礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果研究

李 兵

（長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

礦山電氣自動化是礦山數(shù)字化發(fā)展的主流趨勢，通過計算機技術(shù)結(jié)合工程技術(shù)提高電氣設(shè)備的自動化程度。在礦山電氣自動化過程中，必然會產(chǎn)生巨大的能耗，因此，礦山電氣自動化中的節(jié)能問題一直是相關(guān)部門的重點研究問題。節(jié)能技術(shù)主要是通過分析能耗的具體消耗情況，從中找出不必要的能源消耗，通過先進的科學(xué)技術(shù)達到節(jié)約能源的目的。節(jié)能技術(shù)具有十分廣泛的應(yīng)用范圍，包括：工業(yè)建筑、交通運輸以及家庭電器等，并且均取得了良好的應(yīng)用效果。目前已有一部分學(xué)者將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在礦山電氣自動化中，通過節(jié)能技術(shù)，減少礦山電氣自動化中不必要的能耗。但在應(yīng)用過程中，由于未考慮到節(jié)能技術(shù)下對礦山電氣設(shè)備造成的損耗，導(dǎo)致其并未取得良好的應(yīng)用效果。在我國針對礦山電氣自動化中節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果的研究較少，為了更加良好的掌握節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，下述將開展礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果的詳細研究。

1 礦山電氣自動化節(jié)能設(shè)計

礦山電氣自動化可通過相關(guān)的計算機設(shè)備以及監(jiān)測設(shè)備、實時信息接收設(shè)備等實現(xiàn)。為了保證礦山電氣自動化的節(jié)能效果，在礦山電氣自動化中增加一定的輔助設(shè)備，利用智能儀表完成對礦山電氣設(shè)備的監(jiān)視和操作?？梢酝ㄟ^傳輸?shù)漠嬅嫘畔⒓跋嚓P(guān)的數(shù)據(jù)信息及時的找出礦山電氣設(shè)備出現(xiàn)不必要能耗的位置，從而在降低能源消耗的同時，保證了礦山電氣自動化的穩(wěn)定運行。通過計算機即可完成礦山電氣自動化設(shè)備開關(guān)、閥門開關(guān)的工作，實現(xiàn)礦山電氣自動化節(jié)能設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，研究礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果。

2 礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果

本文主要針對節(jié)能技術(shù)在礦山電氣自動化中的4 點主要應(yīng)用效果加以研究，設(shè)計礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果框架圖，如圖1 所示。

圖1 礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果框架圖

結(jié)合圖1 所示，針對圖中4 點主要應(yīng)用效果的具體，研究內(nèi)容，如下文所示。

2.1 判斷礦山電氣自動化中的無功損失

在礦山電氣自動化供電過程中，要想應(yīng)用節(jié)能技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能，必須通過計算的方式確定礦山電氣自動化供電中的無功損失，達到良好的應(yīng)用效果。本文通過功率因素表示無功損失φ，設(shè)礦山電氣自動化中的無功損失為，可得公式（1）。

公式（1）中，P指的是礦山電氣自動化中的有功電量，單位為C；Q指的是礦山電氣自動化中的無功電量，單位為C。通過公式（1），得出礦山電氣自動化中的無功損失。并通過節(jié)能技術(shù)將靜態(tài)無功補償裝置應(yīng)用在礦山電氣自動化供電系統(tǒng)中，通過補償無功損失，起到對礦山電氣自動化供電節(jié)能的應(yīng)用效果。

2.2 平衡礦山電氣自動化運行電壓

基于節(jié)能技術(shù)將礦山電氣自動化中的電容器分為若干組別，使用節(jié)能技術(shù)監(jiān)測電容器，通過實時監(jiān)控礦山電氣自動化供電過程中產(chǎn)生的電壓、電流、電阻、無功損失等電能信息的相關(guān)數(shù)據(jù)，利用計算分析的方式，從而平衡礦山電氣自動化供電電容器電壓。以電容器的容量為基本參數(shù)，根據(jù)節(jié)能技術(shù)的具體應(yīng)用方法，按照0.9 倍的靜態(tài)無功補償裝置空載平衡礦山電氣自動化供電電容器電壓[1]。設(shè)此過程的計算表達式為N，具體公式如公式（2）。

公式（2）中， 指的是礦山電氣自動化供電時電容器的額定電壓，單位為kV；I指的是靜態(tài)無功補償裝置的空載電流，單位為A。通過公式（2），平衡礦山電氣自動化供電電容器電壓，進而保證礦山電氣自動化供電的節(jié)能效果。在礦山電氣自動化供電中增加一定的輔助設(shè)備，根據(jù)電容器實際作業(yè)過程中的控制難易程度進行判定，利用節(jié)能技術(shù)完成對礦山電氣自動化供電電容器電壓的監(jiān)視和操作。

2.3 補償?shù)V山電氣自動化供電功率因數(shù)

