Modernisierungslösung für die Stromverteilung mit metallgekapselter KYN28-Schaltanlage für südafrikanische Bergbaugebiete
In typischen industriellen Bergbaugebieten in Südafrika ist das Stromverteilungssystem ein zentraler Garant für die Produktionskontinuität und die Betriebssicherheit. Unter komplexen Betriebsbedingungen wie hoher Staubbelastung, großen Temperaturdifferenzen und starken Stoßbelastungen stoßen herkömmliche Verteillösungen jedoch häufig an ihre Grenzen, um die Anforderungen an einen langfristigen stabilen Betrieb zu erfüllen.
Dieses Projekt befasst sich mit der Modernisierung und Renovierung des Verteilungssystems in einem zentralen Bergbaugebiet in Südafrika. Es setzt auf die KYN28 metallgekapselte Innenraum-Auszugsschaltanlage, um die langjährigen Probleme des Betreibers wie geringe Isolationszuverlässigkeit, hoher Geräteverschleiß und unzureichende Wartungseffizienz systematisch zu lösen. Diese Lösung vollzieht nicht nur die Erneuerung der Ausrüstung, sondern bildet auch eine systematische Verteillösung, die für extreme Betriebsbedingungen geeignet ist.
I. Betriebsbedingungen des Betreibers und Hauptherausforderungen
Vor Projektbeginn sah sich das Betriebs- und Wartungsteam der Mine hauptsächlich mit den folgenden drei Kategorien von Problemen konfrontiert, die sich direkt auf die Produktionseffizienz und die Betriebssicherheit auswirkten:
- Durch Umweltfaktoren verursachte Isolationsrisiken: Der Bergbaustandort weist eine hohe Staubbelastung und große Tag-Nacht-Temperaturdifferenzen auf, was die Bildung von Kondenswasser begünstigt. Die ursprüngliche Ausrüstung hatte eine relativ niedrige Schutzart. Staubablagerungen verkürzten die Kriechstrecken, was leicht zu Verschmutzungsüberschlägen und folglich zu ungeplanten Ausfällen führte.
- Durch Stoßbelastungen verursachte Gerätebelastungen: Die Anlaufströme von großen Brechern, Förderbändern, Hebezeugen und anderen Geräten sind hoch und weisen einen erheblichen Oberschwingungsgehalt auf. Solche Stoßbelastungen stellen höhere Anforderungen an die mechanische Lebensdauer der Leistungsschalter sowie die dynamische und thermische Stabilität der Schaltschränke.
- Unzureichende Wartungseffizienz, die die Produktionskontinuität beeinträchtigt: Die ursprüngliche feststehende Schaltanlage erforderte bei Wartungsarbeiten relativ lange Ausfallzeiten, und die Verriegelungsfunktionen waren nicht umfassend genug, was zu höheren Betriebsrisiken führte. Für ein Bergbauproduktionssystem, das 24 Stunden am Tag ununterbrochen läuft, wirken sich Ausfallzeiten direkt auf den Ertrag aus.
Abbildung 1: KYN28-Schaltanlagenfeld, das eine stabile Unterstützung für das Stromverteilungssystem der Mine bietet.
II. Lösungsauswahl: Warum die KYN28 metallgekapselte Schaltanlage wählen
In der Auswahlsphase führte das Projektteam eine vergleichende Analyse zwischen feststehenden Ringschaltanlagen und der KYN28 metallgekapselten Auszugsschaltanlage durch.
Obwohl die feststehende Lösung geringere anfängliche Beschaffungskosten aufwies, waren ihre Nachteile unter den Betriebsbedingungen mit hoher Staubbelastung, starken Stößen und kontinuierlicher Produktion in südafrikanischen Bergbaugebieten relativ offensichtlich.
