礦山電氣節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用研究

徐援軍

（金建工程設(shè)計有限公司，山東 煙臺 264670）

隨著能源的過渡開采，造成了資源趨于枯竭，但是由于社會的發(fā)展需要和人們的生活需求，能源的需求量卻與日俱增，能源危機已成為各國必須面對和解決的問題。為了緩解能源緊張，政府和礦山企業(yè)將節(jié)能作為主要的研究目標(biāo)，但是大多數(shù)礦山生產(chǎn)作業(yè)中的電力消耗集中在電氣設(shè)備上。隨著電氣設(shè)備的自動化水平不斷提升，其耗能也隨著增加。實際運行過程中，為了有效降低成本，提高電能利用率，積極研究電氣節(jié)能技術(shù)，確保工程的安全可靠，降低電能消耗，才能使礦山生產(chǎn)實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，對于提升礦山企業(yè)落實節(jié)能減排理念具有現(xiàn)實意義[1]。

1 在礦山應(yīng)用電氣節(jié)能技術(shù)的積極作用

目前，節(jié)能減排發(fā)展理念被各行各業(yè)廣泛推崇，節(jié)能改造的作用在礦山生產(chǎn)行業(yè)中得到發(fā)揮。電氣節(jié)能上，從技術(shù)和理念上均有巨大的發(fā)展空間。與其他行業(yè)相比，礦山生產(chǎn)的耗電量巨大，因為在生產(chǎn)過程中，設(shè)備主要會消耗水、電、燃料等，用水是電能支撐的，使循環(huán)供水系統(tǒng)得以正常運轉(zhuǎn)，然而，部分燃料的消耗也需要耗費電能，并且我國大中型礦山能源消耗較多，存在缺乏一些節(jié)能措施、節(jié)能技術(shù)較為落后等問題。因此，礦山企業(yè)在生產(chǎn)過程中要改造設(shè)備，提高工藝水平，以實現(xiàn)電氣節(jié)能為目標(biāo)。在實際改造的過程中，企業(yè)要考慮多方因素，使節(jié)能技術(shù)既能降低能源消耗，又能符合綠色生態(tài)的環(huán)保要求。工作人員選擇新的設(shè)備和技術(shù)，積極掌握設(shè)備自身的性能，對其效率、原理、實用性等多方面進行全面分析和了解。企業(yè)使用性價比最好的設(shè)備，在符合節(jié)能理念的基礎(chǔ)上，提高工作效率。從社會角度出發(fā)，企業(yè)使用電氣節(jié)能技術(shù)能夠緩解日益惡化的環(huán)境污染問題，減少資源浪費，提升礦山生產(chǎn)的綜合效益。

2 礦山電氣節(jié)能設(shè)計的原則

低碳環(huán)保、綠色生態(tài)的理念，不但是人們所追尋的，也是礦山生產(chǎn)活動中應(yīng)當(dāng)遵守和落實的思想。礦山電氣設(shè)計的工作中，要遵守一定的原則，使節(jié)能設(shè)計更符合實際的運行情況。

一是實際性原則。礦山企業(yè)在電氣工程施工過程中，以經(jīng)濟效益為中心，最大化節(jié)能效果。節(jié)能設(shè)備、材料的選擇和采購以礦山的實際情況出發(fā)。合理利用有限的資金，減少節(jié)能成本的支出，在達到節(jié)能目標(biāo)的同時，力爭在今后的生產(chǎn)活動中收回成本。

二是適用性原則。企業(yè)在設(shè)計節(jié)能方案時，通過平衡利益和節(jié)能，避免發(fā)生過度追求節(jié)能的情況，達到符合礦山生產(chǎn)的實際能源需要，確保充足供應(yīng)能源。企業(yè)在生產(chǎn)活動中，實時根據(jù)實際情況調(diào)整節(jié)能改造和設(shè)計的方案。

三是節(jié)能性原則。電氣節(jié)能設(shè)計的根本目標(biāo)是減少電能的消耗量，因此，工作人員在設(shè)計過程中，亟須掌握礦山的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，便于有效管控能源的使用情況，并且事先規(guī)劃出合理的節(jié)能措施，以便工作人員針對一些設(shè)備出現(xiàn)損耗的情況，使用相應(yīng)的節(jié)能設(shè)計策略，落實科學(xué)和經(jīng)濟的設(shè)計理念，使節(jié)能技術(shù)在礦山生產(chǎn)作業(yè)中發(fā)揮出最大的功效[2]。

