淺談煤礦電氣節能設計

汪國祥（煤炭工業合肥設計研究院，安徽合肥230041）

淺談煤礦電氣節能設計

汪國祥（煤炭工業合肥設計研究院，安徽合肥230041）

我國的煤礦企業面臨著嚴峻的競爭形勢，為了穩定發展、提高效益，煤礦企業必須采取相應的節約措施，以降低生產能耗。電氣系統在煤礦生產中發揮著重要的作用，煤礦企業每年的成本支出中，電費支出是一個不可忽視的項目。因此本文對煤礦電氣的節能的重要性進行了簡要的分析，并提出了具體的煤礦電氣節能設計措施，供相關人員參考。

節能設計；電氣；煤礦

引言

當前我國很多煤礦企業的電氣系統都存在著能耗過高的問題，能源的利用率相對較低。盡管電費在整個煤礦企業成本支出中的比例不大，但是其仍然是煤礦企業一項重要的成本支出，如果電氣系統的能耗過高，會在一定程度上拉高煤礦企業的總體成本，影響煤礦企業的經濟效益和長遠發展。

1　煤礦企業電氣節能設計的必要性

部分煤礦企業仍然實行粗放型的生產模式，沒有對電氣系統進行有效的節能設計與管理，在日常生產中存在著很多浪費電能的情況，特別是煤礦井下經常出現“大馬拉小車”的現象，嚴重降低了電能的利用效率，不利于煤礦企業的節能降耗。為了降低生產成本，必須對現有的煤礦電氣系統進行節能設計，并采取有效的管理措施，以進一步提高能源利用率，使煤礦運行更加高效節約。

2　煤礦電氣的節能設計措施

2.1變配電所設計

為縮短供配電半徑、減少線路損耗，主變電所應靠近礦井供電負荷中心，盡量縮短二級變電所和其配電負荷中心之間的距離。為保證變壓器運行于高效區，起到節能降耗的目的，需將負荷率維持在合適的范圍內，對于主變壓器，負荷率宜為額定容量的60%左右，對于二級變壓器，負荷率應控制在45～70%范圍內。為此，對于前、后期負荷相差較大的礦井主變電所，可選用3臺及以上的變壓器，并進行分期安裝投運；對于季節性負荷變化較大的二級變電所，如礦井供熱、降溫變電所，經技術經濟比較后，可采用獨立變壓器用于變動負荷的配電，以確保變壓器常年處于高效運行的狀態。為降低損耗，應盡量減少變壓級數與配電級數，并根據用電設備的工作狀態，合理分配與平衡負荷，做到用電均衡化。

2.2電壓等級和線纜設計

輸電線路的電壓選擇直接受到輸送距離和輸送線路電容量的影響。要達到節能降耗的目的，減少傳輸過程中的電能浪費，就應該綜合考慮負荷容量和供電距離，對供電電壓的等級進行合理的設計。以供電線路電壓降不超過5%為原則，根據礦井后期總負荷矩計算確定供電電壓等級。對于新建大中型礦井，井上、井下一級配電電壓優先采用10kV，綜合機械化采煤工作面設備應采用3.3kV配電，地面生產系統低壓負荷優先采用660V配電。

從節能的角度來看，大截面線纜具有良好的節能效果，但是會帶來一定的前期投資成本。要保障線路安全運行，同時盡量減少損耗，可以根據自身的實際需要和資金情況，盡量選擇大截面導線。對于礦井供電線路應根據供電最大負荷，按經濟電流密度選擇導線截面。在正常生產過程中，線纜上的電流基本不變，這就需要對線纜的電阻進行減小，從而達到節能的目的。隨著線纜長度的增加，電阻值成正比增加，從而造成更大的電能損耗，因此為了減小電阻值，可以選擇具有較小電阻率的導線，一般以銅芯導線為首選。要對導線長度進行盡量的縮短，也就是盡量直線敷設電纜，減少線纜轉彎及回頭的情況，而且電線電纜與設備連接處要采取降低接觸電阻的措施。如果線路較長，以電壓降、保護配合、熱穩定、載流量為基礎，可以使用大一級的線纜截面。

2.3變壓器、電動機、變頻裝置的選擇

在整個供配電系統中，變壓器具有較長的運行時間，應該對變壓器的節能效率進行充分的考慮。為此需正確選擇和配置變壓器容量、臺數、運行方式，合理調整負荷，使變壓器能夠一直處于經濟運行區。為進一步降低損耗，可以選擇性能水平代號10以上的低損耗節能型變壓器，也可以選擇空載損耗低的非晶合金鐵芯變壓器。

應對煤礦各生產及輔助系統設備的配套電動機進行科學的選擇，選用高效電動機，相對而言，籠型異步電動機具有較高的運行效率。而對于功率較大且連續工作的偏遠設備，當技術經濟合理時，可采用功率因數高的同步電機。電動機的功率應在其經濟運行范圍內確定，為了提高節能效果，還應該進一步提高異步電動機的功率因數，并進一步減少電動機的空載運行時間，避免不必要的浪費。另外對于超過一定功率的電機，可根據節能減排有關的規范規定要求并結合實際情況，選擇10kV或6kV高壓電動機。

對有調速要求的交流電動機應采用高效率變頻裝置，并應根據具體工況選擇變頻器的電壓等級和容量。為降低變頻裝置自身的損耗，對可能長時間運行在工頻電源狀態的設備，應采取短接變頻裝置的措施。如對礦井煤流系統的帶式輸送機，當煤炭運量波動較大時，采用變頻調速可節約能源，當運量穩定時，可采用旁路裝置短接變頻器，以消除變頻裝置的能耗。

