Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hoá để quản lý quá trình sử dụng năng lượng điện cho khâu vận tải mỏ hầm lò ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VŨ TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỂ QUẢN LÝ Q TRÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CHO KHÂU VẬN TẢI MỎ HẦM LÒ Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VŨ TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỂ QUẢN LÝ Q TRÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CHO KHÂU VẬN TẢI MỎ HẦM LÒ Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS THÁI DUY THỨC Lêi cam đoan Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với tên đề tài đà đăng ký phê duyệt theo định số 830/QĐ-MĐC Hiệu trưởng Trường Đại học Mỏ - Địa Chất Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Vũ Tn Anh Mơc lơc Trang Trang phơ b×a Lêi cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương tình hình sử dụng tiết kiệm quản lý lượng việt nam giới 1.1 Khái quát tình hình sử dụng tiết kiệm quản lý lượng giới 1.2 Tình hình sử dụng tiết kiệm quản lý lượng Việt Nam 1.3 Thực trạng tình hình sử dụng lượng điện khâu vận tải mỏ hầm lò nghành mỏ Việt Nam Chương nghiên cứu đề xuất mét sè øng dơng tù 40 ®éng ®Ĩ tiÕt kiƯm lượng điện cho khâu vận tải mỏ hầm lò 2.1 Khái quát chung 40 2.2 41 Các giải pháp đề xuất Chương Xây dựng hệ thống giám sát, quản lý 42 lượng điện khâu vận tải mỏ hầm lò 3.1 Hiện trạng tiêu thụ lượng điện Công ty Cồ phần than Hà 78 Lầm 3.2 Xây dựng hệ thống giám sát quản lý lượng điện cho khâu vận tải 81 Công ty Cổ phần than Hà Lầm-TKV Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo 98 Phụ lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt TBĐTCS Thiết bị điện tử công suất MBA Máy biến áp Danh mục bảng Bảng 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Tên bảng Thông số kỹ thuật số loại máng cào điển hình Tổng hợp kết đo băng B1 vào ngày điển hình tuần Tổng hợp kết đo băng B2 vào ngày điển hình tuần Tổng hợp kết đo băng B6 vào ngày điển hình tuần Tổng hợp kết đo băng B7 vào ngày điển hình tuần Trang 11 15 16 17 19 1.6 Thông số kỹ thuật số loại băng tải điển hình 22 1.7 Thông số kỹ thuật động tời điện 27 1.8 Số lượng tời trục sử dụng công ty than Mông Dương 27 1.9 Thông số kỹ thuật tầu điện ác quy CDXT-8J 33 1.10 Đặc tính kỹ thuật đầu tầu ddieezel DLZ110F-180-6 38 2.1 Các loại biến tần Wagon làm mát chất lỏng 55 3.1 3.2 Tổng điện tiêu thụ Công ty than Hà Lầm năm 2007-2009 Tiêu thụ điện cho khâu sản xuất toàn Công ty than Hà Lầm năm 2009 78 79 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình Tên hình vẽ 1.1 Tiêu thụ điện để sản xuất than Tập đoàn TKV 1.2 1.3 1.4 1.5 Biểu đồ suất tiêu thụ điện sản lượng than qua năm Thiết bị đo lường điện lò Sơ đồ đấu nối thiết bị đo lường điện băng tải Công ty than Nam Mẫu Sơ đồ đẫu nối thiết bị đo lường điện máng cào Công ty than Mông Dương Trang 10 10 1.6 Đồ thị đo công suất tiêu thụ thực tế băng tải cửa lò +30 12 1.7 Biểu đồ tiêu thụ điện thực tế băng tải cửa lò +30 12 1.8 Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình băng tải XV+125 13 1.9 Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình băng tải B1 14 1.10 Biểu đồ cos trung bình băng tải B1 14 1.11 Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình băng tải B2 15 1.12 Biểu đồ cos trung bình băng tải B2 15 1.13 Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình băng tải B6 17 1.14 Biểu đồ cos trung bình băng tải B6 17 1.15 Biểu đồ công suất tiêu thụ trung bình băng tải B7 18 1.16 Biểu đồ cos trung bình băng tải B7 18 1.17 1.18 Sơ đồ công nghệ tuyến vận tải băng, máng Công ty than Vàng Danh Sơ đồ công nghệ tuyến vận tải băng, máng Công ty than Nam Mẫu 20 21 1.19 Sơ ®å hƯ trun ®éng trơc têi 24 1.20 Têi trơc giếng Vàng Danh 25 1.21 Tời trục giếng Cánh Gà 26 1.22 Biểu đồ công suất tiêu thụ điện tời giếng phụ Cánh Gà ngày 14-03-2009 27 1.23 Công suất hoạt động tời JD04 29 1.24 Hệ số công suất hoạt động ngày tời JD04 30 1.25 Công suất hoạt động ca làm việc tời JD04 30 1.26 Sơ đồ điện tầu ®iƯn cÇn vĐt 10KP 32 1.27 TÇu ®iƯn cÇn vĐt 35 1.28 Đầu tàu điện Điezel 37 1.29 Bộ phanh h·m BTs 38 1.30 Toa xe chë ng­êi 38 2.1 Sơ đồ khối biến tần 42 2.2 Mô hình điều khiển biến tần theo tải 47 2.3 Biến tần làm mát chất lỏng So sánh biến tần làm mát chất lỏng biến tần tàm mát khí Sơ đồ P&ID hệ trao đổi nhiệt biến tần làm mát chất lỏng Kết nối với phận cấp nước bên 48 Kết ứng dụng biến tần Wagon So sánh chi phí lượng biến tần làm mát chất lỏng biến taahf làm mát băng không khí Biến tần phòng nổ hÃng Dingha 51 55 2.13 Sơ đồ khối hệ thống trao i nhit t ng Đồ thị diễn biến xung áp dòng động điều khiển Gii phỏp để xuất cho điều khiển tầu điện tiết kiệm lượng Sơ đồ điều chỉnh tự động dung lượng bự theo in ỏp 2.14 Mô hình khối hoạt động tủ bù cosphi tự động 65 2.15 Các vấn đè thường gặp hệ thống điện 66 2.16 Nguyên nhân dẫn đến cố gây tốn 66 2.17 Khắc phục cố 67 2.18 Mô hình quản ký điện tự động 68 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 49 49 50 52 53 57 58 63 70 2.22 Một số mô hình truyền thông hệ thống quản lý điện tự động Một số sản phẩm đo lường điện hÃng Carlo Gavazzi Giao diện giám sát quản lý điện PowerSoft hÃng Carlo Gavazzi Giao diện cảnh báo 2.23 Giao diện phân tích số liệu lập báo cáo 74 2.24 Bảng giá sử dụng điện 75 2.25 77 3.2 Công tác giám sát xây dựng mục tiêu Sơ đồ nguyên lý hoạt động giám sát xây dựng mục tiêu Biểu đồ tỷ lệ điện tiêu thụ khâu công nghệ năm 2009 Băng tải lò XV - 41 3.3 Ti trc ngm chớnh -51 81 3.4 Sơ đồ nguyên lý thiết bị đo lường đa 83 3.5 Cụng t phũng nổ đo đếm điện lò 84 3.6 Sơ đồ khối truyền thơng cáp quang 88 3.7 HƯ thống quản lý điện dùng hầm lò 89 3.8 Sơ đồ khối máy trạm kết nối với thiết bị khác hệ thống Khâu vận tải cho PXKT5, PXKT10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống giám sát điện khâu vận tải 91 3.11 Sơ đồ công nghệ tuyến vận tải 94 3.12 Giao diện sa bàn 94 3.13 Cảnh báo cố 95 3.14 Thông số thiết bị hoạt động 96 3.15 Năng lượng tiêu thụ thiết bị (chưa hoạt động) 97 3.16 Đồ thị hoạt động thay đổi tốc độ (f=40 HZ) 97 2.19 2.20 2.21 2.26 3.1 3.9 3.10 71 72 73 77 79 81 92 93 Cáp truyền thông nối tiếp: bao gồm cáp quang cáp đồng đôi dây xoắn - Đôi dây xoắn: đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây đồng quấn cách ly ôm vào Trong hệ thống truyền thông công nghiệp thường sử dụng đôi dây xoắn kèm với chuẩn RS-485 Một cáp dẫn thường bao gồm nhiều đôi dây xoắn, trường hợp phổ biến