3 礦山電氣節(jié)能技術(shù)及實際應(yīng)用

（1）軟啟動裝置的改造。實踐證實，與傳統(tǒng)電氣設(shè)備直接啟動或Y/D啟動相比，軟啟動設(shè)備具備優(yōu)勢顯著，其是一種多功能保護的電機控制設(shè)備。在電機正常運行過程中，軟啟動設(shè)備本身有電流經(jīng)過，電流值通常從零開始，最大值不超過額定電流值的范圍。此時，為了改變直接啟動的狀態(tài)，企業(yè)可以在電動機相關(guān)設(shè)備上配置軟啟動補償控制裝置，有效達到保護設(shè)備的目的。因為在設(shè)備啟動時，電流值會超過額定電流4至7倍，所以這種做法能夠有效防止對電網(wǎng)系統(tǒng)過大的沖擊，使設(shè)備和閥門的使用壽命得以延長，然而，通過上述方法能夠控制電動機的電壓，在啟動過程中逐步提升電壓，有效控制了電流，使設(shè)備的啟動動作更加平滑。通常情況下，軟啟動設(shè)備在電動機啟動完成后，會作為旁路運行。如果電動機負(fù)載率較低，軟啟動設(shè)備會輸出較低值的電壓，從而減小了輸出電流，有效降低了電動機的功率損耗，并且間接為礦山企業(yè)降低了設(shè)備的維護成本[3]。

（2）節(jié)能型配電系統(tǒng)的使用。在設(shè)計配電系統(tǒng)時，電氣節(jié)能設(shè)計占據(jù)重要位置，是生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)和保障。因為在構(gòu)建和發(fā)展節(jié)能配電過程中，要設(shè)計和優(yōu)化系統(tǒng)，確保電壓的合理性。因此，控制電壓的大小，以礦山企業(yè)實際運行的電容量、供電負(fù)荷的大小等因素為主要參考依據(jù)，為企業(yè)未來發(fā)展進行規(guī)劃和選擇。

（3）低電阻電纜的使用。供配電的輸電線路運行過程中存在一定值的電阻，輸電線路越長，電阻越大，電能損耗越嚴(yán)重，而且伴隨熱量的散發(fā)。因此，企業(yè)在礦山經(jīng)營時，盡量降低輸電線路的損耗，使用合適的低電阻電纜，并在選擇截面時，以電流密度的經(jīng)濟實用性為基礎(chǔ)，有效保證能源的節(jié)約，滿足節(jié)能的需求，降低因熱量堆積導(dǎo)致電能事故的發(fā)生幾率，使用電更加安全可靠。

（4）電動機節(jié)能技術(shù)的使用。電動機在電能總體消耗中占比較大，因此，為了降低其電能損耗，提升電動機的功率因數(shù)，使其工作效率穩(wěn)步提升，礦山企業(yè)應(yīng)使用高效節(jié)能的三相異步電動機。選用新型高效節(jié)能的電動機，其效果較為良好，能夠提高工作效率百分之3至6，使總電能損耗降低百分之20至30，符合國家節(jié)能評價的規(guī)范。該類型電動機還具有振動低、噪音小、使用壽命長、啟動轉(zhuǎn)矩大等功能。

（5）綠色環(huán)保照明節(jié)能燈的使用。我國是一個積極提倡綠色節(jié)能、低碳環(huán)保的國家，但許多礦山依舊使用白熾燈、高壓汞燈，而車間辦公室的使用低效熒光燈進行照明，該使用不符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)需要改進和禁止。因為白熾燈泡發(fā)光面積小、光照不均勻，照明效果較差，導(dǎo)致電能損耗加重，造成能源的浪費。井下作業(yè)的環(huán)境較為惡劣，滴水、漏水現(xiàn)象時常發(fā)生，白熾燈在工作中發(fā)熱較多，遇到水發(fā)生炸裂，使得燈泡更換頻率增加。此外，在照明主要電源線路安排上，設(shè)計好三相供電，減少電壓損耗。為了降低照明系統(tǒng)運行時受到的外界不良影響，應(yīng)該充分利用三相照明負(fù)荷平衡的技術(shù)優(yōu)勢。

大型礦山企業(yè)需要照明的面積較大，節(jié)能燈的潛力較大。因此，在選擇照明燈具上，企業(yè)根據(jù)工作場地實際條件進行選擇，并符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。高壓鈉燈、緊湊型熒光燈、金屬鹵化物燈、LED燈等綠色環(huán)保燈具與傳統(tǒng)照明燈具相比，不但發(fā)光效果、色溫、顯色性能更為優(yōu)越，而且節(jié)電效果較為明顯。其中，熒光燈和氣體放電燈的選擇要保持單燈功率因數(shù)分別不超過0.9和0.8為最佳。因此，企業(yè)將井下所有白熾燈換成符合綠色環(huán)保照明標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能燈具，不但確保了照明效果，也極大地降低了電能損耗，同時，降低了安全事故的發(fā)生。