Letztendlich wurde die KYN28-Schaltanlage aufgrund ihrer relativ guten Austauschbarkeit, Sicherheit und Wartungsfreundlichkeit gewählt.
| Vergleichsdimension | Traditionelle Lösung mit feststehendem Typ / Ringschaltanlage | KYN28-Lösung mit metallgekapseltem, ausfahrbarem Einschub (in diesem Projekt eingesetzt) | Hauptvorteile |
|---|---|---|---|
| Wartungseffizienz | Leistungsschalter sind fest installiert; die Fehlerbehebung erfordert relativ lange Ausfallzeiten | Ausfahrbare Wagenstruktur; Kernmodule können vollständig herausgefahren werden, was einen schnellen Austausch mit Ersatzwagen ermöglicht | Verkürzt die Ausfallzeit, geeignet für Szenarien mit kontinuierlicher Produktion |
| Sicherheitsvorkehrungen | Relativ einfache Abteilabtrennung; höheres Risiko der Lichtbogenfehlerausbreitung | Metallgekapselte Abtrennung; Sammelschienenfach, Leistungsschalterfach, Kabelanschlussfach und Messgerätefach sind voneinander unabhängig | Reduziert das Risiko der Fehlerausbreitung und erhöht die Sicherheit von Personal und Ausrüstung |
| Ausbaufähigkeit | Erweiterungen und Änderungen sind relativ schwierig und erfordern eine Neuverkabelung | Standardisierte Schnittstellen; relativ gute Austauschbarkeit der Wagen | Erleichtert die nachträgliche Kapazitätserweiterung des Bergbaugebiets |
III. Technische Konfiguration und Bauausführung
Für die besonderen Betriebsbedingungen in Bergbaugebieten hat dieses Projekt gezielte Optimierungen in den Phasen der technischen Konfiguration und der Bauausführung durchgeführt. Die Konstruktion und Ausführung werden unter Bezugnahme auf relevante Normen einschließlich IEC 62271-200 umgesetzt.
1. Schutzart des Schranks und Abteiltrennung
Der KYN28-Schrank wird aus CNC-bearbeiteten Aluminium-Zink-beschichteten Stahlblechen zusammengebaut, was einen relativ guten Korrosionsschutz bietet. Die Schutzart des Gehäuses ist IP4X und IP2X bei geöffneten Abteilen.
Der Schrank verwendet eine metallgekapselte Abteiltrennung und ist mit einem umfassenden Verriegelungsmechanismus ausgestattet, der Funktionen zum Verhindern des falschen Öffnens/Schließens von Leistungsschaltern, zum Verhindern des Ziehens und Schließens von Trennschaltern unter Last, zum Verhindern des Schließens von Erdungsschaltern unter Spannung und zum Verhindern des Schließens bei angeschlossenen Erdungsleitungen umfasst.
Zudem wird das versehentliche Betreten von stromführenden Abteilen verhindert, wodurch das Eindringen von Staub und das Risiko von Fehlbedienungen verringert werden.
2. Leistungsschalter-Konfiguration und Stoßfestigkeit
Für Stoßbelastungen wurden in diesem Projekt leistungsstarke Vakuum-Leistungsschalter mit einem Bemessungsstrom von 1250 A und einem Bemessungskurzschlussausschaltstrom von 31,5 kA ausgewählt, die eine relativ hohe mechanische und elektrische Lebensdauer aufweisen und in der Lage sind, sich an Stromstöße anzupassen, die durch häufigen Start-Stopp-Betrieb von Bergbaugeräten verursacht werden.
Abbildung 2: Übersichtliche innere Schrankstruktur, standardisierte sekundäre Verdrahtung und Leistungsschalter mit relativ hoher Stoßbelastbarkeit.
3. Bauausführung der Kabelabschlussarbeiten
Bei der Konstruktion des Kabelabteils wurden die folgenden Aspekte betont:
- Phasenfolge-Identifikation: Strenge Identifikationsbehandlung gemäß den dreiphasigen Farbmarkierungen Gelb, Grün und Rot (wie in der Abbildung gezeigt), um eine genaue O&M-Identifikation sicherzustellen und das Risiko von Fehlbedienungen zu verringern.
- Erdungsverbindung: Zuverlässige Erdung unter Verwendung von Kupfergeflechtbändern, um eine rechtzeitige Ableitung von Fehlerströmen zu gewährleisten und die Gerätesicherheit zu schützen.
- Elektrische Feldsteuerung: Feldsteuerungsbehandlung für Hochspannungs-Kabelabschlüsse zur Verbesserung der elektrischen Feldverteilung und zur Verringerung des Risikos von Teilentladungen.
Abbildung 3: Standardisierte Herstellung von Kabelabschlüssen und zuverlässige Erdungsverbindung, die Gewähr für die Isolierungssicherheit bieten.
