煤礦推廣使用變頻調速帶來的經濟效益分析

王克宣 鄭加財 宋合義

(1.義煤集團永興公司，河南 義馬 472300;2.河南大有能源常村煤礦，河南 義馬 472300)

隨著我國對環境污染及節能減排的目標推動之下，煤礦的節能降耗、降低設備功耗成本提效被提到了重要地位，設備節能改造勢在必行。一些列大型用電設備占到企業噸煤開采成本的比重約65% ～85%，流體負載運轉效率20% ～50%，許多負載都是運行過程中所需要的功率是在時刻都是在變化的，但是在工頻運行情況下，電動機始終以額定轉速運行，其輸出功率幾乎不變。在絕大多數的時間里，電動機的輸出功率比負載實際消耗的功率大得多，這就構成了功率的浪費。變頻調速技術憑借其優越性能和節能效果很值得在煤礦企業大力推廣使用。

1 工頻系統的使用效果與節能空間分析

1.1 礦使用的空氣壓縮機在工頻運行情況下，當儲氣罐的壓力由于用戶用氣量減小而偏高時，必須通過泄載閥泄放掉部門壓縮空氣以維持儲氣罐內的壓力比較穩定，這泄放掉的壓縮空氣實際上就構成了能源的浪費，拖動系統就存在著節能空間。也就是說如果通過調節電動機的轉速來調節壓縮空氣的能力，被泄載伐泄放掉的壓縮空氣就可以省下來了。

1.2 提升絞車調速系統為轉子串電阻交流調速電氣傳動。采用繞線電機轉子串電阻的調速方式，此調速方式存在轉子回路串接電阻，消耗電能造成能源浪費。因為絞車上升與下降的過程中都需要電機驅動，而變頻電控只需要在絞車上升過程中進行驅動，而在下降過程中由于慣性的原因，電機則變成了一臺發電機，它所發的電經過濾波處理，又可回饋至電網繼續使用，安全性能更高。

1.3 主通風機由于受大采深、地質構造、巷道層位布置的影響，巷道整修反復性大。隨著采區、多水平的延伸接替，通風系統的巷道斷面的變化將是一個動態反復的過程。風機與通風系統匹配的好壞程度也將是一個動態反復的長期過程。由于風機設計選型考慮到煤礦的安全生產留有較大余量，風機運行在礦井壽命的前期、中期乃至后期風機不能達到滿負荷，相對運行在小角度、小風量、低效率區域，風機整體機組效率實際僅為70%。建礦初期我們一般采用調節風機葉片角度來實現通風量，但風機輸出風量仍遠遠大于實際工礦所需要的風量。這樣不但造成大量不必要的能源浪費，而且使風機長期在低效區內運行，造成設備無法經濟、合理運行，電能浪費驚人。

2 調速的方法與節能效果分析

電動機的輸出功率和轉速有關:

式中Pm—電動機的的軸上輸出功率(KW);Tm—電動機的電磁轉矩(M·m);nM—電動機的轉速。

這個公式表明電機的轉速下降了，系統消耗的功率也就下降了，所以，能否拖動系統的平均速度下降，便是系統能否具有節能空間的基本標志。當電動機在額定轉速下運行時，如果負載轉矩等于額定轉矩的話，則電動機的輸出功率等于額定功率，如果平均速度下降至電動機的相對值為0.6的話，則輸出功率絕對值為0.6，與額定轉速時相比，節約電能達到40%。當電動機在額定轉速下運行時，負載轉矩等于額定轉矩，風機所消耗的電功率等于額定功率，如果平均速度下降至0.7的話，則負載轉矩減小為0.72為0.49，而輸出功率則減小為0.73 為0.35，與額定轉速相比，節約電能約為1.0 －0.35=0.65，即，節約電能65%。所以，變頻調速在調速過程中，并未增加額外損失，是最節能的一種調速方式。

3 變頻器節能效果分析

變頻器節能主要表現在風機、水泵的應用上。為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。當電機不能在滿負荷下運行時，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風機、泵類等設備傳統的調速方法是通過調節入口或出口的擋板、閥門開度來調節給風量和給水量，其輸入功率大，且大量的能源消耗在擋板、閥門的截流過程中。當使用變頻調速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風機的轉速即可滿足要求。

變頻不是到處可以省電，有不少場合用變頻并不一定能省電。作為電子電路，變頻器本身也要耗電(約額定功率的3－5%)。一臺1.5匹的空調自身耗電算下來也有20－30W，相當于一盞長明燈.變頻器在工頻下運行，具有節電功能，是事實。但是他的前提條件是:一是大功率并且為風機/泵類負載;二是裝置本身具有節電功能(軟件支持)三是長期連續運行。這是體現節電效果的三個條件。

無功功率不但增加線損和設備的發熱，更主要的是功率因數的降低導致電網有功功率的降低，大量的無功電能消耗在線路當中，設備使用效率低下，浪費嚴重，使用變頻調速裝置后，由于變頻器內部濾波電容的作用，從而減少了無功損耗，增加了電網的有功功率。

電機硬啟動對電網造成嚴重的沖擊，而且還會對電網容量要求過高，啟動時產生的大電流和震動時對擋板和閥門的損害極大，對設備、管路的使用壽命極為不利。而使用變頻節能裝置后，利用變頻器的軟啟動功能將使啟動電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對電網的沖擊和對供電容量的要求，延長了設備和閥門的使用壽命。節省了設備的維護費用。從理論上講，變頻器可以用在所有帶有電動機的機械設備中，電動機在啟動時，電流會比額定高5－6倍的，不但會影響電機的使用壽命而且消耗較多的電量.系統在設計時在電機選型上會留有一定的余量，電機的速度是固定不變，但在實際使用過程中，有時要以較低或者較高的速度運行，因此進行變頻改造是非常有必要的。變頻器可實現電機軟啟動、補償功率因素、通過改變設備輸入電壓頻率達到節能調速的目的，而且能給設備提供過流、過壓、過載等保護功能。

4 全面評價變頻調速的經濟效益

4.1 故障減少的效益直流電動機電刷和換向器是最大的薄弱環節。同步電動機有電刷和滑環，也是薄弱環節。繞線轉子異步電動機有電刷和滑環，也是薄弱環節。電磁調速電動機也有電刷和滑環，也是薄弱環節。

4.2 設備壽命延長的效益徹底消除供水系統中的水錘效應，水泵工頻起動的動態轉矩，機械的磨損減少，易損件不再易損，卷取機械的磁粉離合器等易損件取消。起重機械的制動閘皮、操作桿等配用件的壽命延長了。

5 結束語

隨著科技的進步技術的革新，國家大力開發新能源技術，機電技術的發展也將是一個突飛猛進的改革。煤礦企業要大膽創新，積極推廣新工藝、新技術、新裝備，將帶來前所未有的效益。