礦山電氣自動化中的節能技術應用效果研究

李 兵

（長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410000）

礦山電氣自動化是礦山數字化發展的主流趨勢，通過計算機技術結合工程技術提高電氣設備的自動化程度。在礦山電氣自動化過程中，必然會產生巨大的能耗，因此，礦山電氣自動化中的節能問題一直是相關部門的重點研究問題。節能技術主要是通過分析能耗的具體消耗情況，從中找出不必要的能源消耗，通過先進的科學技術達到節約能源的目的。節能技術具有十分廣泛的應用范圍，包括：工業建筑、交通運輸以及家庭電器等，并且均取得了良好的應用效果。目前已有一部分學者將節能技術應用在礦山電氣自動化中，通過節能技術，減少礦山電氣自動化中不必要的能耗。但在應用過程中，由于未考慮到節能技術下對礦山電氣設備造成的損耗，導致其并未取得良好的應用效果。在我國針對礦山電氣自動化中節能技術應用效果的研究較少，為了更加良好的掌握節能技術的應用，下述將開展礦山電氣自動化中的節能技術應用效果的詳細研究。

1 礦山電氣自動化節能設計

礦山電氣自動化可通過相關的計算機設備以及監測設備、實時信息接收設備等實現。為了保證礦山電氣自動化的節能效果，在礦山電氣自動化中增加一定的輔助設備，利用智能儀表完成對礦山電氣設備的監視和操作。可以通過傳輸的畫面信息及相關的數據信息及時的找出礦山電氣設備出現不必要能耗的位置，從而在降低能源消耗的同時，保證了礦山電氣自動化的穩定運行。通過計算機即可完成礦山電氣自動化設備開關、閥門開關的工作，實現礦山電氣自動化節能設計。在此基礎上，研究礦山電氣自動化中的節能技術應用效果。

2 礦山電氣自動化中的節能技術應用效果

本文主要針對節能技術在礦山電氣自動化中的4 點主要應用效果加以研究，設計礦山電氣自動化中的節能技術應用效果框架圖，如圖1 所示。

圖1 礦山電氣自動化中的節能技術應用效果框架圖

結合圖1 所示，針對圖中4 點主要應用效果的具體，研究內容，如下文所示。

2.1 判斷礦山電氣自動化中的無功損失

在礦山電氣自動化供電過程中，要想應用節能技術實現節能，必須通過計算的方式確定礦山電氣自動化供電中的無功損失，達到良好的應用效果。本文通過功率因素表示無功損失φ，設礦山電氣自動化中的無功損失為，可得公式（1）。

公式（1）中，P指的是礦山電氣自動化中的有功電量，單位為C；Q指的是礦山電氣自動化中的無功電量，單位為C。通過公式（1），得出礦山電氣自動化中的無功損失。并通過節能技術將靜態無功補償裝置應用在礦山電氣自動化供電系統中，通過補償無功損失，起到對礦山電氣自動化供電節能的應用效果。

2.2 平衡礦山電氣自動化運行電壓

基于節能技術將礦山電氣自動化中的電容器分為若干組別，使用節能技術監測電容器，通過實時監控礦山電氣自動化供電過程中產生的電壓、電流、電阻、無功損失等電能信息的相關數據，利用計算分析的方式，從而平衡礦山電氣自動化供電電容器電壓。以電容器的容量為基本參數，根據節能技術的具體應用方法，按照0.9 倍的靜態無功補償裝置空載平衡礦山電氣自動化供電電容器電壓[1]。設此過程的計算表達式為N，具體公式如公式（2）。

公式（2）中， 指的是礦山電氣自動化供電時電容器的額定電壓，單位為kV；I指的是靜態無功補償裝置的空載電流，單位為A。通過公式（2），平衡礦山電氣自動化供電電容器電壓，進而保證礦山電氣自動化供電的節能效果。在礦山電氣自動化供電中增加一定的輔助設備，根據電容器實際作業過程中的控制難易程度進行判定，利用節能技術完成對礦山電氣自動化供電電容器電壓的監視和操作。

