Исследование нормальных и аварийных режимов работы системы электроснабжения обогатительной фабрики с использованием компьютерного моделирования

Рассмотрен вопрос исследования с использованием компьютерного моделирования нормальных и аварийных режимов работы системы электроснабжения обогатительной фабрики по переработке алмазосодержащего сырья, которая получает питание от открытого распределительного устройства 220/110 кВ электрической подстанции «Фаб-
рика-3». Моделирование переходных процессов было реализовано в пакете программ MatLab/Simulink. Представлены расчеты элементов подстанции, обмоточных данных трансформатора, а также номинальных токов в схеме замещения трансформатора. Представлены математические модели токов трехфазного короткого замыкания и источника тока молнии. Получены и проанализированы электромагнитные переходные процессы в системе электроснабжения. В качестве примера была выбрана система электроснабжения цеха крупного дробления обогатительной фабрики по переработке алмазосодержащего сырья. Для моделирования нормального режима работы использовалась разработанная авторами ранее универсальная компьютерная модель системы электроснабжения промышленного предприятия, которая была доработана под нашу систему. Точки короткого замыкания были выбраны на уровнях напряжения 110,6 и 0,4 кВ. Модель грозового разряда, используемая в работе, учитывала амплитуду тока, длительность фронта и длительность импульса тока молнии. В результате моделирования в нормальном режиме работы получили практически полное совпадение величины трехфазного напряжения на соответствующих уровнях, с погрешностью, не превышающей 2%. Результаты компьютерного моделирования системы электроснабжения промышленного предприятия позволят предложить данный подход в качестве дополнительного при проектировании распределительных устройств и электрических подстанций.

Семёнов А. С., Семёнова М. Н., Бебихов Ю. В., Якушев И. А. Исследование нормальных и аварийных режимов работы системы электроснабжения обогатительной фабрики с использованием компьютерного моделирования // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2026. – № 9. – С. 162–181. DOI: 10.25018/0236_1493_2026_9_0_162.

Работа выполнена в рамках инициативной НИР кафедры «Электроэнергетики и автоматизации промышленного производства» Политехнического института (филиала) СВФУ им. М.К. Аммосова в г. Мирном, Республика Саха (Якутия).

Семёнов Александр Сергеевич — д-р физ.-мат. наук, доцент, Институт физики молекул и кристаллов Уфимского федерального исследовательского центра РАН, e-mail: sash-alex@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0001-9940-3915, 
Семёнова Мария Николаевна¹ — канд. физ.-мат. наук, доцент, e-mail: mariya_semyonova86@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-7298-0226,
Бебихов Юрий Владимирович¹ — д-р физ.-мат. наук, доцент, e-mail: bebikhov.yura@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-8366-4819,
Якушев Илья Анатольевич¹ — канд. физ.-мат. наук, доцент, e-mail: yakushevilya@mail.ru, ORCID ID: 0000-0003-2539-7334, 
¹ Политехнический институт (филиал) Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова в г. Мирном.

Семёнов А.С., e-mail: sash-alex@yandex.ru.

1. Riba J. R., Moreno-Eguilaz M., Bogarra S. Energy harvesting methods for transmission lines: a comprehensive review // Applied Sciences (Switzerland). 2022, vol. 12, no. 21, article 10699. DOI: 10.3390/app122110699.

2. Li C., Ma J., Jiang Xh., Zhang Zy Energy saving transmission line evaluation based on mechanical and electrical characteristics analysis // Journal of Physics: Conference Series. 2023, vol. 2476, no. 1, article 012090. DOI: 10.1088/1742-6596/2476/1/012090.

3. El Hassan M., El Najjar M. B., Mustapha O., Daba J. 220 kV HV transmission line from Deir Ammar to Deir Nbouh in Northern Lebanon // Energies and Quality Journal. 2024, vol. 2, pp. 116—121. DOI: 10.24084/eqj24.350.

4. Nourizadeh H., Mosallanejad A., Setayesh Nazar M. Optimal placement of fixed series compensation and phase shifting transformer in the multi-year generation and transmission expansion planning problem at the pool-based market for maximizing social welfare and reducing the investment costs // IET Generation, Transmission & Distribution. 2022, vol. 16, no. 15, pp. 2959—2976. DOI: 10.1049/gtd2.12488.

5. Mishra S., Bordin Ch., Wu Q., Manninen H. Resilient expansion planning of virtual power plant with an integrated energy system considering reliability criteria of lines and towers // International Journal of Energy Research. 2022, vol. 46, no. 10, pp. 13726—13751. DOI: 10.1002/er.8093.

6. Kamalov F., Zicmane I., Safaraliev M., Smail L., Senyuk M., Matrenin P. Attention-based load forecasting with bidirectional finetuning // Energies. 2024, vol. 17, no. 18, article 4699. DOI: 10.3390/en17184699.

7. Odinaev I., Pazderin A., Safaraliev M., Kamalov F., Senyuk M., Gubin P. Y. Detection of current transformer saturation based on machine learning // Mathematics. 2024, vol. 12, no. 3, article 389. DOI: 10.3390/math12030389.

8. Awwad A., Al-Soud M., Al-Quteimat A., Ushkarenko O. Simulation-based analysis of dynamics of autonomous electric power systems // Mathematical Modelling of Engineering Problems. 2022, vol. 9, no. 4, pp. 887—896. DOI: 10.18280/mmep.090405.

9. Петров В. Л., Кузнецов Н. М., Морозов И. Н. Моделирование электропотребления обогатительной фабрики // Горный журнал. — 2022. — № 2. — С. 72—76. DOI: 10.17580/gzh.2022.02.11.