hai đôi dây với lớp bọc lót che chắn giảm tác động nhiễu bên đến tín hiệu truyền dẫn, đồng thời hạn chế nhiễu xạ từ đường truyền môi trường xung quanh - Cáp quang: Được sử dụng lĩnh vực ứng dụng đòi hỏi tốc độ truyền tải cao, phạm vi truyền dẫn lớn môi trường làm việc chịu tác động mạnh nhiễu Các loại cáp quang đạt tới tốc độ truyền 20Gbit/s, hệ thống lắp đặt thông thường có tốc độ truyền khoảng vài Gbit/s Sự suy giảm tín hiệu cáp quang nhỏ, chiều dài cáp dẫn tới hàng chục kilomet mà không cần lặp hay khuếch đại tín hiệu Một ưu điểm lớn cáp quang tính kháng nhiễu tính tương thích điện - từ Cáp quang không chịu tác động nhiễu ngoại cảnh trường điện từ, sóng vô tuyến Ngược lại, thân cáp quang không xạ nhiễu môi trường xung quanh, không ảnh hưởng tới hoạt động thiết bị khác Bên cạnh đó, sử dụng cáp quang nâng cao độ bảo mật thông tin truyền Hỡnh 3.6 S truyn thụng bng cỏp quang Truyền qua đường cáp quang có ưu nhược điểm sau: - Khoảng cách kết nối từ vài số đến vài trục số, kết nối rễ ràng, tốc độ truyền số liệu cao, ổn định bị ảnh hưởng sét - Yêu cầu xây dựng đường cáp quang nối điểm truyền số liệu, chi phí lắt đặt cao phương pháp khác 86 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ + Tr¹m thu thËp trung gian (tr¹m cơc bé) : Trong mét hƯ thèng cã thĨ cã nhiỊu tr¹m thu thËp số liệu trung gian, trạm bao gồm hai thành phần vỏ phòng nổ mạch xử lý tín hiệu Đây hai phận định an toàn hệ thống sử dụng hầm lò trạm trung gian thu thập số liệu từ công tơ số gửi lên mặt trung tâm giám sát tập trung thông qua mạng RS485 Mỗi trạm trung gian kết nối với nhiều công tơ số qua mạng truyền thông nối tiếp, tối đa 10 công tơ 3.2.1.2 Hệ thống giám sát điện hầm lò Hệ thống quản lý điện chế tạo nhằm mục đích thu thập tín hiệu đo lường từ công tơ điện phòng nổ hầm lò để truyền lên mặt bằng, giúp người vận hành hệ thống điện theo dõi, tổng hợp, phân tích đánh giá lưu trữ tự động thông số sử dụng lượng theo thời gian thực thiết bị điện hầm lò phòng giám sát tập trung mặt Các thiết bị hệ thống thiết kế chế tạo kiểm định theo tiêu chuẩn TCVN 7079-0: 2002, TCVN 7079 -1: 2002, sử dụng môi tr­êng cã khÝ bơi nỉ 87 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ H×nh3.7 HƯ thống quản lý điện dùng hầm lò Thông số kỹ thuật hệ thống: - Tên thương mại: GSĐN - Số lượng trạm tối đa: 128 trạm - Tên máy trạm: TTH - Vỏ máy trạm : Kết cấu phòng nổ ExdI - Khoảng cách tối đa hai máy trạm liên tiếp : km - Phần nguồn nuôi máy trạm: Điện áp làm việc: U=380/660VAC 20V Tần số lưới điện: fmax= 5060 Hz 88 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ - Phần truyền thông lên trung tâm máy trạm : Tín hiệu an toàn tia lửa: ExiaI Điện áp đầu lớn nhất: Uo = 6V/DC Dòng điện đầu lớn nhất: Io = 170mA/DC Điện cảm tương đương đầu ra: Li = Điện dung tương đương đầu ra: Ci = 1uF Điện cảm tối đa cho phép kết nối với đầu ra: L0 = 8mH Điện dung tối đa cho phép kết nối với đầu ra: C0 = 14999uF Khoảng cách gần đường mạch in : Lmin =6mm Chiều dầy mạch đồng : > 0,2mm - Cổng truyền thông đến công tơ điện phòng nổ máy trạm: Tín hiệu an toàn tia lửa: ExiaI Điện áp đầu lớn nhất: Uo = 6V/DC Dòng điện đầu lớn nhất: Io = 170mA/DC Điện cảm tương đương đầu ra: Li = Điện dung tương đương đầu ra: Ci = 1uF Điện cảm