2.3 補償礦山電氣自動化供電功率因數

在礦山電氣自動化供電的過程中，不僅要平衡礦山電氣自動化供電電容器電壓，同時還要利用節能技術補償礦山電氣自動化供電功率因數[2]。提高礦山電氣自動化供電功率因數是實現礦山電氣自動化節能的核心內容，運用節能技術，設應用節能技術投、切電容組的計算表達式為K，則有公式（3）。

公式（3）中，m指的是礦山電氣自動化供電系統電源基波角頻率；指的是礦山電氣自動化供電系統電源固有振蕩角頻率；h指的是礦山電氣自動化供電系統運行時的電流，單位為A；e指的是節能技術的調控相應時間，單位為s； 指的是使用節能技術補償時的衰減系數。通過節能技術，補償礦山電氣自動化供電功率因數，從而提高礦山電氣自動化供電的節能效果。在此過程中，需要注意的是使用節能技術投、切電容組時，必然會對礦山電氣自動化供電設備造成一定的干擾，加速絕緣介質的老化速度，導致礦山電氣自動化供電設備損耗程度增加[3，4]。基于此，為保證礦山電氣自動化供電節能過程中不損壞供電設備，運用節能技術時要選用交流—直流變頻的方式投、切電容組，控制投、切頻率，從而避免對礦山電氣自動化供電設備的干擾程度。并且，在應用節能技術的同時，還要額外增加一臺靜態無功補償裝置，方便對礦山電氣自動化供電電容組的及時切換，保證電流能夠源源不斷的運輸到電容組中。節能技術應用的優勢在于能夠保證在最短的時間內進行安全的投、切切換，當礦山電氣自動化供電時，靜態無功補償裝置會第一時間啟動，快速進入到工作狀態當中，代替供料設備完成工作，確保礦山電氣自動化節能。

2.4 降低礦山電氣自動化線路的損耗

通過在應用節能技術時設置靜態無功補償裝置，能夠起到降低礦山電氣自動化線路損耗的應用效果[5，6]。礦山電氣自動化中的節能技術應用降耗可通過計算的方式加以體現，設其計算表達式為，則有公式（4）。

公式（4）中，R指的是礦山電氣自動化供電變壓器的負荷電流。通過公式（4）可知，礦山電氣自動化供電變壓器的負荷電流越大。因此，可以通過節能技術的無功補償，降低礦山電氣自動化供電變壓器的負荷電流。為了使礦山電氣自動化供電系統能夠在節能的同時正常的運行，必須精確測得礦山電氣自動化供電變壓器的負荷電流，保證節能技術的應用不受干擾。

3 實例分析

3.1 實驗準備

為了驗證本文設計的節能技術對礦山電氣自動化的應用效果，構建實例分析，實驗對象選取某礦山。實驗環境配置分為兩部分說明，其中所需硬件包括：泰克示波器、支持8 線雙絞線同軸電纜光纖專網、穩壓電源、局部放電測試裝置；軟環境包括：Multisim、visual stuio、vc++、max+plush。本次實驗將礦山電氣自動化能源消耗量作為實驗測試指標，能源消耗量越低證明該節能技術的應用效果越好。首先，使用本文節能技術應用在礦山電氣自動化過程中，通過MODBUS 通訊協議采集獲得其能源消耗量，設置為實驗組；再使用傳統節能技術應用在礦山電氣自動化過程中，通過MODBUS 通訊協議采集獲得其能源消耗量，設置為對照組。在此次的實驗中，設置實驗次數為5 次，記錄實驗結果。

3.2 實驗結果與分析

收集5 組實驗數據，并將能源消耗量繪制成折線圖，如下圖2 所示。

圖2 能源消耗量對比

根據上述折線圖中的多組數據，可知應用設計節能技術后的礦山電氣自動化能源消耗量更低，能夠起到節能的應用效果。

4 結語

通過礦山電氣自動化中的節能技術應用效果研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統礦山電氣自動化中能源消耗量大的問題。由此可見，本文設計的節能技術是具有現實意義的，能夠指導礦山電氣自動化節能優化。在后期的發展中，應加大節能技術在礦山電氣自動化中的應用力度。截止目前，國內外針對礦山電氣自動化中的節能技術應用效果研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對礦山電氣自動化的優化設計提出深入研究，為提高礦山電氣自動化的綜合性能提供參考。