（6）節(jié)能型變壓器的使用。礦山企業(yè)運行過程中，在輸電環(huán)節(jié)上，變壓器始終是電能耗費的主要源頭之一，其損耗量甚至?xí)_到電能總量的十分之一。為了提升電氣節(jié)能效果，要使用節(jié)能型變壓器。條件允許時要用干式變壓器，同時也要合理改造油浸式變壓器，能夠有效降低無功消耗，使電能使用率有所保障。企業(yè)在選擇變壓器的型號和容量過程中，要依據(jù)礦山配電系統(tǒng)實際運轉(zhuǎn)情況，選擇高效能、低損耗的種類，確保其經(jīng)濟運行點介于0.7至0.8之間，以達到變壓器經(jīng)濟運行的目標(biāo)。

礦山企業(yè)的生產(chǎn)是以最小量能源獲得最大收益為目的，因此，調(diào)整節(jié)能方式是符合企業(yè)的經(jīng)濟目標(biāo)的，節(jié)能方式的調(diào)整通過加大變壓器的功率因數(shù)，采取一定的手段提升其功率因數(shù)，減少電能消耗，為綠色生產(chǎn)提供了可行性支持。采用的措施可以使用人工方法，經(jīng)典電容是人工補償時的通用做法，即分散和集中式補償。另外，對于變壓器的經(jīng)濟運行方式也要有所考慮，比如，夏季通過在變壓器控制室增加移動式風(fēng)機達到有效降溫的目的，延長變壓器的使用壽命。應(yīng)用于配電裝置時，要盡量使其與負(fù)荷中心的距離較近，便于縮短電纜長度，減少供電線路的電壓。一些非生產(chǎn)性的車間中，如果供電時間較長，可以只使用一臺變壓器[4,5]。

（7）變頻技術(shù)的使用。在信息技術(shù)、電子技術(shù)等發(fā)展的過程中，變頻器應(yīng)運而生，其具有變頻調(diào)速的功能，通過自動調(diào)節(jié)活動降低啟動電流，以此適應(yīng)負(fù)載和轉(zhuǎn)速的變化，同時，其具有設(shè)備保護的過流、過壓等功能。變頻器的使用可以提高電機輕載時的工作效率，也符合節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，是電氣傳動中的中心設(shè)備。電動機在實際運行過程中，其運轉(zhuǎn)速度并非穩(wěn)定，且啟動時會耗費較多電量，縮短了電機的使用壽命。例如，風(fēng)機水泵轉(zhuǎn)速的立方，與其消耗功率是成正比的，當(dāng)用水和風(fēng)量不大時，利用變頻器降低其轉(zhuǎn)速，輸入既定功率，便可獲得顯著的節(jié)能效果，可降低水泵能耗百分之15至20，節(jié)電百分之20至50。

（8）無功與就地補償技術(shù)的使用。礦山企業(yè)在工作過程中，電氣設(shè)備的使用量相對較大，其中存在感性負(fù)載的情況，無功消耗量較多，降低電能的利用效能，進而導(dǎo)致電能的浪費。因此，企業(yè)提供供電部分的功率因數(shù)，使用無功補償設(shè)備解決這一難題。設(shè)備安裝時，使設(shè)備設(shè)置在變電所低壓一側(cè)，10kV的功率因數(shù)大于0.93，如果功率負(fù)載較大，通過使用就地補償設(shè)備提升功率因數(shù)0.1左右，顯著減少電能運輸線路上的無功負(fù)荷。設(shè)計無功補償設(shè)備使用過程中，工作人員要詳細分析負(fù)載情況，使補償電容量的計算數(shù)值準(zhǔn)確無誤，防止補償?shù)倪^多或過少。

（9）供電電壓等級的控制。為了提高電源電壓等級，降低線路損耗，控制供電電壓要充分考慮到當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的綜合情況，供電距離、容量、回路數(shù)等因素都是其中的重點。比如，供電系統(tǒng)上來說，10kV的損耗小于6kV，但電壓技術(shù)的經(jīng)濟指標(biāo)卻高于6kV，因此，企業(yè)將10kV高壓配電電壓作為最優(yōu)的選擇。如果6kV設(shè)備居多、容量較大，可以使用6kV。如果存在一些電動機為660V的情況下，企業(yè)使用專用高壓回路，便于為電動機直接提供電源。

4 結(jié)語

綜上所述，針對我國能源供不應(yīng)求的趨勢，礦山要以可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略眼光進行工作，在節(jié)能的同時，提高供應(yīng)量。因此，礦山企業(yè)做好環(huán)保工作，實現(xiàn)節(jié)能的理念，全面利用節(jié)能減排技術(shù)，降低能源消耗，提升設(shè)備和相關(guān)技術(shù)的利用率，有效降低礦山企業(yè)自身的運營成本。工作人員的理念轉(zhuǎn)變?yōu)楣?jié)能理念，使用最新的先進電氣節(jié)能技術(shù)，使電氣節(jié)能技術(shù)在礦山的生產(chǎn)過程中，能夠更合理地、有效地得到應(yīng)用，顯著減少用電量，有助于礦山企業(yè)在行業(yè)內(nèi)提升市場競爭力。