Проектирование электроснабжения и анализ фабрики — готовая структура и примеры расчетов для вашей дипломной работы

Введение. Обоснование актуальности и постановка задач проектирования

В современной горнодобывающей отрасли дробильно-обогатительные фабрики (ДОФ) играют центральную роль, являясь ключевым звеном в цепочке превращения добытой руды в товарный продукт. Их эффективность и производительность напрямую зависят от стабильности и надежности системы электроснабжения. В качестве объекта исследования для дипломной работы выступает АО «ОЛКОН» — одно из значимых предприятий отрасли, специализирующееся на выпуске железнорудного концентрата и щебня.

Основная проблема, решаемая в рамках проекта, — это необходимость проектирования эффективной и надежной системы электроснабжения, способной обеспечить выполнение производственных планов предприятия, производительность которого может достигать 3 000 000 тонн продукции в год. Непрерывность технологических процессов на ДОФ делает задачу бесперебойного питания критически важной.

Таким образом, были сформулированы следующие цели и задачи дипломной работы:

• Цель: Разработать комплексный проект системы электроснабжения дробильно-обогатительной фабрики АО «ОЛКОН».
• Задачи:
  1. Проанализировать технологический процесс и состав основного оборудования фабрики.
  2. Выполнить детальное исследование электропривода ключевого производственного механизма.
  3. Рассчитать суммарные электрические нагрузки предприятия.
  4. Спроектировать систему внешнего и внутреннего электроснабжения.
  5. Выполнить технико-экономическое обоснование предложенных решений.
  6. Разработать мероприятия по обеспечению безопасности и охране окружающей среды.

Решение этих задач позволит создать проект, который не только технически состоятелен, но и экономически рентабелен, что является главным требованием к современным инженерным разработкам.

Раздел 1. Технологическая часть. Анализ производственного процесса и сырьевой базы

Фундаментом для любого проекта электроснабжения является глубокое понимание технологии производства. В работе детально рассматриваются горно-геологические характеристики месторождения, на котором работает АО «ОЛКОН», и весь производственный цикл, начиная от добычи сырья.

Технология горных работ на предприятии включает в себя следующие этапы:

• Вскрытие карьера: удаление пустых пород для доступа к рудному телу.
• Подготовка и выемка горной массы: буровзрывные работы и экскавация руды.
• Транспортировка руды на фабрику.
• Организация отвального хозяйства для складирования пустой породы.

После доставки на фабрику руда проходит сложный технологический процесс. Типовая схема включает многостадийное дробление для уменьшения размера кусков руды и последующее измельчение в мельницах. Финальным этапом обогащения часто выступает флотация — процесс разделения минералов, основанный на их различной смачиваемости. На основе этой технологической схемы был составлен полный перечень основного оборудования, включая дробилки, мельницы, насосы и конвейеры, с указанием их паспортной мощности и режимов работы, что послужило базой для всех дальнейших электротехнических расчетов.

Раздел 2. Специальная часть. Исследование электропривода ключевого производственного механизма

Для демонстрации углубленного инженерного анализа, который является обязательным требованием дипломной работы, был выбран один из ключевых и наиболее энергоемких агрегатов — буровой станок СБШ-250МНА-32. Этот механизм играет важнейшую роль на этапе подготовки горной массы к выемке.

В рамках данного раздела приводится его подробное техническое описание, анализируется кинематическая схема и циклограмма работы. Основное внимание уделено анализу его электропривода. Было проведено обоснование выбора типа электродвигателя, его мощности и системы управления, которая должна обеспечивать необходимые режимы работы станка — вращение бурового става, подачу и подъем инструмента.

Ключевым результатом этого раздела является расчет и построение механических характеристик и нагрузочных диаграмм для различных операций, выполняемых станком. Этот детальный анализ позволяет понять характер нагрузок отдельного потребителя и является примером подхода, который масштабируется при расчете нагрузок всей фабрики.

Раздел 3. Расчет электрических нагрузок фабрики

Определение суммарной расчетной мощности является краеугольным камнем всего проекта электроснабжения. Этот параметр диктует выбор мощности силовых трансформаторов, сечения кабелей и линий электропередач, а также номинальные параметры всей защитной аппаратуры.

Расчет производился в несколько этапов:

1. Группировка потребителей: Все технологическое оборудование, определенное в Разделе 1, было сгруппировано по производственным участкам, цехам и уровням напряжения (преимущественно 6 кВ для мощных двигателей и 0.4 кВ для вспомогательных механизмов).
2. Расчет нагрузок групп: С использованием паспортной мощности оборудования и стандартных коэффициентов использования и спроса была рассчитана активная (кВт) и реактивная (кВАр) нагрузка для каждой группы.
3. Определение суммарной нагрузки: Путем суммирования нагрузок всех групп были определены итоговые расчетные показатели для всей дробильно-обогатительной фабрики.

Для анализа динамики потребления и более точного подбора оборудования были построены суточный и годовой графики электрических нагрузок. Они наглядно демонстрируют пики и спады энергопотребления, что позволяет оптимизировать работу системы электроснабжения и графики ремонтов оборудования.

Раздел 4. Проектирование системы внешнего электроснабжения

После определения требуемой мощности необходимо было разработать схему ее доставки от энергосистемы до предприятия. Система внешнего электроснабжения — это комплексное решение, обеспечивающее подачу высокого напряжения на главную понизительную подстанцию (ГПП) фабрики.

В качестве источника питания была выбрана ближайшая подстанция региональной энергосистемы. Напряжение питающих линий, в зависимости от удаленности и передаваемой мощности, для таких объектов обычно находится в диапазоне от 6 до 220 кВ. Для повышения эффективности и снижения потерь электроэнергии была применена схема так называемого «глубокого ввода», при которой высоковольтные линии подводятся максимально близко к центрам сосредоточения основных нагрузок.

