淺談煤礦電氣節能問題

摘要：煤礦企業在保證正常安全生產的同時，通過改善電氣系統、設備運行、用電管理等提高煤礦企業用電效率，既改善設備運行可靠性又增加煤礦企業經濟效益。

關鍵詞：電氣節能 供電系統 功率因數 電機調速

據考察，煤礦企業在用電存在一些不利于節能的問題，特別是新整合的小煤礦，問題主要有：供電線路截面偏小，供電系統運行方式不合理，供電電壓等級混亂，變電環節多，變電所布置不合理，用電設備老化耗電量大，電氣設備選型不匹配，設備運行不合理，設備負載率低“大馬拉小車”情況嚴重，無無功補償裝置，功率因數偏低，大型頻繁啟停變速設備調速裝置落后，整個生產系統用電沒有統籌考慮，用電管理規定不明確等。總之在保證煤礦安全生產的同時，用電節能方面也有很多地方可以加強改善，現對煤礦企業電氣節能從以下幾方面進行探討。

1 改善供電系統

煤礦供電系統電壓等級在選擇時經技術經濟比較后，優先選用較高的電壓，在相同截面時電壓與損耗成反比，電壓越高，損耗越小。整個礦區供電系統統籌規劃，盡量減少電壓級次，減少變壓環節，從而減少變壓器損耗。煤礦井下低壓等級已為660V、1140V，高壓推行10kV直接下井，地面生產系統如洗選廠負荷較集中，可推行660V供電。高壓深入負荷中心，縮短設備低壓線路長度，減少初期投資，改善電能質量，減少損耗。高壓深入負荷中心要考慮變電所的數量和位置，當礦井負荷分布較廣時，應分別設置變電所于較大負荷處，需要時，各變電所間以高壓聯絡。對整個礦區的電網，也要考慮高壓深入的問題。對于煤礦高壓供電線路，年運行時間在3000h以上的，按經濟電流密度選擇截面，經濟電流密度涉及因素有線路造價、年折舊率、電價、最大負荷年利用小時等，這些因素隨情況不同而變化，所以經濟電流密度不會永遠不變，按已往規定的經濟電流密度偏大，選擇時宜按實際情況加以核算。

煤礦供電至少有兩回路電源進線及兩臺主變壓器，大型礦井也有兩回路以上及兩臺以上的主變壓器，系統運行方式基本有兩種，一是所有線路和變壓器同時使用，另一種是一回路或部分線路及一臺或部分變壓器使用，另一回線路和變壓器備用，兩種運行方式采用同時使用的方式更節能。

2 提高功率因數

提高功率因數是節電的一個重要環節，我國電力部門規定，大工業用電的功率因數不得低于0.9，功率因數越低，電費標準越貴，煤礦的自然功率因數一般在0.7-0.8之間，不能達到要求，提高功率因數可使無功電流得到補償，發、供、用電設備及線路的負荷電流減少，因此應該提高功率因數。

2.1 改善自然功率因數

正確選擇和使用電動機可提高自然功率因數，煤礦用電動機大部分是感應電動機，此類電動機功率因數隨負載變化情況大致相似，在負載率80%-100%時，功率因數在額定值變化不大，負載在50%以下時，功率因數急劇下降，空載時僅為0.15-0.2，因此在選擇設備時電動機容量要與負載相匹配，運行中藥避免空載運轉。對于大型負載較穩定的機械，可采用同步電動機，調節勵磁電流使電機在超前功率因數下運行，改善電網功率因數。變壓器負載率也不易過低，變壓器負載率在0.6以下時功率因數明顯降低，從提高功率因數角度出發，希望增大變壓器負載率，但從變壓器經濟運行角度看，負載率不宜過高，兩者應進行比較，變壓器負載率不宜低于經濟運行狀況下的負載率。

2.2 進行無功補償

按經濟運行的原則，全礦的電容器無功補償采用集中與分散相結合的方式是最有利的。在礦井地面主變電所6kV或10kV母線上設置電容器，補償全礦無功功率，電容器宜分組設置，需要時設自動補償裝置，以調節全礦功率因數。在負荷大、距離遠的場所，如井下變電所、風機房變電所、以晶閘管供電的大型提升機房，設置分散補償裝置。對于容量大、長期穩定運行且不需反轉或反接制動的電動機，可采用個別就地補償。在進行無功補償時應防止產生自勵、防止過電壓、防止諧波、防止無功倒送。

