煤礦機電設計中的節能問題研究

張曉光

摘 要：近年來，隨著我國科學技術不斷地向前發展，為我國的煤炭產業的發展也帶來了機遇，然而面對能源消耗問題，煤炭企業不得不向節能方向發展，這不僅僅是煤炭企業可持續發展的必然選擇，同樣也是當下社會能源的基本要求。這些年，能源的頻頻告急給各行各業的發展都帶來了一定的阻礙，而節能技術也應運而生，可以說節能技術的到來，一方面緩解了當下能源緊張的現狀，另一方面也為提高企業的經濟效益打下了基礎，因此節能技術在煤炭企業中的應用是一舉兩得的，應當加大對該技術的研究力度，降低能源的消耗，在這一過程中尤為重要的就是煤礦機電設計中的節能問題，為了更加深入地對這個問題進行分析，文章對這一問題進行詳細地分析探討。

關鍵詞：煤礦；機電設計；節能；探討

中圖分類號：TD443+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）15-0024-02

1 節能技術概述

對于一個企業來，能源消耗是重要的企業成本之一，對企業經濟效益的影響作用是不容忽視的，因此降低能源消耗成為了大部分企業研究的熱點和重點問題，但是較低能源消耗與降低生產標準之間不是等同關系，反而是降低消耗，即節省能源的前提條件是保證生產質量，同時保障生產安全，從而提高能源的利用率，進而提高企業的經濟效益，同樣對于煤礦企業來說，這一原則仍舊適用。

節能技術應用于實際的煤礦企業生產中，應當將生產安全、技術含量、可操作性、節省能源、環保等問題進行綜合性的考慮，在這一過程中還可以通過一定科學的計算來對電氣設備或者控制方式進行選擇，從而降低能源的消耗，提高企業的經濟效益。另外，在這一過程中離不開設備生產廠家的協助，只有生產廠家積極的配合，才能夠研制出新型的節能設備，以供煤礦企業實際生產使用。

2 科學的選擇供電系統和主變方案

2.1 保障電壓等級的科學性和合理性

有關的工作人員在對電壓等級進行確定時，應當對輸送的容量以及輸送的距離進行細致的考慮，同時在這之前還應當對電力系統的實際運行現狀進行分析，以保證電壓選擇的準確性。對電壓選擇的合理與否對今后電力消耗的情況影響是比較大的，一般來說，電壓等級選擇的越小，那么電路和變壓器上對電量的消耗就越小，而對于煤礦企業來說，礦井井下的電力系統一般使用的是660 V或者是1 140 V。

2.2 保證主變壓器選擇的合理性

根據“煤炭工業的設計規范”。一般來說煤炭礦井中的主變壓器是兩臺，這樣做的目的是為了避免因一臺產生故障而對生產作業和生產安全帶來隱患。同時在選擇主變壓器時還應當對其在正常運行時的電力損耗進行試驗，一般選擇電力消耗最少的使用，但是也必須對該設備購買的經濟性進行考慮。這主要是因為變壓器的使用時間比較長，應當盡可能降低在這一方面的電力損耗，而由此帶來的節能電量是十分可觀的。而對于變壓器來說，其主要的電力消耗主要包括兩方面，一方面是鐵損，另一方面是銅損，另外還包括了因無功功率引起的有功消耗的電量。因此在對主變壓器進行選擇的過程中，應當對各種影響因素進行綜合考慮，盡量避免由其帶來的經濟損失。

2.3 在生產用電過程中使用高低壓混合方式

對于煤礦企業來說，由于其自然功率的因數較小，因此僅僅依靠提高繼電設備的自然功率因數還不能夠達到供電部門對其的要求，而為了解決這一問題，可以使用靜電電容器補償的方法，一般來說，其補償的總容量的計算公式為：

Q=P（tg？漬1-tg？漬2）

其中，Q為需裝設計電容器總容量，kVar；P為計算負荷有功功率，kW；tg？漬1、tg？漬2為補償前、后功率因數的正切值。

通過上面的計算公式可以知道無功補償使用高低壓混合的方式最為合理。而在對電容器進行安裝的過程中應當注意，對于低壓靜電電容器應當在用電負荷處進行安裝，只有這樣才能夠最大限度的降低配電設備的電容量，進而使得送電線路截面減小，繼而降低電能源的損耗。通過無功率補償之后，由送電線路和變壓器減少的損耗的為：

ΔP=（1-cos2？漬1/cos2？漬2）×100%

由這一公式可以知道，當cos？漬1升至0.95時，損耗降低為37.6%，由此可見設備自然功率因數的變化對損耗的降低具有十分顯著的效果。

2.4 電度表的安裝位置應當在主要用電負荷處

對于煤礦企業來說，一般在其提升、通風、壓風等位置處，應當安裝電度表。而對于同步電機還應當安裝無功率電度表和功率因數表，這樣做的目的是為了對不同負載出的不同時間的用電情況進行實時的監測，為今后制定用電管理制度提供必要的參考依據。

3 變頻技術對節能問題的影響

為了更進一步的降低能源損耗，節省電力消耗，交流電動機調速驅動這一技術應運而生，這一技術在調節閥門、擋板節流等方面對降低電力損耗具有十分積極的意義，其具體的操作方法：可控硅功率變化器的使用保證了交流電動機的電源，進而可以對轉速進行調節操作，繼而使得交流變頻調速最終得以實現。