Был произведен выбор сечения проводов для воздушных линий электропередач с обязательной проверкой по нескольким критериям: допустимый ток нагрева, экономическая плотность тока и допустимая потеря напряжения. Учитывая, что надежность электроснабжения является критически важным фактором для непрерывного производства, в проекте были заложены меры по ее обеспечению, например, путем резервирования линий питания.

Раздел 5. Проектирование главной понизительной подстанции и внутрицеховых сетей

Главная понизительная подстанция (ГПП) — это сердце системы электроснабжения предприятия. Здесь высокое напряжение преобразуется в среднее (6 или 10 кВ) для дальнейшего распределения по территории фабрики. На основе рассчитанных в Разделе 3 нагрузок была разработана принципиальная однолинейная схема ГПП.

Ключевым решением на этом этапе стал выбор силовых трансформаторов. В соответствии с требованиями надежности для промышленных предприятий I и II категории, было принято решение установить два независимых трансформатора. Их мощность подобрана таким образом, чтобы в нормальном режиме каждый из них был загружен на 70-80%, а в случае выхода одного из строя второй мог бы принять на себя всю критически важную нагрузку.

Далее был выполнен выбор основного высоковольтного оборудования: выключателей, разъединителей, измерительных трансформаторов тока и напряжения. Все оборудование было проверено на соответствие условиям работы в нормальном и аварийных режимах. Кульминацией электротехнической части стал расчет токов короткого замыкания, который позволил корректно выбрать и настроить уставки релейной защиты, обеспечивающей быстрое и селективное отключение поврежденных участков сети.

Раздел 6. Технико-экономическое обоснование проекта

Любое техническое решение должно быть экономически оправдано. Цель данного раздела — доказать рентабельность и экономическую целесообразность спроектированной системы электроснабжения через систему финансовых показателей.

Технико-экономический анализ (ТЭО) включил в себя расчет двух основных составляющих:

• Капитальные затраты: совокупность всех первоначальных инвестиций. Сюда вошли стоимость основного электрооборудования (трансформаторы, высоковольтные выключатели), кабельной продукции, а также затраты на строительно-монтажные работы.
• Годовые эксплуатационные расходы: затраты, необходимые для поддержания системы в рабочем состоянии. Они включают стоимость потребляемой электроэнергии, амортизационные отчисления, расходы на плановые ремонты и обслуживание, а также фонд заработной платы обслуживающего персонала.

На основе этих данных были рассчитаны ключевые показатели эффективности проекта, такие как чистая приведенная стоимость (NPV), внутренняя норма доходности (IRR) и срок окупаемости. Положительные значения этих показателей позволили сделать итоговый вывод о том, что проект является не только технически осуществимым, но и экономически рентабельным в долгосрочной перспективе.

Раздел 7. Безопасность жизнедеятельности и охрана окружающей среды

Современный инженерный проект немыслим без детальной проработки вопросов безопасности и экологии. Данный раздел подтверждает соответствие разработанных решений действующим нормам и стандартам.

В рамках работы был проведен комплексный анализ потенциальных рисков и предложены меры по их минимизации.

Охрана труда и промышленная безопасность: Был проведен анализ вредных и опасных производственных факторов, характерных для ДОФ: высокий уровень шума и вибрации от дробилок и мельниц, запыленность воздуха, опасность поражения электрическим током. Разработаны конкретные технические и организационные мероприятия для защиты персонала. Проведен анализ статистики травматизма на аналогичных предприятиях для выявления наиболее рискованных операций.

Пожарная безопасность: Определены категории помещений ГПП и цехов по взрывопожарной опасности, на основе чего выбраны современные системы автоматической пожарной сигнализации и пожаротушения.

Экология: Проведена оценка воздействия фабрики на окружающую среду. Проанализированы основные источники загрязнения: отходы обогащения (хвосты), выбросы пыли в атмосферу и сточные воды. В проекте предложены мероприятия по снижению экологического ущерба, включая эффективные системы пылеподавления и планы по последующей рекультивации земель, нарушенных в ходе горных работ.

Также был разработан план действий персонала на случай возникновения чрезвычайных ситуаций, что является обязательным требованием для опасных производственных объектов.

Заключение. Формулировка ключевых результатов и выводов работы

Целью дипломной работы являлась разработка комплексного проекта электроснабжения дробильно-обогатительной фабрики, который был бы одновременно надежным, эффективным и экономически целесообразным. По итогам проделанной работы можно утверждать, что поставленная цель полностью достигнута.

Основные результаты и выводы по разделам проекта:

1. Проанализирована технология производства АО «ОЛКОН», определен состав и мощность основного технологического оборудования, что стало базой для всех расчетов.
2. Рассчитана суммарная электрическая нагрузка фабрики, и на ее основе построены графики нагрузок, позволившие оптимизировать выбор оборудования.
3. Спроектирована система внешнего электроснабжения на основе принципа «глубокого ввода» и выбраны питающие линии напряжением, соответствующим передаваемой мощности.
4. Разработана схема главной понизительной подстанции с двумя трансформаторами и распределительной сети 6 кВ, а также рассчитаны токи короткого замыкания для выбора уставок релейной защиты.
5. Технико-экономическое обоснование показало, что проект является рентабельным, а рассчитанный срок окупаемости соответствует отраслевым нормам.
6. Разработаны исчерпывающие мероприятия в области охраны труда, промышленной, пожарной и экологической безопасности.

Таким образом, представленный проект является законченным инженерным решением, полностью готовым для дальнейшей детализации и реализации.