hạ áp trong các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh 1.1 Đặc điểm chung về công nghệ khai thác và điều kiện làm việc của thiết bị

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học mỏ - địa chất

Bùi Thị Thu Hiền

Nghiên cứu đánh giá tình trạng sử dụng các khởi động từ trong mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh và đề xuất các giải

pháp vận hành hợp lý

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Hà nội, 2007

Bộ giáo dục và đào tạo

Trường đại học mỏ - địa chất

Bùi Thị Thu Hiền

Nghiên cứu đánh giá tình trạng sử dụng các khởi động từ trong mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh và đề xuất các giải pháp vận hành hợp lý

Chuyên ngành: Điện khí hóa mỏ

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với tên đề tài đ/ được đăng ký và phê duyệt theo quyết định số 690/QĐ-MĐC-ĐH&SĐH của Hiệu trưởng Trường Đại học Mỏ

- Địa Chất Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng

được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Bùi Thị Thu Hiền

Mục lục

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan

2.3 Đánh giá tính phòng nổ của các khởi động từ sử dụng trong các mỏ

2.4 Đánh giá tình trạng cách điện của khởi động từ 60 2.5 Đánh giá tình trạng các phần tử trong mạch điều khiển 65 Chương 3 – Đề xuất các giải pháp hoàn thiện và tổ chức vận hành khởi động từ trong các mỏ hầm lò

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

T.B.A.C - trạm biến áp chính;

T.B.D - trạm biến áp di động;

T.B.C - trạm biến áp cố định;

T.P.T.H - trạm phân phối trung tâm hầm lò

1.5 Đặc điểm và tình trạng làm việc của hệ thống điện hạ áp mỏ

1.6 Bảng thống kê các khởi động từ ở các mỏ hầm lò Quảng Ninh 20 1.7 Bảng thống kê các thiết bị điều khiển 22 1.8 Bảng thống kê các khởi động từ và tổng số thiết bị điện hạ áp 23 1.9 Bộ bảo vệ động cơ tổng hợp ABD8 của khởi động từ QJZ 35 2.1 Số liệu kích thước của cơ cấu bắt chặt đặc biệt 44

2.2 Mômen xoắn tác dụng vào các cọc đấu dây và đầu cốt sử

2.3 Giá trị của các hệ số thực nghiệm a và b của các mạng hạ áp

2.4 Kết quả tính toán ngắn mạch qua người 59 3.1 Khe hở không thấm nổ của khởi động từ 72 3.2 Tiết diện, chiều dài lõi và đầu cáp mềm 77 3.3 Tiết diện, chiều dài lõi và đầu cáp bọc thép 78 3.4 Các thông số về lực nén, độ mở và độ hở 79 3.5 Nguyên nhân và biện pháp khắc phục hỏng hóc khởi động từ

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

1.1 Sơ đồ nguyên lý tổ chức cung cấp điện cho các mỏ than hầm lò 7

1.2 Mô hình cung cấp điện khu vực khai thác a, qua giếng;

1.3 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm thiết bị điện hạ áp khu vực mỏ hầm

1.4 Biểu đồ tỷ lệ phân bố các khởi động từ theo các nước sản

1.5 Biểu đồ tỷ lệ phân bố các khởi động từ tại các mỏ hầm lò

1.8 Sơ đồ điều khiển của khởi động từ ПМВИ-13 26

1.10 Sơ đồ điện của khởi động từ ПМВИP-41 và ПМВИP-51 30 1.11 Sơ đồ điện của khởi động từ ПМИ-25; ПМИ-63 31 1.12 Sơ đồ điện của khởi động từ QC83-80; QC83-120 32 1.13 Sơ đồ điện của khởi động từ QC83-80N 33

1.15 Sơ đồ điện của khởi động từ QJZ-1140 38 1.16 Sơ đồ điện của khởi động từ KWSOI-160-24 40 2.1 Kích thước của cơ cấu bắt chặt đặc biệt 45 2.2 Minh họa sử dụng ống luồn cáp có vòng đệm 48

2.3 Sơ đồ mạch bảo vệ an toàn tia lửa và bảo vệ liên động rò

2.5 Sơ đồ bảo vệ khỏi chập mạch điều khiển dùng rơle trung gian RT 69

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Do yêu cầu phát triển của nền kinh tế quốc dân đòi hỏi sản lượng than khai thác ngày càng tăng và trong tương lai gần sản lượng này sẽ tập trung chủ yếu ở các mỏ hầm lò Hiện tại qui mô khai thác than hầm lò không lớn, dàn trải trên diện rộng, khai thác chủ yếu bằng phương pháp thủ công kết hợp với phương pháp khấu than bằng khoan nổ mìn, trang thiết bị cơ điện chưa thực sự

đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật và an toàn, công tác thông gió còn nhiều hạn chế nên nguy cơ về mất an toàn trong khai thác còn phổ biến, các vụ cháy nổ

mỏ vẫn thường xuyên xảy ra Vì vậy việc nghiên cứu đánh giá công tác an toàn vận hành thiết bị điện mỏ và đề xuất các giải pháp hữu hiệu nhằm đảm bảo an toàn tính mạng cho con người và thiết bị là vấn đề cấp thiết Qua đó nhằm nâng cao sản lượng khai thác và đáp ứng nhu cầu phát triển ngành than

2 Mục đích nghiên cứu

Dựa trên cơ sở thống kê, phân loại các phần tử cấu thành các mạng điện hạ áp mỏ hầm lò, dựa trên các yêu cầu kỹ thuật đối với từng chủng loại thiết bị

điện mỏ đặc biệt là các khởi động từ để tiến hành nghiên cứu đánh giá công tác an toàn vận hành các thiết bị điện mỏ, cải thiện điều kiện làm việc và ngăn ngừa các sự cố về điện

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu điều kiện làm việc của các thiết bị điện; nghiên cứu tổng quan về mạng điện hạ áp 380V trong điều kiện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

- Các phần tử cấu thành đặc trưng của mạng điện hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh, chủ yếu là các thiết bị điều khiển và bảo vệ

- Phạm vi nghiên cứu được giới hạn ở các mỏ hầm lò lớn vùng Quảng Ninh: Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Dương Huy, Thống Nhất, Mông Dương

và Khe Chàm

4 Nội dung nghiên cứu

- Tổng quan về hệ thống cung cấp điện, các trang thiết bị điện hiện tại ở các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

- Đánh giá tình trạng sử dụng các trang thiết bị điện (đặc biệt là khởi

động từ) và khả năng phục vụ của chúng

- Đề xuất các giải pháp vận hành thiết bị điện hợp lý

5 Phương pháp nghiên cứu

Thống kê, thu thập các số liệu từ thực tế ở các mỏ hầm lò để phục vụ cho công tác nghiên cứu Gia công số liệu trên cơ cở sử dụng các thông tin thu thập được tại các mỏ, kết hợp với các thông số kinh nghiệm của các nước có công nghiệp khai thác mỏ phát triển

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Với điều kiện cụ thể ở các mỏ hầm lò Quảng Ninh và dựa trên các số liệu thu thập nội dung luận văn đạt được các kết quả sau:

- Đánh giá tổng quan thực trạng công tác vận hành thiết bị điện mỏ ở các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

- Đề xuất và kiến nghị các giải pháp nhằm đảm bảo vận hành hợp lý và

an toàn thiết bị điện

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật gồm 3 chương, 18 bảng, 28 hình vẽ và đồ thị

được trình bày trong 89 trang

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật được thực hiện tại Bộ môn Điện khí hóa, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Trong quá trình thực hiện tác giả nhận được sự tận tình chỉ bảo của người hướng dẫn khoa học TS Trần Bá Đề, cũng như các

ý kiến đóng góp của các nhà khoa học trong lĩnh vực Điện khí hóa mỏ, các cán bộ giảng dạy của Bộ môn Điện khí hóa mỏ Để hoàn thành luận văn tác giả cũng nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các sinh viên ngành Điện khí hóa mỏ trong công việc thu thập các số liệu cần thiết Tuy nhiên luận văn vẫn

còn nhiều thiếu xót, rất mong sự đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, các quí thầy, cô, các bạn bè, đồng nghiệp để luận văn đ−ợc hoàn thiện hơn

Tác giả xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Chương 1 Tổng quan về hệ thống cung cấp điện và thiết bị điện hạ áp trong các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

1.1 Đặc điểm chung về công nghệ khai thác và điều kiện làm việc của thiết bị điện hạ áp trong các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

1.1.1 Đặc điểm môi trường

Môi trường trong các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh là môi trường

vi khí hậu rất khắc nghiệt: nhiệt độ trong khu vực hầm lò dao động trong phạm vi 30ữ45oC, độ ẩm tương đối của không khí rất cao từ 98ữ100% và có rất nhiều khí bụi bẩn… Nước ngầm và nước ngấm từ ao hồ, sông suối trên bề mặt thấm xuống các đường lò có tính hoạt động hoá học mạnh Trong môi trường như vậy các thông số kỹ thuật cả phần cơ và phần điện của thiết bị điện xấu đi nhanh chóng, đặc biệt là mặt ghép của thiết bị phòng nổ và cách điện của thiết bị Đặc biệt nguy hiểm là trong bầu không khí mỏ hầm lò còn có chứa cháy được như mêtan và các đồng đẳng của mêtan, ôxitcacbon CO,

ôxitnitơ NO, hiđrô H2 và một số loại khí khác tạo thành với không khí hỗn hợp nổ Các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh theo phân loại hạng mỏ về hỗn hợp nổ đều được xếp hạng II, đa phần là hạng III, riêng mỏ Mạo Khê là siêu hạng

1.1.2 Đặc điểm công nghệ khai thác

Ngành khai thác than Việt Nam rất đa dạng và dàn trải trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh, áp dụng nhiều dạng hệ thống khai thác, nhưng thống nhất về qui mô khai thác, đầu tư và phát triển Đặc điểm chủ yếu của công nghệ khai thác

mỏ hầm lò bao gồm:

+ đa số các máy móc và thiết bị mỏ phải di chuyển liên tục hoặc định

kỳ theo tiến độ của gương khai thác;

+ Không gian khai thác rất chật hẹp

Các đặc điểm này là nguy cơ đe doạ phá hoại thiết bị điện làm ảnh hưởng đến điều kiện an toàn trong khi vận hành hệ thống điện mỏ

Căn cứ vào sản lượng, công nghệ khai thác, hệ thống vận tải, hệ thống thông gió, hệ thống cung cấp điện, lực lượng cán bộ công nhân viên, qui cách

tổ chức và công tác an toàn, các khu vực mỏ Quảng Ninh được phân loại về qui mô như sau:

- Các mỏ có qui mô lớn (sản lượng than từ 1,3 triệu tấn/năm trở lên): Là những mỏ được khai thác tập trung, có sản lượng khai thác than lớn như mỏ Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Thống Nhất, Mông Dương

- Các mỏ có qui mô trung bình (sản lượng than từ 0,7-1,3 triệu tấn/năm): Là những mỏ có sản lượng trung bình, điều kiện khai thác khó khăn hơn như Khe Chàm, Dương Huy