10. Semenov A. S., Semenova M. N., Bebikhov Y. V. Development of universal mathematical model of electrical power supply system of area of industrial enterprise / 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). Sochi: IEEE Xplore, 2019, pp. 1—5. DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2019.8867704.

11. Hardi S., Wardani Dp., Sinulingga Ep., Idris M. H. The influence of soil two-layer structures on substation safety in lightning strike conditions // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2025, vol. 1463, no. 1, article 012005. DOI: 10.1088/1755-1315/1463/1/012005.

12. Chen T., Yang L., Gu W., Gao H., Zhou Ju., Fu X. Impact of lightning protection grounding system on the ground surface potential of substations // Journal of Physics: Conference Series. 2022, vol. 2148, no. 1, article 012049. DOI: 10.1088/1742-6596/2148/1/012049.

13. Vo Tien D., Thai Huu N., Tran Duy T. Modeling of relay protection of electric power system using Matlab/Simulink // Vietnam Journal of Science and Technology. 2024, vol. 62, no. 2, pp. 346—358. DOI: 10.15625/2525-2518/18250.

14. Utegulov B. Method for determining the single-phase ground fault current in a three-phase electrical network with an isolated neutral / 2019 6th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ICEEE). Istanbul: IEEE Xplore, 2019, pp. 24—27. DOI: 10.1109/ICEEE2019.2019.00012.

15. Zhang R., Yu J., Tang Yi., Ye Yu. Capacity evaluation of central air conditioning load participating in peak shaving of renewable dominated power systems // IET Generation, Transmission & Distribution. 2023, vol. 17, no. 1, pp. 181—199. DOI: 10.1049/gtd2.12672.

16. Абдуллазянов Э. Ю., Грачева Е. И., Горлов А. Н., Шакурова З. М., Логачева А. Г. Влияние низковольтных электрических аппаратов и параметров электрооборудования на потери электроэнергии в цеховых сетях // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. — 2021. — Т. 23. — № 3. — С. 3—13. DOI: 10.30724/1998-9903-2021-23-3-3-13.

17. Guo P., Ji Y., Yuan Zh., Zhao Yu., Wu A., Liu G. Single-pole tripped emergency control and multistep power recovery strategy for a symmetric bipolar VSC-HVDC system // IET Generation, Transmission & Distribution. 2022, vol. 16, no. 9, pp. 1756—1767. DOI: 10.1049/gtd2.12395.

18. Lei T., Lv F., Liu J., Feng J. Research on electrical equipment monitoring and early warning system based on internet of things technology // Mathematical Problems in Engineering. 2022, vol. 2022, article 6255277. DOI: 10.1155/2022/6255277.

19. Kulikov A., Loskutov A., Bezdushniy D. Relay protection and automation algorithms of electrical networks based on simulation and machine learning methods // Energies. 2022, vol. 15, no. 18, article 6525. DOI: 10.3390/en15186525.

20. Braide S. L. Examination of gas active arc extinguishing and lightning protection for transmission lines // Journal of Progress in Engineering and Physical Science. 2023, vol. 2, no. 3, pp. 34—66. DOI: 10.56397/jpeps.2023.09.07.

21. Шабаганова С. Н. Кластеризация грозовых разрядов // Вестник Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова. — 2019. — № 1. — С. 58—69. DOI: 10.25587/SVFU.2019.69.25526.

22. Zhang Zh., Cui W., Niu Sh., Wang C., Xue Ch., Ma X., Liu Sh., Bie Zh. Preventive control of successive failures in extreme weather for power system resilience enhancement // IET Generation, Transmission & Distribution. 2022, vol. 16, no. 16, pp. 3245—3255. DOI: 10.1049/gtd2.12518.

23. Киселев А. Ю., Львов А. П., Назарычев А. Н. Опыт повышения грозоупорности магистральных линий электропередачи // Электричество. — 2025. — № 3. — С. 4—15. DOI: 10.24160/0013-5380-2025-3-4-15.

24. Чеботаев Н. И., Плащанский Л. А. Электрификация горного производства. — М.: Изд-во «Горная книга», 2012. — 135 с.

25. Semenov A. S., Semenova M. N., Bebikhov Y. V. Development of computer models for typical technological installations of a diamond mining underground mine / 2025 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). Sochi: IEEE Xplore, 2025, pp. 479—484. DOI: 10.1109/RusAutoCon65989.2025.11177305.

26. Al-Jufout S. A. Evaluating the error caused by load ignorance through simulation of short circuit in electrical power systems // Quality and Reliability Engineering International. 2008, vol. 24, no. 8, pp. 891—895. DOI: 10.1002/qre.907.

27. Морозов И. Н., Кузнецов Н. М., Белова Л. А., Бороздина Е. Д. Исследование нестационарных режимов электрической подстанции напряжением 110 кВ с использованием имитационного моделирования в среде MatLab // Вестник Чувашского университета. — 2020. — № 1. — С. 113—122.

28. Семенов А. С., Бебихов Ю. В., Егоров А. Н., Федоров О. В. Влияние высших гармоник на качество электроэнергии в системах электроснабжения горнодобывающих предприятий // Горный журнал. — 2024. — № 2. — С. 84—91. DOI: 10.17580/gzh.2024.02.14.

29. Ляхомский А. В., Решетняк С. Н., Кутепова Е. Н. Оценка влияния показателей качества электроэнергии на эффективность функционирования электротехнического комплекса угольной шахты // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2025. — № 6. — С. 168—180. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_6_0_168.

30. Петров В. Л., Пичуев А. В. Оценка эффективности средств повышения качества электроэнергии в системе частотно-регулируемого электропривода скребковых конвейеров // Горные науки и технологии. — 2024. — Т. 9. — № 1. — С. 60—69. DOI: 10.17073/2500-0632-2024-01-198.