在礦山電氣自動化供電的過程中，不僅要平衡礦山電氣自動化供電電容器電壓，同時還要利用節(jié)能技術(shù)補償?shù)V山電氣自動化供電功率因數(shù)[2]。提高礦山電氣自動化供電功率因數(shù)是實現(xiàn)礦山電氣自動化節(jié)能的核心內(nèi)容，運用節(jié)能技術(shù)，設(shè)應(yīng)用節(jié)能技術(shù)投、切電容組的計算表達式為K，則有公式（3）。

公式（3）中，m指的是礦山電氣自動化供電系統(tǒng)電源基波角頻率；指的是礦山電氣自動化供電系統(tǒng)電源固有振蕩角頻率；h指的是礦山電氣自動化供電系統(tǒng)運行時的電流，單位為A；e指的是節(jié)能技術(shù)的調(diào)控相應(yīng)時間，單位為s； 指的是使用節(jié)能技術(shù)補償時的衰減系數(shù)。通過節(jié)能技術(shù)，補償?shù)V山電氣自動化供電功率因數(shù)，從而提高礦山電氣自動化供電的節(jié)能效果。在此過程中，需要注意的是使用節(jié)能技術(shù)投、切電容組時，必然會對礦山電氣自動化供電設(shè)備造成一定的干擾，加速絕緣介質(zhì)的老化速度，導(dǎo)致礦山電氣自動化供電設(shè)備損耗程度增加[3，4]。基于此，為保證礦山電氣自動化供電節(jié)能過程中不損壞供電設(shè)備，運用節(jié)能技術(shù)時要選用交流—直流變頻的方式投、切電容組，控制投、切頻率，從而避免對礦山電氣自動化供電設(shè)備的干擾程度。并且，在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的同時，還要額外增加一臺靜態(tài)無功補償裝置，方便對礦山電氣自動化供電電容組的及時切換，保證電流能夠源源不斷的運輸?shù)诫娙萁M中。節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢在于能夠保證在最短的時間內(nèi)進行安全的投、切切換，當?shù)V山電氣自動化供電時，靜態(tài)無功補償裝置會第一時間啟動，快速進入到工作狀態(tài)當中，代替供料設(shè)備完成工作，確保礦山電氣自動化節(jié)能。

2.4 降低礦山電氣自動化線路的損耗

通過在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)時設(shè)置靜態(tài)無功補償裝置，能夠起到降低礦山電氣自動化線路損耗的應(yīng)用效果[5，6]。礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用降耗可通過計算的方式加以體現(xiàn)，設(shè)其計算表達式為，則有公式（4）。

公式（4）中，R指的是礦山電氣自動化供電變壓器的負荷電流。通過公式（4）可知，礦山電氣自動化供電變壓器的負荷電流越大。因此，可以通過節(jié)能技術(shù)的無功補償，降低礦山電氣自動化供電變壓器的負荷電流。為了使礦山電氣自動化供電系統(tǒng)能夠在節(jié)能的同時正常的運行，必須精確測得礦山電氣自動化供電變壓器的負荷電流，保證節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用不受干擾。

3 實例分析

3.1 實驗準備

為了驗證本文設(shè)計的節(jié)能技術(shù)對礦山電氣自動化的應(yīng)用效果，構(gòu)建實例分析，實驗對象選取某礦山。實驗環(huán)境配置分為兩部分說明，其中所需硬件包括：泰克示波器、支持8 線雙絞線同軸電纜光纖專網(wǎng)、穩(wěn)壓電源、局部放電測試裝置；軟環(huán)境包括：Multisim、visual stuio、vc++、max+plush。本次實驗將礦山電氣自動化能源消耗量作為實驗測試指標，能源消耗量越低證明該節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用效果越好。首先，使用本文節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在礦山電氣自動化過程中，通過MODBUS 通訊協(xié)議采集獲得其能源消耗量，設(shè)置為實驗組；再使用傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用在礦山電氣自動化過程中，通過MODBUS 通訊協(xié)議采集獲得其能源消耗量，設(shè)置為對照組。在此次的實驗中，設(shè)置實驗次數(shù)為5 次，記錄實驗結(jié)果。

3.2 實驗結(jié)果與分析

收集5 組實驗數(shù)據(jù)，并將能源消耗量繪制成折線圖，如下圖2 所示。

圖2 能源消耗量對比

根據(jù)上述折線圖中的多組數(shù)據(jù)，可知應(yīng)用設(shè)計節(jié)能技術(shù)后的礦山電氣自動化能源消耗量更低，能夠起到節(jié)能的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

通過礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)礦山電氣自動化中能源消耗量大的問題。由此可見，本文設(shè)計的節(jié)能技術(shù)是具有現(xiàn)實意義的，能夠指導(dǎo)礦山電氣自動化節(jié)能優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大節(jié)能技術(shù)在礦山電氣自動化中的應(yīng)用力度。截止目前，國內(nèi)外針對礦山電氣自動化中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對礦山電氣自動化的優(yōu)化設(shè)計提出深入研究，為提高礦山電氣自動化的綜合性能提供參考。