- Các mỏ có qui mô nhỏ (sản lượng than dưới 0,7 triệu tấn/năm): Là những mỏ có sản lượng thấp, hệ thống khai thác đơn giản như Tràng Bạch, Khe Tam, Cao Thắng…

Đặc điểm khai thác than hầm lò của một số mỏ được nêu trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Đặc điểm khai thác của một số mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

TT Tên mỏ

Sản lượng khai thác than năm 2006, tấn/năm

Độ sâu khai thác,

Sản lượng khai thác của các mỏ than vào loại lớn và trung bình từ 900.000ữ1.800.000 tấn than/năm Độ sâu khai thác hiện nay từ -100 ữ +122m

Đa số các mỏ sử dụng công nghệ khai thác cơ giới hoá kết hợp với thủ công như: khoan, nổ mìn, vận chuyển than và đất đá ở khu vực khai thác bằng máng cào, băng chuyền…, ở các lò vận chuyển chính bằng tàu điện ắc qui hoặc tàu

điện cần vẹt Trong thời gian gần đây để tăng nhanh sản lượng khai thác ở một

số mỏ như Mạo Khê, Khe Chàm, Mông Dương đ/ đưa máy liên hợp khấu than kombai, máng cào và vì chống thuỷ lực vào khai thác Hiện nay, tổng sản lượng khai thác than hầm lò chiếm khoảng 35ữ40% sản lượng khai thác của toàn ngành than

1.2 Đặc điểm chung về hệ thống cung cấp điện và trang thiết bị điện cho

mỏ than hầm lò

Đối tượng được chọn lựa để nghiên cứu là các mỏ có sản lượng than cỡ lớn của vùng Quảng Ninh, gồm: Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Thống Nhất, Dương Huy, Khe Chàm, Mông Dương

1.2.1 Hệ thống cung cấp điện ngoài mỏ

Hiện nay các mỏ hầm lò chủ yếu được cấp điện từ hệ thống điện quốc gia (gồm các nhà máy nhiệt điện và thuỷ điện hoà với nhau) Điện năng từ hệ thống điện Quốc gia được đưa về trạm biến áp vùng bằng hai đường dây tải

điện kép điện áp 110kV hoặc 220 kV Tại trạm biến áp vùng đặt các máy biến

áp 110(220)/35/6kV, ở phía hạ áp có hai cấp điện áp là 35kV và 6kV Trong tương lai gần (từ năm 2010 và các năm tiếp theo) Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam sẽ đưa vào vận hành các nhà máy nhiệt điện than để cung cấp cho vùng mỏ đồng thời hoà vào lưới điện quốc gia như Mông Dương, Cửa

Ông…

Hệ thống cung cấp điện được thể hiện như trên hình vẽ 1.1

§ §

HÖ thèng ®iÖn quèc gia

110 (220)kV

110 (220)kV

6kV 6kV

35kV 35kV

35kV 35kV

6kV 6kV

Tr¹m biÕn ¸p vïng 110(220)/35/6kV

Tr¹m biÕn ¸p chÝnh cña

xÝ nghiÖp 35/6kV

M¸y biÕn ¸p h¹ ¸p 6/0,4kV

M¸y biÕn ¸p h¹ ¸p 6/0,4kV

Điện năng cung cấp cho xí nghiệp mỏ có thể thực hiện theo hai phương thức:

- Với các xí nghiệp ở gần trạm biến áp vùng và công suất tiêu thụ không lớn thì lấy trực tiếp điện 6kV, bằng một hoặc hai tuyến 6kV (tuỳ theo yêu cầu

về nhu cầu cung cấp điện liên tục hay không liên tục) Tại xí nghiệp lắp đặt trạm phân phối chính để phân phối điện năng 6kV cho nội bộ xí nghiệp Trường hợp chỉ có một đường dây 6kV thì nguồn dự phòng có thể lấy từ nguồn điện của xí nghiệp lân cận

- Với các xí nghiệp ở xa trạm biến áp vùng thì điện năng từ trạm biến áp vùng được dẫn đến xí nghiệp theo hai đường dây 35kV dự phòng nóng, tại xí nghiệp xây dựng trạm biến áp chính 35/6kV gồm hai máy biến áp dự phòng nóng hoặc nguội

1.2.2 Hệ thống cung cấp điện trong nội bộ xí nghiệp mỏ

Các mỏ hầm lò lớn ở vùng Quảng Ninh tập trung chủ yếu ở 3 khu vực:

- Khu vực Mạo Khê - Uông Bí gồm: mỏ than Mạo Khê, mỏ than Vàng Danh

- Khu vực Hòn Gai gồm: mỏ than Hà Lầm

- Khu vực Cẩm Phả gồm: mỏ than Thống Nhất, mỏ than Dương Huy,

mỏ than Mông Dương, mỏ than Khe Chàm

c mỏ được cung cấp điện từ hệ thống điện quốc gia, bằng các đường dây 110kV dẫn về các trạm biến áp vùng 110/35/6kV; từ các trạm biến áp vùng,

điện năng theo hai tuyến đường dây 35kV (một làm việc, một dự phòng) được dẫn về trạm biến áp chính 35/6kV của từng mỏ, luân phiên theo chu kỳ ca sản xuất

Với hệ thống lưới điện như vậy thì việc cung cấp điện cho các mỏ than

đến thanh cái phía 35kV của trạm biến áp chính là liên tục, thời gian mất điện chỉ bằng thời gian cần thiết để đóng nguồn dự phòng nên thoả m/n yêu cầu cung cấp điện liên tục đối với mỏ hầm lò