tối đa cho phép kết nối với đầu ra: L0 = 8mH Điện dung tối ®a cho phÐp cã thĨ kÕt nèi víi ®Çu ra: C0 = 14999uF Khoảng cách gần đường mạch in : Chiều dầy mạch đồng : Lmin =6mm > 0,2mm - Điều kiện sử dụng: Nhiệt độ môi trường: (-540)0C Độ ẩm môi trường: (3095)%RH - Kích thước máy trạm (mm): Cao 650 rộng 604 sâu 234 - Vỏ sơn tĩnh điện (khoang an toàn tia lửa mở thiết bị hoạt động (Exia) sơn mầu xanh khác mầu với mầu khoang phòng nổ) 89 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ Sơ đồ mô tả kỹ thuật hệ thống: Mạch nguồn dùng biến 660VAC áp cách ly Mạch xử lý liệu Tín hiệu truyền thông RS485 ExiaI kết nối tới công tơ phòng nổ (cáp đồng) Mạch cách ly an toàn Công tơ PN Trạm trung gian số Bên vỏ phòng nổ trạm trung gian Bộ chuyển đổi quangđiện Công tơ PN Công tơ PN 10 Mạch cách ly an toàn Tín hiệu truyền thông RS485 ExiaI kết nối tới máy trạm khác(cáp đồng) Cáp quang Trạm GSTT mặt Trạm trung gian sè Tr¹m trung gian sè Tr¹m trung gian số 128 Hình 3.8 Sơ đồ khối máy trạm kết nối với thiết bị khác hÖ thèng 90 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ 3.2.2 X©y dùng hƯ thèng cho khâu vận tải điển hình u t lp t thiết bị đo lường giám sát khu vực vị trí trọng điểm tiêu thụ điện khâu vận tải lị Cơng ty CP than Hà Lầm TKV nhằm quản lý điện tiêu thụ đồng thời bố trí phụ tải hợp lý vào cao điểm, mặt khác hệ thống quản lý chi tiết điện tiêu thụ thiết bị cụ thể U, I, P, Q, cosφ, f để từ tính lượng điện tiêu thụ hàng tháng cho thiết bị, đưa cảnh báo thiết bị cố, tải hay non tải Vị trí lựa chọn lắp đặt thiết bị đo theo nguyên tắc sau: - Lắp thiết bị đo lường thiết bị khâu vận tải mỏ hầm lò băng, máng, tời trục - Phịng đặt máy tính chọn phịng quan trắc khí mỏ tập trung M¸ng co SKAT-80 P=30 kW KT Băng tải B800 số P=30 kW Băng tải B800 số P=30 kW Băng tải B1000 XV-41 P=132 kW Máng cào lò chợ P=22 kW Máng cào lò chợ P=22 kW - Cỏc thiết bị theo dõi lò thiết kế đặt vỏ phòng nổ đảm bảo tiêu chuẩn điều kiện làm việc mỏ hầm lị có khí bụi nổ, tín hiệu truyền thơng tín hiệu an tồn tia la KT 10 Băng t B650 ải số P=22 kW Băng tải B650 số P=22 kW g tải Băn số B65 kW P=2 Hình 3.9 Khâu vận tải cho PXKT5, PXKT10 91 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống giám sát điện khâu vận tải 92 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ 3.2.2 Xây dựng phần mềm giám sát quản lý điện Luận văn dùng phần mềm Intouch hÃng Wonderware để xây dựng scada giám sát cho hệ thống quản lý điện Kết chạy mô cho giao diện giám sát sau: Hình 3.11 Sơ đồ công nghệ tuyến vận tải Hình 3.12 Giao diện sa bàn 93 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ Hình 3.13 Cảnh báo cố Hình 3.14 Thông số thiết bị hoạt động 94 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ H×nh 3.15 Năng lượng tiêu thụ thiết bị (chưa hoạt động) Hình 3.16 Đồ thị hoạt động thay đổi tèc ®é (f=40 HZ) 95 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ Hình 3.17 Đồ thị hoạt động thay đổi tốc độ (f=20HZ) 96 Created with Print2PDF To remove this line, buy a license at: http://www.software602.com/ Kết luận kiến nghị I Kết luận Giám sát để quản lý lượng điện nước giới lựa chọn ưu tiên để thực “Chiến lược phát triển bền vững lượng” giai đoạn Do vậy, việc “Nghiên cứu đề xuất ứng dụng công nghệ tự động để quản lý hoạt động thiết bị công nghệ khâu vận tải mỏ hầm lị, từ nhằm mục đích sừ dụng lượng tiết kiệm hiệu quả” thực nhu cầu cấp thiết nhằm đáp ứng yêu cầu tăng sản lượng với nhịp độ cao ngành Than việc thực “Chiến lược phát triển ngành Than từ đến 2015, định hướng đến 2025”; Trên sở kết so sánh số liệu khảo sát, đo đạc, từ phân tích thực trạng hoạt động sử dụng điện đối tượng điển hình, phương pháp giúp ta đánh giá cách tổng quát thực trạng sử dụng điện thiết bị khâu vận tải mỏ, tồn việc sử dụng điện năng, xây dựng tiêu chuẩn mực việc cung cấp điện ổn định, an toàn hiệu phù hợp với điều kiện mỏ hầm lò điều kiện tăng cường giới hóa từ kiến nghị giải pháp để triển khai áp dụng vào thực tế sản xuất xây dựng mơ hình mẫu đáp ứng u cầu đặt cho ton ngnh; II Kiến nghị Cần triển khai áp dụng tin học hệ thống quản lý giám sát tự động để từ nắm bắt có xử lý kịp thởi với tình trạng hoạt động thiết bị gây tổn thất lượng cảnh bảo có xự cố áp dụng giải pháp hữu hiệu nhằm giảm chi phí điện cho thiết bị hoạt động khâu vận tải mỏ hầm lò, giảm chi phí hàng năm, giảm giá thành than khai thác, nâng cao mức sống người lao động Việc nâng cấp điện áp cần ý phải tận dụng tối đa thiết bị có với giải pháp kỹ thuật biện pháp tổ chức thực cụ thÓ TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Thái Duy Thức ( 2001 ) - Truyền động điện tự động cơng nghiệp mỏ dầu khí Cơng ty Tư vấn đầu tư Mỏ Công nghiệp TKV - Quy hoạch phát triển ngành Than Việt nam giai đoạn 2006 - 2015 có xét triển vọng đến 2025; Hà Nội; 2006 Quyết định số 1855/QĐ-TTg; Ngày 27/12/2007 Thủ tướng Chính Phủ - Phê duyệt Chính sách lượng Quốc gia Việt Nam đến 2020 tầm nhìn đến 2050; http://vbqpp12.moj.gov.vn/law/ Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC NXB KHKT, 2001 Nguyễn Bính: Điện tử cơng suất NXB KHKT 2000 TCN - 19- 2006 “Quy phạm trang bị điện” Phần I Quy định chung; Bộ Công nghiệp; 2006; Báo cáo kiểm tốn điện Cơng ty Cổ phần than Hà Lầm, Công ty than Vàng Danh, Công ty TNHH MTV than Nam Mẫu, Công ty CP than Mông Dương Institute of Energy Economics and Tokyo Electric Power Company - A Study on Vietnam National Energy Master Plan; Final Report; Tokyo; January 2008; Дмитриева Е.Н., Пушная И.В - Расчет показателей качества напряжения с учетом электрической связи между приемниками; Изв.АН СССР Энергетика и транспорт, 1982, №2 - С.85 - 93 10.Устройства плавного пуска «УПП» - Инженерная компания Технорос; www.technoroc.spb.ru;Michael T Direnzo ( 2000 ) - Switched Reluctance Motor Control –-Basic Operation and Example Using the TMS320F240 ... dung nghiên cứu - Tình hình sử dụng lượng điện khâu vận tải mỏ hầm lò - Đề xuất ứng dụng công nghệ tự động để tiết kiệm lượng điện khâu vận tải mỏ hầm lò - Xây dựng hệ thống giám sát, quản lý lượng. .. tình hình sử dụng lượng điện khâu vận tải mỏ hầm lò nghành mỏ Việt Nam Chương nghiên cứu đề xuất số ứng dụng tự 40 động để tiết kiệm lượng điện cho khâu vận tải mỏ hầm lò 2.1 Khái quát chung 40 2.2... TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT VŨ TUẤN ANH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỂ QUẢN LÝ Q TRÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CHO KHÂU VẬN TẢI MỎ HẦM LỊ Ở VIỆT NAM Chun ngành: Tự động hóa Mã số: