基于變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機電設(shè)備中的應(yīng)用

王 強

（陽煤集團壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 壽陽 045400）

引言

煤礦資源在我國的蘊含總量巨大而豐富，特別是淺層地表中蘊藏著巨大的礦產(chǎn)資源。因此，煤炭企業(yè)在我國經(jīng)濟中扮演著重要的角色，煤炭在我國的某些省份已經(jīng)成為奠定經(jīng)濟發(fā)展的主要基石［1］。但是，目前我國煤礦井下現(xiàn)場狀況令人堪憂，不但工作效率較低，而且耗電嚴重。在國內(nèi)煤企中，煤礦井下 “四大件”的耗電量占總耗電量的60%以上，更嚴重的是大部分電能都被浪費掉。另外，我國很多年產(chǎn)在50t的中小煤礦，綜采綜掘技術(shù)還處于較低水平，礦工的生命安全得不到有效保障，并且煤礦的產(chǎn)出率低、污染大，同時還消耗了驚人的電能。隨著我國煤炭科技工業(yè)的迅速發(fā)展，變頻技術(shù)以可靠的調(diào)速性能和卓越的節(jié)能效果，大幅提高煤礦設(shè)備的自動化程度，因而，變頻節(jié)能技術(shù)被廣泛應(yīng)用于我國煤礦生產(chǎn)，成為節(jié)約電能和保護環(huán)境的有效手段。

1 變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理和發(fā)展

變頻技術(shù)主要指通過改變交流電頻率的方式，達到對設(shè)備的控制自動化，是現(xiàn)代化無附加轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方式。使用變頻技術(shù)，可通過機電設(shè)備負載段變化值，在系統(tǒng)前段設(shè)定設(shè)備的參數(shù)值，改變設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，以期提高機電設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率。

式中：n為電動機轉(zhuǎn)速；f為頻率；p為電機級數(shù)。

n一定時，改變f，可改變n。當(dāng)f在0～50Hz的范圍內(nèi)變化時，n調(diào)節(jié)范圍很寬。變頻調(diào)速就是根據(jù)這個原理，通過改變電動機電源頻率來實現(xiàn)調(diào)速的。

由于煤礦井下的環(huán)境比較特殊，瓦斯、煤塵等作為主要易燃易爆物質(zhì)，具有一定的危險性，變頻節(jié)能技術(shù)并沒有輕易在井下環(huán)境中應(yīng)用。隨著科技發(fā)展，變頻節(jié)能技術(shù)逐漸被應(yīng)用于機電設(shè)備中。采用了變頻節(jié)能技術(shù)的設(shè)備，可以使得設(shè)備運轉(zhuǎn)效率大大提高，在很大程度上節(jié)約了電能，同時還節(jié)省了用于設(shè)備維護的支出，提高了礦業(yè)公司的經(jīng)濟效益。所以，變頻節(jié)能技術(shù)能夠顯著改善煤礦機電設(shè)備的性能。

2 變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦井下機電設(shè)備中的應(yīng)用狀況

節(jié)能優(yōu)勢隨著變頻技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。變頻技術(shù)已被煤礦井下機電設(shè)備所使用。煤礦機電設(shè)備作為井下主要的耗能設(shè)備，應(yīng)該重點研究節(jié)能變頻技術(shù)，變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦四大件等機電設(shè)備中的應(yīng)用最為廣泛［2］。

2.1 立井提升變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

在井工生產(chǎn)礦中，立井提升設(shè)備發(fā)揮著重要作用，使用變頻節(jié)能技術(shù)實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用，可以在地面對提升設(shè)備遠程操控，保證提升設(shè)備完成礦井生產(chǎn)任務(wù)。

變頻技術(shù)在立井提升中主要以可控制編程控制系統(tǒng)和高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)為主。把單元串聯(lián)多電平能量回饋型四象限高壓變頻控制系統(tǒng)作為在立井提升中的核心部件，可以有效提升系統(tǒng)的通訊能力，將系統(tǒng)的抗干擾性和安全性大幅度增強，在提升過程中使各種功能可靠性能大幅增強，使得立井提升系統(tǒng)的安全性大大增強。

2.2 掘進機中變頻技術(shù)的應(yīng)用

掘進機變頻調(diào)速系統(tǒng)隨著變頻技術(shù)的發(fā)展有了廣泛的應(yīng)用，使用大功率電機和變頻技術(shù)在掘進機的控制部分中，可實現(xiàn)截割部件根據(jù)實際工況水平調(diào)節(jié)輸入電流從而實現(xiàn)軟驅(qū)動，對掘進機的截齒旋轉(zhuǎn)速度根據(jù)煤巖軟硬程度可調(diào)節(jié)變速，它適用于各種工況地質(zhì)條件工作面掘進開采。掘進機交流變頻調(diào)速系統(tǒng)是未來發(fā)展的必然趨勢，與國家節(jié)能減排的基本國策相適應(yīng)，它的科技含量高、運行安全可靠，性能穩(wěn)定、節(jié)能環(huán)保，有著顯著的社會經(jīng)濟效益。

2.3 帶式輸送機中變頻技術(shù)的應(yīng)用

帶式輸送機運煤及運矸石的過程中，由電動機輸出動力，摩擦阻力作為主牽引力，使皮帶在支撐輥輪上依靠摩擦阻力和皮帶表面張力變形傳輸動力，起到運煤、輸送物料的作用［3］。我國煤炭企業(yè)使用帶式輸送機工作時，常利用工頻拖動來實現(xiàn)對帶式輸送機的軟啟動，容易出現(xiàn)機械電氣部分如皮帶斷裂老化等情況。采用新節(jié)能技術(shù)后，可以有效降低啟動電機時大電流沖擊，減少設(shè)備過熱等情況。可以在保證帶式輸送機設(shè)備基本功能的同時避免事故發(fā)生，這樣可以有效降低企業(yè)的運營成本，大幅提高企業(yè)的效益。

2.4 煤礦井下空氣壓縮機中變頻技術(shù)的應(yīng)用

在我國井下的巷道掘進中，使用以壓縮空氣為動力的鑿巖機、耙斗裝巖機、風(fēng)鉆為掘進設(shè)備的生產(chǎn)工藝。空壓機是井下生產(chǎn)的主要設(shè)備之一，空壓機可以設(shè)置在地面或井下，設(shè)置在地面為中小型空壓站，使用一般電氣設(shè)備進行控制。煤礦井下使用的空壓機分為往復(fù)式和螺旋式，但使用機械式壓力調(diào)節(jié)裝置雖然可以起到對壓力的調(diào)節(jié)作用，但其壓力調(diào)節(jié)精度較低，而且壓力的波動范圍較大；空壓機總在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，對機械設(shè)備磨損強度較大，耗能非常嚴重。通過使用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，可以實現(xiàn)無極調(diào)速，可以對空壓設(shè)備實現(xiàn)自動控制，無需改變空壓機設(shè)備的原始結(jié)構(gòu)參數(shù)，而且變頻設(shè)備改進安裝量較小，投入資金較小，為煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)提供了行之有效的保障。

3 變頻節(jié)能技術(shù)的發(fā)展要求

煤炭企業(yè)現(xiàn)代化礦井建設(shè)發(fā)展要求變頻技術(shù)等一系列先進技術(shù)在煤礦行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，發(fā)揮了無以倫比、不可替代的作用。因此采用變頻技術(shù)來節(jié)約能源利用是當(dāng)今乃至今后長期內(nèi)一個必然的發(fā)展趨勢。由于煤礦生產(chǎn)的特殊環(huán)境和對安全的特殊要求，變頻技術(shù)在井工中應(yīng)用較晚。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，煤炭企業(yè)的節(jié)能降耗增產(chǎn)增效以及綠色低碳開發(fā)已經(jīng)提到了議事日程，因此對設(shè)備的改造更新勢在必行。煤礦井下開采環(huán)境惡劣，空氣中富含大量瓦斯、粉塵等易燃易爆成分，所以市場上符合煤礦安全要求的隔爆型變頻器并不多，因此需要廣大工程科技人員和相關(guān)企事業(yè)科研院所大力協(xié)作研發(fā)更多符合井下要求的該類型產(chǎn)品［4］。

4 結(jié)語

我國是世界上的產(chǎn)煤大國，同時也是噸煤電耗量最高的國家之一，因此需要走低能耗高產(chǎn)出的發(fā)展之路。煤礦生產(chǎn)中，四大系統(tǒng)占主要生產(chǎn)系統(tǒng)耗電量的60%以上，是井下的主要用電系統(tǒng)。通過變頻節(jié)能技術(shù)可以有效地實現(xiàn)節(jié)能減排效果，使企業(yè)得到較好的經(jīng)濟效益和社會效益。近年來我國煤企生產(chǎn)事故多發(fā)，通過對這些老舊設(shè)備進行先進的生產(chǎn)工藝技術(shù)革新?lián)Q代，對設(shè)備進行變頻技術(shù)推廣與新技術(shù)改造，可以提高我國現(xiàn)代化礦井建設(shè)的發(fā)展進程，保證礦井安全生產(chǎn)，又可以節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟效益，為目前煤礦市場疲軟、煤炭經(jīng)濟下行等客觀狀況提供有力的推動作用，為煤企轉(zhuǎn)虧為盈做好企業(yè)自身的準(zhǔn)備工作。

［1］ 董建強.煤礦變頻調(diào)速與節(jié)電技術(shù)研究［J］.能源技術(shù)與管理，2010（6）：10－12.

［2］ 李宏曉.變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦的應(yīng)用前景［J］.科技信息，2010（19）：54－55.

［3］ 胡崇岳.現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1998.

［4］ 田鐵龍.變頻調(diào)速技術(shù)在煤礦企業(yè)的推廣應(yīng)用［J］.機械管理開發(fā)2003（4）：26－27.