Do đặc thù và điều kiện địa chất mỏ, hiện nay việc cung cấp điện cho các mỏ hầm lò được thực hiện chủ yếu qua lò giếng Từ trạm biến áp chính

điện năng được cung cấp trực tiếp cho các động cơ cao áp 6kV (quạt gió chính, trục tải) và qua các biến áp 6/0,4(0,69)kV để cung cấp cho các phụ tải trên mặt mỏ Đồng thời cũng từ trạm biến áp chính điện năng được dẫn đến miệng giếng bằng hai đường dây trên không hoặc cáp và cung cấp cho trạm phân phối trung tâm hầm lò bằng hai tuyến cáp đặt trong giếng Từ trạm phân phối trung tâm hầm lò cung cấp cho các khu vực khai thác thông qua đường cáp và các trạm biến áp di động 6/0,4(0,69)kV Để cung cấp điện cho khoan

và chiếu sáng, sử dụng các máy biến áp 380/127V

a) Phụ tải 6kV của các xí nghiệp mỏ

Phụ tải điện 6kV gồm các động cơ 6kV và máy biến áp 6/0,4(0,69)kV của các xí nghiệp mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh trong năm 2006 trình bày trong các bảng 1.2

Bảng 1.2 Phụ tải điện 6kV các mỏ than hầm lò Quảng Ninh

Tên mỏ

Máy biến áp 6/0,4(0,69)kV Động cơ điện 6kV Tổng sông suất định

mức của phụ tải 6kV (∑Sđm), kVA

Số lượng

Tổng công suất định mức, kVA

Số lượng

Tổng công suất biểu kiến

định mức, kVA

dm dm

PS

ηϕ

=

với: - Hiệu suất của động cơ cao áp η = 0,9 ữ 0,92

1.2.3 Trạm biến áp chính 35/6kV của các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh

Các trạm biến áp 35/6kV của các mỏ hầm lò đều có kết cấu chung: Phần thiết bị đóng cắt phía 35kV đ−ợc lắp đặt ngoài trời, tủ phân phối, tủ bù,

tủ điều khiển, máy biến áp tự dùng… đ−ợc đặt trong nhà

Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 35/6kV của các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh đ−ợc thể hiện từ hình PL1.1 đến PL1.7

Số l−ợng và công suất máy biến áp ở các trạm biến áp chính trong những năm gần đây không có gì thay đổi, đ−ợc thống kê trong bảng 1.3:

Bảng 1.3 Số l−ợng và công suất máy biến áp 35/6kV

1.2.4 Tình trạng sử dụng công suất các trạm biến áp chính 35/6kV

Từ các số liệu trong các bảng 1.2, bảng 1.3 cho thấy nếu các phụ tải 6kV

đều làm việc ở chế độ định mức thì các trạm biến áp chính chỉ đảm bảo đ−ợc

áp ở trạm biến áp chính 35/6kV) Kết quả tính toán trình bày trong bảng 1.4

cầu của các phụ tải cao áp đ−ợc xác định:

∑

= yc dm. kV

kV

S

Kết quả tính toán trình bày trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Kết quả tính toán công suất, khả năng đáp ứng phụ tải của trạm biến áp

Tên mỏ

Sđm.MBA, kVA

∑Sđm.6kV, kVA

Stt.6kV,

kV dm

Từ kết quả tính toán ở bảng 1.4 cho thấy:

- Việc lựa chọn công suất định mức của các phụ tải 6kV là không chính xác hoặc sử dụng các máy biến áp khu vực 6/0,4(0,69)kV là không hợp lý, ví dụ ở mỏ

Vàng Danh có tổng công suất các phụ tải 6kV lớn gấp 5,44 lần công suất máy biến

áp 35/6kV (nguồn cung cấp), còn trung bình của toàn mỏ là 2,8 lần

với điều kiện dự phòng công suất 1:1 (dự phòng nguội) của máy biến 35/6kV thì

dm

kV tt

1.3 Tổ chức cung cấp điện hạ áp trong các mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

1.3.1 Yêu cầu về tổ chức cung cấp điện hạ áp

Đa số các mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh đều đang ở giai đoạn vừa khai thác vừa đầu tư xuống sâu, dẫn đến hệ thống cung cấp điện mỏ cũng liên tục thay đổi Tuy nhiên, hiện tại việc mở vỉa của các mỏ chủ yếu bằng các lò bằng nên phương pháp cung cấp điện hạ áp của các mỏ gần như giống nhau: Cung cấp điện cho các gương khai thác (lò chợ) và lò chuẩn bị sử dụng trạm biến áp 6/0,4ữ0,69kV di chuyển theo tiến độ của gương lò cung cấp điện trực tiếp cho các phụ tải Điện năng với cấp điện áp 380V hoặc 660V được dẫn tới trạm phân phối lò chợ và từ đó phân phối cho các phụ tải trong khu vực bằng các

đường cáp mềm Tuỳ theo góc nghiêng của vỉa và phương pháp cung cấp điện cho khu khai thác mà thiết bị trong khu và trạm phân phối hạ áp lò chợ được

bố trí ở lò vận chuyển hoặc một bộ phận ở lò vận chuyển, một bộ phận ở lò thông gió Hiện tại các lò chợ vẫn theo công nghệ cũ nên trình độ vận hành không cao, trừ một số lò chợ của công ty than Khe Chàm đ/ được cơ giới hoá

sử dụng điện áp 660V Trong thời gian gần đây, Tập đoàn Than và Khoáng sản Việt Nam đang cho triển khai các dự án dùng máy khấu than cho các lò chợ các Công ty than Mạo Khê, Vàng Danh, Uông Bí, Thống Nhất, Dương Huy,…Với xu hướng đó, việc nâng cấp điện áp từ 380V lên 660V hoặc 1140V

