變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用及發(fā)展

劉勇

（山西汾西中興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西交城030500）

引言

進(jìn)入“十三五”以來(lái)，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排工作持續(xù)進(jìn)行，雖然成果顯著，節(jié)能壓力有所緩解，但是仍然面臨宏觀性、系統(tǒng)性的節(jié)能問(wèn)題，例如系統(tǒng)性節(jié)能不平衡、不協(xié)調(diào)、力度弱、雙控性差等問(wèn)題，特別是在煤炭生產(chǎn)行業(yè)，雖然以神華集團(tuán)為龍頭的大型煤炭企業(yè)在大型成套設(shè)備、高產(chǎn)高效、節(jié)能降耗等方面取得了巨大成就，但是由于我國(guó)國(guó)土面積廣、賦煤區(qū)域多、中小型煤礦數(shù)量大、發(fā)展不均衡性強(qiáng)等，特別是由于歷史和地域原因，一些地方煤礦、小規(guī)模煤礦的開(kāi)采條件差、資金及技術(shù)條件薄弱、設(shè)備老化、設(shè)備成套匹配性差等問(wèn)題，開(kāi)采技術(shù)仍較為落后，尤其是在機(jī)電設(shè)備單產(chǎn)能耗方面，與國(guó)外先進(jìn)水平差距較大，例如，我國(guó)部分煤礦所使用的“四大件”設(shè)備耗電量占比超過(guò)60%，設(shè)備落后，效率低下，亟待改善[1-2]。

變頻技術(shù)被認(rèn)為是最有效的節(jié)能方式之一，使用變頻器不僅能達(dá)到科學(xué)用能、節(jié)能降耗的目的，而且能夠提高自動(dòng)化水平，改善工藝。變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展為煤礦企業(yè)節(jié)能降耗尤其是降低機(jī)電設(shè)備的能耗提供了可行之路，在煤礦機(jī)電設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。

1 變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理

傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備中，電流頻率基本固定不變，其設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，無(wú)論負(fù)荷大小，其電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和耗能始終處于恒定狀態(tài)，造成電力能源的浪費(fèi)，同時(shí)造成設(shè)備的過(guò)度損耗，使用壽命也隨之縮短。而變頻技術(shù)的出現(xiàn)，則可通過(guò)變頻器來(lái)改變電流頻率，即可實(shí)現(xiàn)“交—直—交”的電流轉(zhuǎn)變方式，即通過(guò)其內(nèi)部的整流器將交流電與直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)實(shí)現(xiàn)交流電頻率的轉(zhuǎn)變，然后將轉(zhuǎn)換后的電源傳送至電機(jī)，其基本原理如以下公式[3-4]：

式中：n為電機(jī)轉(zhuǎn)速；f為電流頻率；p為電機(jī)級(jí)數(shù)。

當(dāng)電機(jī)級(jí)數(shù)p保持一定時(shí)，通過(guò)改變f的大小，即可對(duì)n的大小進(jìn)行調(diào)整，其中f的取值范圍為0～50 Hz，n的大小隨f改變而改變，即通過(guò)電流頻率的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)速。

2 變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于煤礦井下條件復(fù)雜環(huán)境惡劣，例如空氣潮濕、有毒有害氣體溢出、瓦斯煤塵易燃易爆等，變頻技術(shù)在最初并未得到煤礦的重視和應(yīng)用，隨著煤礦井下環(huán)境的改善及變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，同時(shí)煤礦機(jī)電設(shè)備的節(jié)能需求不斷增長(zhǎng)，變頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得到越來(lái)越多煤礦從業(yè)者的關(guān)注，因此促進(jìn)了變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用。例如，在我國(guó)許多煤礦，變頻節(jié)能技術(shù)已廣泛應(yīng)用在了提升機(jī)、采煤機(jī)、皮帶輸送機(jī)等機(jī)電設(shè)備中，使得設(shè)備的電力消耗顯著減少，運(yùn)轉(zhuǎn)效率顯著提高，設(shè)備的維修保養(yǎng)費(fèi)用也有所降低，經(jīng)濟(jì)效益明顯提升。

2.1 變頻技術(shù)在立井提升設(shè)備中的應(yīng)用

在我國(guó)中東部的井工煤礦中，立井提升設(shè)備廣泛應(yīng)用，其24 h不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，制約著煤礦的煤炭、設(shè)備、物料、人員的提升運(yùn)輸，對(duì)設(shè)備可靠性和安全性要求極高，同時(shí)，由于設(shè)備的頻繁開(kāi)停啟動(dòng)及調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)，容易引發(fā)各類故障，而且，在煤礦電力消耗中占比較大。而變頻技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，對(duì)煤礦提升設(shè)備解決可靠性及能耗較大的問(wèn)題提供了解決途徑。變頻技術(shù)在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用主要有兩種類型，一是可控制編程控制系統(tǒng)；二是高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)[5]。可控制編程控制系統(tǒng)的使用可顯著提高提升信號(hào)系統(tǒng)的通訊能力，使系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性得到保障，而高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)則可充分發(fā)揮變頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，減少提升機(jī)的電力消耗。

2.2 變頻技術(shù)在皮帶輸送機(jī)中的應(yīng)用

通常，皮帶輸送機(jī)在低負(fù)荷或無(wú)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)仍然采用正常功率，造成電能的不必要消耗及浪費(fèi)，同時(shí)，由于皮帶輸送機(jī)通常使用液力耦合器作為軟啟動(dòng)裝置，其工頻拖動(dòng)時(shí)容易造成電機(jī)失控、皮帶斷裂等損毀故障。而將變頻技術(shù)應(yīng)用于皮帶輸送機(jī)后，能夠有效減少電機(jī)啟動(dòng)瞬間的電流值，防止電流沖擊及設(shè)備過(guò)熱，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)在輸送機(jī)低負(fù)荷或無(wú)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)降低設(shè)備轉(zhuǎn)速，減少電力消耗，使設(shè)備安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 變頻技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備上的其他應(yīng)用

目前，變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用已較為廣泛，例如，除了提升設(shè)備和皮帶輸送機(jī)外，在井下綜掘機(jī)、采煤機(jī)、空氣壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備中也有著廣泛應(yīng)用。除此之外，變頻技術(shù)還開(kāi)發(fā)出泄漏故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其強(qiáng)大的語(yǔ)音及數(shù)據(jù)傳輸功能可使煤礦設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中的各類信號(hào)傳遞更加快捷和準(zhǔn)確；另外，帶式輸送機(jī)的瓦片控制技術(shù)可以根據(jù)井下機(jī)電設(shè)備分布地圖來(lái)發(fā)出信號(hào)進(jìn)行請(qǐng)求和索引，形成完整的信號(hào)傳導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視。

3 變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用展望

一是理清政策節(jié)能導(dǎo)向，搶占綠色開(kāi)采先機(jī)。節(jié)能降耗、綠色開(kāi)采是煤礦改革發(fā)展的必由之路，煤礦從業(yè)者及相關(guān)科研人員應(yīng)充分認(rèn)清國(guó)家政策導(dǎo)向，以《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》為指導(dǎo)，加快技術(shù)引導(dǎo)和創(chuàng)新，提供相關(guān)政策支持，搶占綠色開(kāi)采先機(jī)。

二是大力提升變頻技術(shù)在煤礦的應(yīng)用廣度和深度。變頻技術(shù)的目前應(yīng)用只是局限在煤礦的部分機(jī)電設(shè)備，還有極大的發(fā)展空間，同時(shí)，老牌煤礦企業(yè)對(duì)機(jī)電設(shè)備改造過(guò)程中需要大量對(duì)口變頻設(shè)備，解決變頻器與老舊設(shè)備的匹配問(wèn)題，亟待加大科研攻關(guān)力度，提供更多先進(jìn)可靠的技術(shù)和產(chǎn)品，從而加大變頻技術(shù)在煤礦的應(yīng)用廣度和深度。

三是加大對(duì)變頻設(shè)備的科學(xué)有效管理。應(yīng)從制度方面進(jìn)行規(guī)范，對(duì)設(shè)備應(yīng)用和維護(hù)提供良好的工作環(huán)境和制度保障，加強(qiáng)日常檢修和維護(hù)，區(qū)別于普通設(shè)備，對(duì)于變頻設(shè)備應(yīng)進(jìn)行科學(xué)、定期維護(hù)，并做好監(jiān)測(cè)及記錄，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)其自動(dòng)化控制和管理工作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變頻設(shè)備在礦山的網(wǎng)絡(luò)化和信息化集成管理。

4 結(jié)語(yǔ)

變頻技術(shù)的創(chuàng)造和發(fā)展，不僅可以改變電機(jī)供電的靈活性，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需要調(diào)節(jié)機(jī)電設(shè)備的能耗方式，大大降低電能消耗，同時(shí)使設(shè)備更加安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，為煤礦機(jī)電設(shè)備的節(jié)能降耗及高效使用奠定了基礎(chǔ)及技術(shù)條件。其應(yīng)用成果已初步凸顯，但我國(guó)煤礦行業(yè)目前仍處于化解過(guò)剩產(chǎn)能、改革提質(zhì)增效的發(fā)展陣痛期中，如何實(shí)現(xiàn)煤炭資源的低能耗、低成本、安全可靠開(kāi)采，我們依然任重而道遠(yuǎn)。

[1]繆協(xié)興，錢(qián)鳴高.中國(guó)煤炭資源綠色開(kāi)采研究現(xiàn)狀與展望[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2009（1）：1-14.

[2]王芹.煤礦機(jī)電設(shè)備變頻節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用探究[J].山東煤炭科技，2016（1）：98-99.

[3]王李鵬.變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015（28）：97-98.

[4]王強(qiáng).基于變頻節(jié)能技術(shù)在煤礦機(jī)電設(shè)備中的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2015（3）：66-67；87.

[5]劉洋.關(guān)于煤礦機(jī)電設(shè)備中變頻節(jié)能技術(shù)的思考[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2016（9）：189-191.