4. Schutz- und Steuerungsfunktionen
Dieses Projekt ist mit leistungsstarken digitalen Abgangsschutzrelais ausgestattet, die den Kommunikationsstandard IEC 61850 unterstützen und in der Lage sind, Fehlerwellenformen und Ereignisabfolgen aufzuzeichnen. Nach dem Auslösen können die O&M-Mitarbeiter über die Schutzeinrichtungen schnell Fehlertypen wie Überstrom, augenblicklichen Überstrom und Erdschlüsse bestimmen, was die Fehlerortung und -behebung effizienter macht.
Abbildung 4: Schutzrelais zur Aufzeichnung des Betriebszustands des Stromnetzes, die Datenunterstützung für die Fehleranalyse bieten.
5. Design zur Umweltanpassung
Als Reaktion auf die Merkmale der großen Höhe und der großen Temperaturunterschiede in südafrikanischen Bergbaugebieten hat dieses Projekt gezielte Optimierungen durchgeführt:
- Hochlagenanpassung: Für Bergbaugebiete in Höhen über 1000 m werden Produkte mit verstärkter Isolierung oder Hochlagen-Typ ausgewählt, um die Auswirkungen der verringerten Luftdurchschlagfestigkeit auf das Isolationsniveau zu kompensieren.
- Kondensationschutzmaßnahmen: Im Schrank werden Temperatur- und Feuchteregler sowie Heizungen installiert, um die innere Luftfeuchtigkeit automatisch entsprechend den Umweltveränderungen zu regulieren und das Risiko einer Beeinträchtigung der Isolationskomponenten durch Feuchtigkeit zu verringern.
IV. Total-Cost-of-Ownership (TCO)-Analyse
Für Nutzer von Bergbauunternehmen erfordert die Ausrüstungsauswahl nicht nur die Berücksichtigung der anfänglichen Beschaffungskosten, sondern auch eine umfassende Bewertung von Betrieb und Wartung, Ausfallzeitverlusten, Ersatzteilmanagement und Lebensdauer über den gesamten Lebenszyklus.
Erklärung zu den Betriebsergebnissen
Nach der Inbetriebnahme des Projekts verbesserte sich die Betriebsstabilität der Anlagen erheblich, die Anzahl ungeplanter Ausfälle ging zurück, die Effizienz von Wartung und Betrieb stieg, und die gesamten Betriebsergebnisse entsprachen den erwarteten Zielen.
V. Kundendienst
Um den langfristigen stabilen Betrieb der Anlagen zu gewährleisten, bieten wir die folgenden Kundendienstzusagen:
- Gewährleistung: 24 Monate kostenlose Gewährleistung ab dem Datum der Abnahme.
- Reaktionszeit: 2 Stunden Fernsupport; Vor-Ort-Eintreffen innerhalb von 24 Stunden im westlichen Südafrika und innerhalb von 48 Stunden im östlichen Südafrika.
- Inspektion: Während der Gewährleistungszeit 2 kostenlose Vor-Ort-Inspektionen pro Jahr, mit Ausstellung von Berichten zur Bewertung des Anlagenzustands.
- Ersatzteile: Kontinuierliche Lieferung wichtiger Ersatzteile für 10 Jahre nach Produkteinstellung.
- Schulung: Mindestens 8 Stunden Fachschulung bei der Anlagenübergabe.
VI. Fazit
Dieses Projekt zur Modernisierung der Stromverteilung in einem südafrikanischen Bergbaugebiet zeigt, dass die Lösung mit der KYN28-metallgekapselten Schaltanlage unter Betriebsbedingungen wie hoher Staubbelastung und hohen Stoßlasten eine relativ gute Anwendbarkeit aufweist. Während sie die Zuverlässigkeit der Stromversorgung verbessert, reserviert diese Lösung auch Platz für die spätere Kapazitätserweiterung des Bergbaugebiets.
Diese Lösung eignet sich für industrielle Stromverteilungsszenarien wie Bergbau, Zement, Metallurgie und Chemie, die mit hoher Staubbelastung, starken Stoßlasten oder Anforderungen an die kontinuierliche Produktion verbunden sind.
Wenn Ihr Projekt mit ähnlichen Verteilungsproblemen konfrontiert ist, können Sie sich gerne an unsere Ingenieure für eine Beratung zur Auswahl und Bewertung der Lösung wenden.