ở nhiều mạng hạ áp mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh là tất yếu

Công nghệ khai thác than hầm lò tạo ra những đặc điểm đòi hỏi việc tổ chức cung cấp điện và trang bị thiết bị điện phải phù hợp với những đặc điểm

đó, chủ yếu gồm:

- Độ ẩm và độ chứa bụi trong bầu không khí ở các đường lò cao đòi hỏi các thiết bị điện phải được lắp đặt trong vỏ đặc biệt để bảo vệ khỏi ẩm và bụi

- Không gian chật hẹp, khả năng sập lò và đất đá sụt lở đòi hỏi thiết bị

điện phải có kích thước tối thiểu và độ bền cơ học cao

- Khả năng cháy nổ bầu không khí mỏ đòi hỏi thiết bị điện phải được chế tạo đặc biệt để không thể là nguyên nhân gây cháy, nổ

- Khả năng dễ gây ra điện giật đòi hỏi phải sử dụng loại mạng điện riêng (mạng trung tính cách ly) và phải sử dụng từng hình thức bảo vệ riêng để kiểm tra thường xuyên cách điện và cắt điện bảo vệ

Những đặc điểm kể trên ngoài các yêu cầu đòi hỏi trang thiết bị điện phải thoả m/n, còn đặt ra các yêu cầu đối với tổ chức hệ thống cung cấp điện

Hệ thống cung cấp điện ngoài việc phải thoả m/n các yêu cầu về chất lượng

điện năng, còn phải thoả m/n một số các yêu cầu chủ yếu gồm:

- Tăng năng suất của các máy móc khai thác bằng cách tăng công suất

động cơ truyền động, nhưng không vì thế mà tăng kích thước của động cơ Vì thế xu hướng chung là tăng cường phẩm chất của cách điện, tăng cấp điện áp cung cấp cho động cơ công suất lớn, tăng cường làm nguội động cơ theo hướng thổi khí có áp suất đủ

- Đảm bảo tính cung cấp điện liên tục theo hướng chọn lọc thụ động

- Đảm bảo dòng rò nhờ kết hợp mạng hợp lý nhằm hạn chế chiều dài mạng cáp và số lượng thiết bị đấu vào mạng trên cơ sở sử dụng các trạm biến

áp di động công suất không lớn

- Sử dụng thiết bị khởi động mềm và tự động điều chỉnh tốc độ

1.3.2 Phương pháp cung cấp điện

Do đặc thù hoạt động sản xuất và các yếu tố đe dọa tới điều kiện an toàn lao động (cháy nổ khí, bục nước, sập lò ), nên mỏ than hầm lò luôn

được coi là hộ tiêu thụ điện đặc biệt quan trọng Không giống như phần lớn các xí nghiệp công nghiệp sản xuất tập trung, các xí nghiệp mỏ thường được cung cấp điện theo mô hình: lưới cao áp quốc gia -> lưới phân phối -> lưới hạ

áp Hiện nay ở Việt Nam, lưới phân phối có các cấp điện áp được áp dụng như sau: 3, 6, 10, 35kV; lưới hạ áp khu vực có: 380, 660V

Tùy theo độ sâu, diện tích của vỉa than và cấp điện áp làm việc của các thiết bị điện sử dụng trong hầm lò, trên thế giới từ lâu nay phổ biến hai phương pháp cung cấp điện như sau:

1.3.21.1 Cấp điện qua giếng

Phương pháp này được áp dụng cho mỏ sâu Trạm chính của mỏ nhận

điện cao áp từ lưới quốc gia, chuyển hạ cấp điện áp xuống lưới phân phối, thường là 6kV Điện áp này được dẫn từ trạm biến áp chính (T.B.A.C) hoặc trạm phân phối trên mặt bằng qua lò giếng (thường là giếng phụ) tới các trạm biến áp di động (T.B.D) hoặc cố định (T.B.C) trong lò, với mô hình chung như minh họa nêu trên hình 1.9a Trạm phân phối trung tâm hầm lò (T.P.T.H) thường được bố trí lắp đặt cạnh sân giếng, lân cận với trạm bơm thoát nước chính và trạm chỉnh lưu

1.3.2.2 Cấp điện qua lỗ khoan

Phương pháp này nói chung chỉ áp dụng cho các mỏ nông, khi các vỉa than nằm sâu nhất không quá 300m Theo phương pháp này, điện hạ thế được cấp thẳng từ trạm chính hoặc từ các biến áp phân phối đặt trên mặt bằng đến tận lò chợ, dẫn cáp qua lỗ khoan hoặc thượng thông gió Như vậy sơ đồ này không có trạm phân phối ngầm Mô hình cung cấp điện theo phương án này

được minh họa trên hình 1.9b

Hình 1.2 Mô hình cung cấp điện khu vực khai thác

a/ Qua giếng; b/ Qua lỗ khoan

Phương pháp cung cấp điện đối với mỗi khu vực, kết cấu và thông số mạng điện hạ áp khu vực mỏ được tính toán dựa trên phương pháp mở vỉa; phương pháp khai thác, vận chuyển than, đất đá; chiều dài vỉa, sản lượng vỉa; mức độ trang bị cơ giới hoá khai thác than… Mỗi đơn vị khai thác được cấp