3 合理選擇電動機

電動設備由電動機經傳動裝置拖動，整個系統除機械裝置及附屬系統外，都與電動機及其傳動裝置、控制裝置有關，電動機效率和負載關系密切，對于不經常調速的設備，滿負載運行或接近滿負載、年工作時間在3000h以上的優先選用高效率電動機，一般中小型電動機在額定負載時效率最高，按負載大小和年利用小時選擇電動機，效率較高。感應電動機除設備容量較大、變速要求較高的設備外均廣泛使用，使用感應電動機時，避免空載運行，負載較低時，裝設輕載節電器降壓運行可提高效率和功率因數，但降壓后的電機功率要滿足設備負載功率。容量較大的電動機，在額定容量大于負載容量且條件合適時，可采用電動機同步化，向電網輸出無功功率。直流電動機調速性能較好，單臺較大功率且變速頻繁、平滑調速時選用，電源選用晶閘管供電，可以提高供電效率。同步電動機適用于負載恒定、運行時間長、轉速低、容量較大的負載，同步電動機可以調節電網功率因數，但價格較貴，可作比較選擇。

4 電動機調速節能

對負載變化較大且與速度有關的設備，需要用調速裝置節約電能。感應電動機調速有變極調速、變頻調速、改變轉差率調速，改變轉差率調速又分定子調壓、轉子串電阻、串級調速、電磁轉差離合器調速等，上述調速系統中，繞線型電動機串電阻、鼠籠型或繞線型電動機定子調壓調速、電磁轉差離合器調速都存在附加的轉差損耗，以熱能散失，效率較低，變極調速、變頻調速及串級調速不存在附加轉差損耗，效率較高。

各種調速裝置能否節能與調速裝置特性和負載性質及調速范圍有關，對于恒轉矩負載，有轉差損耗的調速裝置節能效果差，選用高效調速裝置有利，對轉矩隨平方變化的負載，各種調速裝置均能節能，性價比較選擇調速裝置，對于常在低速區運行的設備選用高效調速裝置，對轉速變化甚小的設備，不一定用調速裝置。在情況適合的條件下選用高效調速裝置，變極調速、變頻調速、串級調速，其中變頻調速效率最高，但價格較貴，比較效益選擇使用。

5 煤礦設備電氣節能措施

礦井通風系統主通風機負載率選擇在高效區，在運行工況長期無重大變化的，選用同步電動機，補償礦井無功功率，對工況變化較多的，可采用調速節電裝置。礦井排水系統排水泵在滿足排水要求的同時可以考慮運行的避峰填谷，降低高峰用電。礦井提升系統中大功率提升機優先考慮交-交變頻同步拖動方式，對已有的直流拖動提升機，直流電源選用晶閘管供電更節能，對已有的交流電動機可采用串級調速代替金屬電阻調速降低損耗。礦井壓風系統盡量避免空載和輕載。礦井運輸系統電機車使用晶閘管斬波調速型，蓄電池充電裝置采用硅整流器，電機車架線網合理布置，最遠點壓降及電機車啟動壓降滿足要求。礦井采區工作面煤電鉆用后及時關閉，采區巷道運輸優先選用帶式輸送機并加裝空載自停裝置。地面輔助生產系統電焊機使用空載率高，加裝空載自動斷電器等。照明裝置更換節能型，對一些公共走廊等不影響生產辦公的位置采用聲光控開關控制，避免長明燈。

6 加強用電技術管理

技術管理也是節約用電的重要環節，從用電項目建設時期做起，審查設計圖紙是否節能合理，對已建成或在用的生產系統，通過技術經濟對比，進行電氣節能改造。對設備使用時間加強調度，用電負荷要“避峰填谷”，壓低全礦最大負荷。對制定的方案措施，只有加強管理，有執行力才可能達到節電效果。

7 結語

煤礦企業通過合理化電氣節能技術，在保證安全生產的同時，為企業增加經濟效益，為國家節省能源。