Economic criteria for optimizing the number and load factor of mining transformers

Abstract

Purpose. This article discusses how to choose the optimal number and load factor, respectively the economic power in the first year of mining power transformers operation. The analysis is carried out based on technical-economic criteria. In this regard, two economic criteria are proposed for a detailed analysis, namely the minimum updated total expenses criterion and the minimum power and energy losses criterion. Methods. For determining the number and the optimal load factor, the paper presents mathematical models for the two eco-nomic criteria used. The results obtained by the presented methods are simulated using Matlab for several series of under-ground mining transformers. Also, it is assumed that the load remains constant over the year. Findings. The article confirms the possibility of using the analyzed economic criteria for establishing the optimal number of mining transformers as well as the optimal load factor, respectively the optimal power for the first year of operation. The difficulty of the research is related to the loss time assessment. Also, the paper presents the performed comparative analysis of the two implications. Originality. This research provides a novel approach, by the detailed presentation of the two criteria used for describing the objective functions which have to be minimized in order to gain the optimum, referring strictly to mining transformers, which represents a novelty for power engineering in mining. Practical implications. The methods described in the article can be successfully used in the case of new mining power networks which are going to be designed, and in the case of those currently in operation. Economic criteria analysed also provide results for the economical regime of mining transformers which corresponds to minimum energy loss. Therefore, this case also results in significant energy savings, i.e. lower economic criteria used.

Мета. У статті обговорюється проблема вибору оптимального числа шахтних трансформаторів, визначення коефіцієнта їх навантаження і рентабельності протягом першого року експлуатації. Методика. Для визначення кількості трансформаторів і оптимального коефіцієнта їх навантаження запропонована математична модель на базі двох використаних економічних критеріїв: мінімальні скориговані загальні витрати та мінімальні втрати потужності й енергії. Отримані результати лягли в основу моделі, побудованої за допомогою Matlab для декількох серій підземних шахтних трансформаторів. Прийнято, що навантаження зберігається постійним протягом року. Результати. У статті підтверджена можливість використання аналізованих економічних критеріїв для визначення оптимального числа шахтних трансформаторів і оптимального коефіцієнта їх навантаження а, отже, оптимальної потужності протягом першого року їх експлуатації. Складність дослідження полягала в оцінці часових втрат. Крім того, у статті були представлені результати та порівняльний аналіз двох використаних економічних критеріїв. Встановлено, що оптимальним рішенням є використання трансформатора з номінальною потужністю, найближчою до теоретичного значення, отриманого в результаті розрахунків SNTmax. Результати, отримані при моделюванні, показують, що значення факторів навантаження, відповідно, оптимальної потужності шахтних трансформаторів, вище, ніж у поверхових, оскільки відношення втрат вище. Наукова новизна. Дослідження засноване на інноваційному підході, при якому детальне представлення двох критеріїв використано для опису об’єктивних функцій, що підлягають мінімізації, з метою отримання оптимальних рішень для шахтних трансформаторів. Даний підхід є принципово новим у галузі гірничої електроенергетики. Практична значимість. Методи, запропоновані в статті, можуть бути успішно застосовані як у разі проектування нових шахтних електричних мереж, так і для мереж, які вже перебувають в експлуатації. Аналізовані економічні критерії дозволяють встановити найбільш економічний режим експлуатації шахтних трансформаторів, при якому втрати енергії будуть мінімальні, що, в свою чергу, призведе до її суттєвої економії.

Цель. В статье обсуждается проблема выбора оптимального числа шахтных трансформаторов, определения коэффициента их нагрузки и рентабельности в течение первого года эксплуатации. Методика. Для определения количества трансформаторов и оптимального коэффициента их нагрузки предложена математическая модель на базе двух использованных экономических критериях: минимальные скорректированные общие издержки и минимальные потери мощности и энергии. Полученные результаты легли в основу модели, построенной с помощью Matlab для нескольких серий подземных шахтных трансформаторов. Принято, что нагрузка сохраняется постоянной в течение года. Результаты. В статье подтверждена возможность использования анализируемых экономических критериев для определения оптимального числа шахтных трансформаторов и оптимального коэффициента их нагрузки и, следовательно, оптимальной мощности в течение первого года их эксплуатации. Сложность исследования заключалась в оценке временных потерь. Кроме того, в статье были представлены результаты и сравнительный анализ двух использованных экономических критериев. Установлено, что оптимальным решением является использование трансформатора с номинальной мощностью, ближайшей к теоретическому значению, полученному в результате расчетов SNTmax. Результаты, полученные при моделировании, показывают, что значения факторов нагрузки, соответственно, оптимальной мощности шахтных трансформаторов, выше, чем у поверхностных, поскольку отношение потерь выше. Научная новизна. Исследование основано на инновационном подходе, при котором детальное представление двух критериев использовано для описания объективных функций, подлежащих минимизации с целью получения оптимальных решений для шахтных трансформаторов. Данный подход является принципиально новым в области горной электроэнергетики Практическая значимость. Методы, предложенные в статье, могут быть успешно применены как в случае проектирования новых шахтных электрических сетей, так и для сетей, уже находящихся в эксплуатации. Анализируемые экономические критерии позволяют установить наиболее экономичный режим эксплуатации шахтных трансформаторов, при котором потери энергии будут минимальны, что, в свою очередь, приведет к ее существенной экономии.