điện từ trạm biến áp khu vực 6/0,4kV Chủ yếu các trạm biến áp khu vực đặt trong hầm lò, được cung cấp điện qua lò bằng, giếng nghiêng hoặc giếng đứng

từ trạm biến áp chính trên mặt bằng theo đường dây trên không và cáp điện 6kV Các trạm đặt trong hầm lò chủ yếu sử dụng các máy biến áp phòng nổ

(JTZSB-315kVA), Trung Quốc (KBSGZJ…)… Có thể đặt chúng cố định hoặc di chuyển định kỳ nhằm cung cấp điện áp 380V đến các điểm phân phối điện hạ

áp của các công trường khai thác bằng cáp cứng và cáp mềm đặt theo đường

lò Có một số rất ít trường hợp trạm biến áp khu vực 6/0,4kV đặt ở ngoài cửa

lò, sử dụng máy biến áp kiểu thông thường Hiện nay, các máy biến áp khu vực ở các mỏ hầm lò Quảng Ninh làm việc với hệ số mang tải chủ yếu nằm trong khoảng β = 0,3ữ0,83, ngoài ra có một số ít số máy biến áp làm việc với

Các sơ đồ nguyên lý cung cấp điện hạ áp điển hình của các mỏ khảo sát: Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Thống Nhất, Dương Huy, Khe Chàm và Mông Dương được thể hiện trên các hình PL1.8 ữ PL1.14

1.3.3 Kết cấu của lưới hạ áp

Các mạng điện hạ áp khu vực mỏ than hầm lò Quảng Ninh, có tổng chiều dài mạng tính theo khu vực khai thác không lớn L=0,26ữ2,85km (trung bình L=0,9km), phân nhánh không nhiều, có từ 1ữ4 nhánh; số thiết bị đấu vào mạng ít N=8ữ47 (trung bình N=43); chiều dài xa nhất từ máy biến áp đến phụ

cáp điện hạ áp mỏ hầm lò thường sử dụng loại cáp có điện áp đến 1000V chủ

lượng rất nhỏ là cáp do Trung Quốc sản xuất (UPQ, MYP, MCP, MZ, UCPQ…) Thời gian cáp điện sử dụng trong mỏ hầm lò từ vài tháng đến hàng chục năm Tuổi thọ của cáp điện mỏ ở những đường lò chịu tác động của đất

đá, hay phải chịu sự di chuyển thường xuyên khoảng 2ữ3 năm, còn ở những

đường lò tĩnh nơi ít bị tác động phá hoại trực tiếp của môi trường khoảng 8ữ15năm

Bảng 1.5 Đặc điểm và tình trạng làm việc của

hệ thống điện hạ áp mỏ than hầm lò vùng Quảng Ninh

TT Tên mỏ than

Hệ số mang tải máy biến

áp, β

Đặc điểm và tình trạng làm việc của

hệ thống điện hạ áp 380V mỏ than hầm lò QN Tổng chiều

dài mạng cáp điện hạ

áp L, km

Chiều dài mạng xa nhất

từ máy biến

áp đến phụ tải

Lxn, km

Tổng số thiết bị

đấu vào mạng N, cái

Số nhá

Từ kết quả tính toán ở bảng 1.5 cho thấy các mạng điện hạ áp khu vực hầm lò có tổng chiều dài không lớn, do đó để đảm bảo an toàn việc bù thành phần điện dung của dòng rò không phải là cấp bách, mà chỉ cần thực hiện bù tĩnh hiện có trong các rơle rò là đủ Số lượng thiết bị điện đấu vào mạng đủ lớn làm giảm cách điện so với đất và làm tăng dòng rò Do đó cần tìm biện pháp cải thiện cách điện của các phần tử trong mạng đặc biệt là với thiết bị

điều khiển để đảm bảo an toàn Tuy nhiên trong các loại thiết bị điều khiển thì khởi động từ chiếm đến 59,6% tổng số (bảng 1.7) Vì vậy cần đưa ra biện pháp cải thiện và nâng cao tính cách điện của khởi động từ

1.4 Thiết bị điện hạ áp sử dụng trong các mỏ hầm lò Quảng Ninh

1.4.1 Tổng quan về tình hình trang bị thiết bị điện

Các thiết bị điện trang bị trong hệ thống điện hạ áp mỏ hầm lò Quảng Ninh chủ yếu do nước ngoài sản xuất (PL1.2 và PL1.3) Các thiết bị đóng cắt

83-80, 120, 225…), Ba Lan (KWSOI-160, OWD-106…) Các thiết bị khởi động

KZOWO-3,5…) Các phụ tải điện sử dụng ở các mỏ hầm lò Quảng Ninh là các động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc kiểu phòng nổ (BAO, BP, MA-36,

Trung Quốc, Ba Lan sản xuất

cắt điện khi có dòng rò và chỉ cho mạng làm việc khi có điện trở các điện đủ

lớn (điện trở cắt tới hạn bằng 10,5kΩ/pha đối với mạng 380V; 30kΩ/pha đối với mạng 660V)

ở mạng điện hầm lò 1140V bảo vệ khỏi rò là tổ hợp thiết bị gồm 2

mạng khi điện trở cách điện giảm thấp hơn giá trị 60kΩ/pha và khi phát sinh dòng rò nguy hiểm Khối bù thành phần điện dung của dòng rò và nối ngắn

dòng rò khoảnh khắc bằng cách đấu sun chỗ rò nguy hiểm với đất, cũng như

-1140 được lắp đặt trong trạm biến áp di động 6/1,2kV

1.4.2 Phân loại các thiết bị điện hạ áp được sử dụng trong các mỏ

Để định hướng cho việc nghiên cứu về các thiết bị điện trong mỏ than hầm lò Quảng Ninh, cần khảo sát, thống kê cụ thể tình hình sử dụng các thiết

bị điện mỏ tại các mỏ than hầm lò: Mạo Khê, Vàng Danh, Hà Lầm, Thống Nhất, Dương Huy, Khe Chàm, Mông Dương Các thiết bị điện mỏ được tập hợp và thống kê trên các bảng PL1.1 đến PL1.4