2.4低壓電器和照明器件選擇

在煤礦供配電系統中大量使用到了各種低壓電器，低壓電器本身并不會造成較大的電能消耗，但是在整個供配電系統中，低壓電器的數量較多，因此低壓電器造成的電能消耗總量仍然較大。節能型低壓電器是一種良好的選擇，當前的節能型低壓電器種類較多，技術也相對成熟，能夠滿足設計的需要。

對照明系統的節能設計應該以不影響照明質量和作業面視覺要求為前提，盡量控制照明系統的光能損失，對光能進行充分的利用。要有效控制單位面積的燈具安裝功率，照明功率密度要符合相關設計標準的規定，在滿足照明質量的前提下，選用光效高、顯色性好的光源及配光合理、安全高效的燈具。對于一般的房間，盡量安裝高效發光的熒光燈（如T5、T8管）、緊湊型熒光燈或LED燈；對于室外、廠房和高大車間則可以選擇高效氣體放電光源，例如金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等；對于室外路燈也可選用太陽能燈具；井下照明采用防爆熒光燈或防爆LED燈。在照明附件的選擇中應該盡量選擇性能優良、能耗低的光源用電附件，例如對于氣體放電燈一般采用電子觸發器，緊湊型熒光燈優先選用電子鎮流器。對于氣體放電光源如金屬鹵化物燈、高壓鈉燈以及在煤礦公共建筑場所內設置的熒光燈，可以選擇具有無功補償的燈具。

合理采用照明控制方式，可以對照明區域進行進一步的細分，增加照明開關的數量，或者使用集中分區控制方式。對于室外照明可采用程序時控、光控、手動控制相結合的方式，對于走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用聲光控制方式的節能自熄開關。另外，單相照明負荷要均勻分配到三相網絡上，以降低照明系統能耗。

2.5供配電系統的功率因數設計

供配電系統的功率因數對于其能耗有著直接的影響，也就是功率因數越高的供配電系統，其無功功率的消耗越低，節能效果越好。輸電線路的線損包括無功功率線損和有功功率線損。要保障設備的運行，有功功率必不可少。變壓器、電動機以及燈具中的鎮流器都具有電感性，會產生滯后的無功電流。無功功率是一種可以避免的損耗，選擇具有較高的功率因數的用電設備，是降低無功功率的一個有效措施，除此之外，采用并聯靜電電容器是補償感性無功功率的主要手段。這是由于用電設備中一部分滯后的無功電流會與電容器產生的超前無功電流相互抵消，從而達到提高功率因數的目的。

煤礦企業可以根據實際負荷需要，選擇合適的補償方式，例如低壓成組補償、低壓分散補償、高壓集中補償。可以聯合使用低壓就地補償和高壓集中補償，能夠取得較好的補償效果。根據礦井建設規模、負荷分布及電壓等級等情況，在礦井主變電所應該設置集中式高壓或低壓無功補償裝置；地面二級變電所設置自動投切的低壓無功補償裝置；采區變電所、綜采工作面等可設置就地防爆型無功補償裝置；距離較遠的風井及分區工業場地變配電所，應就地設置無功補償裝置；有條件的場合，可采用濾波裝置與無功補償相結合的動態無功補償及濾波裝置。無功補償的容量必須進行核算，以避免欠補償和過補償，補償后的功率因數應滿足有關電能質量標準及節能規范的規定。

3　加強對煤礦電氣的節能管理

煤礦企業應該認識到，在企業的能源消耗中，電能消耗所占的比例雖然不大，但是仍然是一種重要的能源消耗。一些煤礦企業長期采用粗放型的管理模式，加之傳統礦井具有比較復雜的井下條件，各種設備長期得不到更新，配電點下具有較多的使用成員單位，往往沒有對耗能單位的實際耗電量進行有效的分辨與統計。這種情況下，不能對設備何時正常帶載或帶病運行進行判別，也不能對設備空轉進行監控和制止，導致嚴重的電能浪費。

要實現節能降耗的目的，對礦井內部用電計量要按最小核算單位裝設檢測計量儀表，對一定功率（50kW及以上）的電機單獨配置多功能電壓、電流、電能等計量儀表，以便在節能設計的基礎上進行相應的節能管理，對節能設計進行有效的落實。因此煤礦企業應該建立電力監測管理系統，從而對電氣系統進行嚴格的計量和科學的管理。該系統能夠對全礦供配電系統的運行過程及參數進行有效的記錄，一旦發現存在異常的運行參數，可以對其進行自動判別和報警，以免用電設備長期帶病運行，發生損壞。而且該系統能夠對監測參數進行動態統計，例如用電量、功率因數、視在功率、無功功率、有功功率、電流、電壓等。并可對核算單位在任意時段的電參數進行查詢和追溯。只有通過科學的計量管理，并構建完整的檢測數據系統，才能提高煤礦企業內部的用電管理能力。

4　結語

煤礦企業面臨著越來越激烈的市場競爭，如何在下行經濟環境中保持穩定的發展，節能降耗是一個關鍵問題。煤礦企業應該認識到電氣節能的重要性，采取有效措施，對煤礦電氣系統進行節能設計，有序的降低煤礦電氣系統的能源消耗量，不斷提高能源的利用率，杜絕電能浪費，降低煤礦企業的總體運行成本，提高煤礦企業的發展內驅力，提高企業內部的現代化管理能力。

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TU85

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2095-2066（2016）26-0287-02

2016-9-2