一般來說，對感應電動機轉速的調節方法主要有以下幾種，即轉差率的調節、磁極對數的調節以及供電頻率的調節等等，其中對于轉差率的調節和磁極對數的調節在實際的使用過程中存在一定的缺陷，例如當對轉差率進行調節是，低速情況下的轉差率較大，使得轉差的損耗也比較大，且效率比較低，實用性較差。而對供電頻率進行調節時，無論是高速還是低速，其轉差率都可以進行一定的保持，這樣積極大的提高了效率，且調節功率的范圍也比較大，精確度較高，同時還可進行無極調速，通過以上的分析可以得出，對供電頻率進行調節是對交流電動機進行轉速調節的最佳方法。接下來本文將對此進行驗證。

對于現階段來說，煤炭企業的礦井通風機對風量進行控制方法一般是使用擋板，即風門，也就是通常所說的節流加阻調節法，這種方法的使用對電能的消耗是比較大的，而如果使用變頻調速的方法就可以極大地降低電量損耗。

接下來用計算的方法對此進行驗證。對于離心式的風機的風量與其轉速之間的比例關系是正比，而其軸功率與其轉速立方之間的比例關系也是正比，即：

Q2=Q1（n2/n1）

我們設定Q1的值為100%，那么n1也為100%，而當Q2為70%時，n2也就為70%。因為N2=N1（n2/n1）3，所以N2=34.3%N1。

另外，當Q2的值為50%時，N2=13%N1。通過以上的計算結果可以說明轉速的調節可以降低風機運行中的電能損耗，進而提高煤礦企業的經濟效益。

4 交流提升機中可控硅串級調速裝置的作用

對于煤礦企業來說，礦井中的提升機使用的是交流繞線型的電動機，一般對其轉速的調節方法是串金屬電阻或者是對轉差率進行調節，這兩種方法的使用對電量的損耗是比較大的。這主要是因為在提升機運行的過程中金屬電阻消耗了所有的轉差功率，導致提升機的工作效率極大地降低，電能的損耗增大，這種情況的出現不利于煤炭企業經濟效益的提升，因此應當煤炭企業應當加大對這一問題的研究，制定出合理的解決措施。經過實際的應用經驗分析發現，可控硅串級調速裝置的安裝代替的金屬電阻在提升機運行中作用，并在工作過程中轉子回路中的轉差功率沒有被損耗，反而反饋到電網中，這樣以來極大的提高了工作的效率，不經不會降低提升的工作效率反而提高了其工作的效率，并降低的電能的損耗，使得用電成本降低，相應的經濟效益得到了提高。

5 煤礦機電設備的選擇和運行方式分析

5.1 有載調壓變壓器和高效節能變壓器的選擇

對于煤礦企業來說，有載調壓變壓器在運行中的主要作用是為了保證供電的電壓，其中涉及到的煤礦機電設備有高壓大型的電動機，尤其是鼠籠型電動機在啟動時必須保證有足夠的電壓供應，因此必須安裝有載調壓變壓器，而輸出電壓的大小一般會又負荷的大小決定，且輸出電壓也會在運行過程中依據負荷的大小進行一定的調整，進而保障運行的正常。

5.2 電動機的選擇

對于我國電動機的設計來說，其中在對Y型電動機進行設計的過程中，所使用的標準是國際標準，且該系列的電動機采用的是三相異步電動機，其額定的電壓為380 V，其功率范圍達到了0.55～90 kW，轉速分為四個等級，即3 000、1 500、10 000和750 r/min。同時Y型電動機的外殼的防護為IP44型，使用了B級的絕緣結構。另外該系列的電動機在生產運行中具有較高的工作效率，其主要是因為Y系列的電動機即使在負荷達到75%到100%，它的效率曲線表現也是比較平坦的，這就在一定程度上保證了電動機在運行中的效率，降低了電能的損耗，提高了煤炭企業的經濟效益。

5.3 高效新型的水泵選擇

對于煤炭企業來說，排水系統的設計是十分重要的，而在對該系統進行設計的過程中應當對以下幾個問題引起高度的重視。

第一，系統排水管路的選擇。對于煤炭企業來說，在對排水管路設計的過程中應當對管路資金投入和今后的運行費用進行綜合的分析考慮，一般來說將流速設定在1.2～1.5 m/s比較合理，且其經濟性也比較合理。

第二，當排水系統處于正常的涌水量排水過程中，應當讓備用管道和工作管道同時進行排水工作，以降低排水管道水流的速度，進而境降低該管道的阻力損失，但是應當制定出該情況下的工況曲線，以進一步確定水泵的工作狀態是否處于高效區。

5.4 照明設備的選擇

對于煤炭企業的照明設備的選擇是必不可少的，其在生產過程中是不可缺少的設備之一，而對于煤炭生產來說，一般在使用氣體放電燈，這主要是因為氣體放電燈的發光效率與普通的白熾燈相比較，前者要高出許多，因此在生產中使用氣體發光燈一方面可以降低電能的損耗，另一方面也可以降低運行的成本。

6 結 語

綜上所述，對于我國來說是一個煤炭大國，煤炭企業的數量也是比較多的，其對電能的消耗量也是巨大的，因此加大對煤炭機電中節能問題的研究是十分必要的，而對于我國來說，這一方面的研究還不成熟，一些方面還存在一定的問題，對電能的損耗還比較大，與國外相比較還存在一定的差距，但是其發展的空間還是比較大的，因此應當加大對這一方面的研究，切實提高我國煤炭生產的節能技術，推動我國煤炭企業的可持續發展。

參考文獻：

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