Qua kết quả thống kê trong bảng PL1.1 đến PL1.4 ta thấy, ở các mỏ hầm lò Việt Nam việc sử dụng các thiết bị điện vẫn chủ yếu do Nga sản xuất

tổng số, do Trung Quốc (TBHDP) có 2 máy và chỉ chiếm 1%, do Ba Lan

(JY82-380, JY82A-380…) có 32 máy chiếm 15% tổng số; có 295 áptomat của Nga

Trung Quốc sản xuất (DW80-200, DW80-350, DW80-500,…) có 283 máy chiếm 47,8%, 2,0% do Ba Lan và 0,3% tổng số do các nước khác sản xuất;

khởi động từ chiếm một số lượng lớn trong tổng thiết bị mỏ, có 435 khởi động

Trung Quốc (QC83-80, QC83-120, QC83-225, QBZ-120, BQD-7, BQD-5, QJZ80, QJZ200/1140…) có 599 máy chiếm 55% và có 57 máy do Ba Lan sản xuất (OWS-0106, KWSOI-160-22…) chiếm 5% tổng số; biến áp khoan của

Quốc (BBZ-4…) có 180 máy chiếm 39,8% và của Ba Lan (OZTU-3,5; KZWOI-3,5…) có 38 máy chiếm 8,9%

Tổng hợp toàn bộ thiết bị trong các mỏ (PL1.2) ta thấy, mức độ trang bị thiết bị điện nước ngoài dùng riêng cho hệ thống cung cấp điện mỏ hầm lò ở nước ta là 3673 thiết bị trong đó có 1789 thiết bị do Nga sản xuất chiếm 48,71%,

do Trung Quốc là 1548 chiếm 42,15%, do Ba Lan là 330 chiếm 8,98% và các nước khác là 6 chiếm 0,15% và được thể hiện trên biểu đồ hình 1.3 như sau:

Hình 1.3 Biểu đồ tỷ lệ phần trăm thiết bị điện hạ áp khu vực mỏ hầm lò Quảng Ninh do các nước sản xuất

Khởi động từ là một loại thiết bị điều khiển được sử dụng rất phổ biến trong các mỏ hầm lò Quảng Ninh Qua quá trình khảo sát và thu thập số liệu thực tế ta có bảng thống kê các thiết bị điều khiển như sau:

Bảng 1.6 Bảng thống kê các khởi động từ ở các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hình 1.4 Biểu đồ tỷ lệ phân bố các khởi động từ theo các nước sản xuất

tại các mỏ hầm lò Quảng Ninh

167

246

29 0

93 116

19 0 36 59

1 0

47 28

0 0 0

Nga Trung Quốc Ba Lan Nước khác

Hình 1.5 Biểu đồ tỷ lệ phân bố các khởi động từ

tại các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Qua thống kê các khởi động từ mỏ ta thấy tình trạng sử dụng số lượng khởi động từ ở các mỏ có qui mô lớn (Mạo Khê, Vàng Danh…) tập trung nhiều hơn ở các mỏ có qui mô trung bình (Dương Huy, Khe Chàm…) Ví dụ

mỏ Mạo Khê có tổng 442 khởi động từ còn ở mỏ Dương Huy chỉ có 62 cái

Mạo Khê Vàng Danh Hà Lầm Thống Nhất Dương Huy Khe Chàm Mông Dương

Bảng 1.7 Bảng thống kê các thiết bị điều khiển

Qua kết quả thống kê trong bảng 1.7 và hình 1.6 ta thấy khởi động từ

đ−ợc sử dụng rất nhiều có tới 1091 cái trên tổng số 1683 thiết bị điều khiển

yếu là do Nga sản xuất có 435 cái chiếm đến 59,6% tổng số thiết bị điều khiển

0100200300400500600

295,

40%

Trung Quốc

599, 68%

283, 32%

Ba Lan

57, 83%

12, 17%

592, 35%

và Trung Quốc sản xuất có tới 599 cái chiếm 67,91% tổng số thiết bị điều khiển còn lại là do Ba Lan và các nước khác cung cấp (Biểu đồ hình cột)

Để thấy được vai trò quan trọng của khởi động từ trong các mỏ hầm lò Quảng Ninh ta thống kê số liệu và tỷ lệ khởi động từ trong toàn bộ thiết bị

điện hạ áp mỏ như sau:

Bảng 1.8 Bảng thống kê các khởi động từ và tổng số thiết bị điện hạ áp

Quốc

Ba Lan

1354,

76%

Trung Quốc

599, 39%

949, 61%

Ba Lan

57, 17%

273, 83%

2582, 70%

Qua kết quả thống kê trong bảng 1.8 và hình 1.7 ta thấy khởi động từ

được sử dụng rất nhiều có tới 1091 cái trên tổng số 3673 thiết bị điện hạ áp

dùng chủ yếu là do Nga sản xuất có 435 cái chiếm đến 24,31% tổng số thiết bị

điều khiển và Trung Quốc sản xuất có tới 599 cái chiếm 38,69% tổng số thiết

bị điều khiển còn lại là do Ba Lan và các nước khác cung cấp (Biểu đồ hình cột)

1.4.3 Một số khởi động từ thường được sử dụng trong mỏ

1.4.3.1 Tình trạng kỹ thuật các khởi động từ của Nga

Loại này có sơ đồ điều khiển từ xa an toàn tia lửa Khởi động từ được

Khởi động từ đảm bảo làm việc tin cậy ở chế độ khoảnh khắc lặp lại khi

TĐ%=40% khởi động từ làm việc bình thường khi điện áp dao động trong phạm vi 85ữ110% điện áp định mức

Độ bền cơ học của tiếp điểm ≥3.000.000 lần đóng cắt với tần số đóng

cosϕ=0,35 và cắt dòng định mức ở cosϕ=0,7ữ0,8 với TĐ%=40%

Độ bền điện của khối tiếp điểm điều khiển bằng 300.000 chu kỳ đóng- cắt Khởi động từ gồm vỏ, nắp, hộp đấu cáp, khối điều khiển, cầu dao cách

ly liên động, bộ ổn áp, biến áp hạ áp và công tắc tơ Cầu dao đảo mạch liên

phận tay quay và nút bấm bố trí ở bên ngoài vỏ

Nắp của khởi động từ đ−ợc liên động với tay quay của cầu dao đảo mạch để không thể mở nắp khi tay quay đặt ở vị trí giữa (vị trí cắt) Cắt đảo

Khi mở nắp khởi động từ, vít liên động nằm trong r/nh của tay quay bộ phận đảo mạch nhằm loại trừ khả năng đóng điện vào khởi động từ đang mở nắp

Hộp đấu cáp gồm 2 ngăn (ngăn “mạng” và ngăn “động cơ”) và đ−ợc

đậy kín bằng một nắp chung

Hộp đấu cáp cho phép đấu cả cáp mềm cũng nh− cáp bọc thép có đấu tách cáp khô hoặc đổ nhựa cáp Đấu cáp điện lực vào động cơ thực hiện ở ngăn “động cơ”

Trên panen của khối điều khiển lắp đặt rơle cực đại, rơle trung gian, cầu

Trong khởi động từ sử dụng công tắc tơ loại KT-7013P có buồng dập hồ quang

Tính phòng nổ của khởi động từ đ−ợc thực hiện nhờ khe hẹp không thấm

nổ và độ bền cơ học của vỏ, cũng nh− mạch điều khiển từ xa an toàn tia lửa

Sơ đồ điện của khởi động từ đ−ợc thực hiện (hình 1.8)

- Đóng và cắt động cơ không đồng bộ nhờ có hộp nút điều khiển lắp trên máy công tác hoặc hộp nút riêng;

- Đổi chiều quay của động cơ nhờ có bộ đảo mạch sau khi cắt điện của

động cơ;

- Bảo vệ khỏi dòng sự cố ngắn mạch ở phần mạng từ đầu ra của khởi

động từ;

- Bảo vệ cực tiểu;

- Bảo vệ khỏi tự đóng khởi động từ khi điện áp mạng cung cấp cho khởi

- Kiểm tra tính đúng đắn của khởi động từ

Khởi động từ được chế tạo với điện áp 380/660V Để chuyển từ cấp

điện áp này sang cấp điện áp khác cần thay thế cuộn dây công tắc tơ và chuyển đầu đấu của biến áp điều khiển sang vị trí tương ứng

Việc thực hiện các bảo vệ do mất hoặc tăng điện trở mạch tiếp đất (≥150Ω) được thực hiện bằng cách lựa chọn các thông số xác định của mạch

điều khiển từ xa Vì thế cấm không được thay đổi giá trị của các thông số, của các phần tử trong mạch điều khiển từ xa nhằm giữ được hệ số an toàn tia lửa của mạch bằng 2,5

Việc kiểm tra tính đúng đắn của khởi động từ được thực hiện bằng cách

kiểm tra này chỉ được tiến hành khi cáp điện lực đấu vào động cơ được tháo ra vì nếu không thì sẽ đóng điện áp không an toàn tia lửa vào mạch này

chất hút ẩm được sấy và rơle mất pha

- Bảo vệ khỏi đứt hoặc điện trở lõi tiếp đất tăng quá giá trị cho phép bằng 150Ω

- Bảo vệ khỏi mất 1pha của khởi động từ do chảy cầu chì;

- Khóa liên động điện để không cho đóng khởi động từ khi điện trở cách điện của phần mạng sau khởi động từ giảm thấp hơn giá trị cho phép;

- Báo tín hiệu do liên động rò điện tác động;

- Liên động điện tương hỗ về thứ tự đóng các khởi động từ;

- Duy trì mức độ cách điện của khởi động từ đủ cao nhờ chất hút ẩm có

được sấy;

- Điều khiển cục bộ nhờ các hộp nút lắp trong khởi động từ;

- Điều khiển từ xa nhờ hộp nút điều khiển lắp trên máy công tác hoặc lắp đặt riêng;

- Điều khiển tự động từ xa từ khối tiếp điểm hoặc cảm biến để hở

Để cung cấp cho mạch chiếu sáng cục bộ và sơ đồ tự động sử dụng

được nung nóng (sấy) được đấu qua tiếp điểm thường đóng K4 của khởi động

từ không thuận nghịch và qua 1K2, 2K2 của khởi động từ thuận nghịch, do đó

điện trở sấy chỉ được đấu khi động cơ không làm việc

d) Khởi động từ ПВИ khác với các khởi động từ kể trên ở chỗ cho phép

đấu vào bằng cáp mềm, cũng nh− cáp bọc thép nhờ có phích cắm Nắp của

buồng riêng so với buồng đặt công tắc tơ Công tắc tơ loại KTY và các phần tử

cho việc thay thế khi h− hỏng