礦山電氣節能技術及其應用研究

徐援軍

（金建工程設計有限公司，山東 煙臺 264670）

隨著能源的過渡開采，造成了資源趨于枯竭，但是由于社會的發展需要和人們的生活需求，能源的需求量卻與日俱增，能源危機已成為各國必須面對和解決的問題。為了緩解能源緊張，政府和礦山企業將節能作為主要的研究目標，但是大多數礦山生產作業中的電力消耗集中在電氣設備上。隨著電氣設備的自動化水平不斷提升，其耗能也隨著增加。實際運行過程中，為了有效降低成本，提高電能利用率，積極研究電氣節能技術，確保工程的安全可靠，降低電能消耗，才能使礦山生產實現節能的目標，對于提升礦山企業落實節能減排理念具有現實意義[1]。

1 在礦山應用電氣節能技術的積極作用

目前，節能減排發展理念被各行各業廣泛推崇，節能改造的作用在礦山生產行業中得到發揮。電氣節能上，從技術和理念上均有巨大的發展空間。與其他行業相比，礦山生產的耗電量巨大，因為在生產過程中，設備主要會消耗水、電、燃料等，用水是電能支撐的，使循環供水系統得以正常運轉，然而，部分燃料的消耗也需要耗費電能，并且我國大中型礦山能源消耗較多，存在缺乏一些節能措施、節能技術較為落后等問題。因此，礦山企業在生產過程中要改造設備，提高工藝水平，以實現電氣節能為目標。在實際改造的過程中，企業要考慮多方因素，使節能技術既能降低能源消耗，又能符合綠色生態的環保要求。工作人員選擇新的設備和技術，積極掌握設備自身的性能，對其效率、原理、實用性等多方面進行全面分析和了解。企業使用性價比最好的設備，在符合節能理念的基礎上，提高工作效率。從社會角度出發，企業使用電氣節能技術能夠緩解日益惡化的環境污染問題，減少資源浪費，提升礦山生產的綜合效益。

2 礦山電氣節能設計的原則

低碳環保、綠色生態的理念，不但是人們所追尋的，也是礦山生產活動中應當遵守和落實的思想。礦山電氣設計的工作中，要遵守一定的原則，使節能設計更符合實際的運行情況。

一是實際性原則。礦山企業在電氣工程施工過程中，以經濟效益為中心，最大化節能效果。節能設備、材料的選擇和采購以礦山的實際情況出發。合理利用有限的資金，減少節能成本的支出，在達到節能目標的同時，力爭在今后的生產活動中收回成本。

二是適用性原則。企業在設計節能方案時，通過平衡利益和節能，避免發生過度追求節能的情況，達到符合礦山生產的實際能源需要，確保充足供應能源。企業在生產活動中，實時根據實際情況調整節能改造和設計的方案。

三是節能性原則。電氣節能設計的根本目標是減少電能的消耗量，因此，工作人員在設計過程中，亟須掌握礦山的結構和工作環境，便于有效管控能源的使用情況，并且事先規劃出合理的節能措施，以便工作人員針對一些設備出現損耗的情況，使用相應的節能設計策略，落實科學和經濟的設計理念，使節能技術在礦山生產作業中發揮出最大的功效[2]。

3 礦山電氣節能技術及實際應用

（1）軟啟動裝置的改造。實踐證實，與傳統電氣設備直接啟動或Y/D啟動相比，軟啟動設備具備優勢顯著，其是一種多功能保護的電機控制設備。在電機正常運行過程中，軟啟動設備本身有電流經過，電流值通常從零開始，最大值不超過額定電流值的范圍。此時，為了改變直接啟動的狀態，企業可以在電動機相關設備上配置軟啟動補償控制裝置，有效達到保護設備的目的。因為在設備啟動時，電流值會超過額定電流4至7倍，所以這種做法能夠有效防止對電網系統過大的沖擊，使設備和閥門的使用壽命得以延長，然而，通過上述方法能夠控制電動機的電壓，在啟動過程中逐步提升電壓，有效控制了電流，使設備的啟動動作更加平滑。通常情況下，軟啟動設備在電動機啟動完成后，會作為旁路運行。如果電動機負載率較低，軟啟動設備會輸出較低值的電壓，從而減小了輸出電流，有效降低了電動機的功率損耗，并且間接為礦山企業降低了設備的維護成本[3]。

（2）節能型配電系統的使用。在設計配電系統時，電氣節能設計占據重要位置，是生產活動的基礎和保障。因為在構建和發展節能配電過程中，要設計和優化系統，確保電壓的合理性。因此，控制電壓的大小，以礦山企業實際運行的電容量、供電負荷的大小等因素為主要參考依據，為企業未來發展進行規劃和選擇。

（3）低電阻電纜的使用。供配電的輸電線路運行過程中存在一定值的電阻，輸電線路越長，電阻越大，電能損耗越嚴重，而且伴隨熱量的散發。因此，企業在礦山經營時，盡量降低輸電線路的損耗，使用合適的低電阻電纜，并在選擇截面時，以電流密度的經濟實用性為基礎，有效保證能源的節約，滿足節能的需求，降低因熱量堆積導致電能事故的發生幾率，使用電更加安全可靠。

（4）電動機節能技術的使用。電動機在電能總體消耗中占比較大，因此，為了降低其電能損耗，提升電動機的功率因數，使其工作效率穩步提升，礦山企業應使用高效節能的三相異步電動機。選用新型高效節能的電動機，其效果較為良好，能夠提高工作效率百分之3至6，使總電能損耗降低百分之20至30，符合國家節能評價的規范。該類型電動機還具有振動低、噪音小、使用壽命長、啟動轉矩大等功能。

（5）綠色環保照明節能燈的使用。我國是一個積極提倡綠色節能、低碳環保的國家，但許多礦山依舊使用白熾燈、高壓汞燈，而車間辦公室的使用低效熒光燈進行照明，該使用不符合國家規定的標準，企業需要改進和禁止。因為白熾燈泡發光面積小、光照不均勻，照明效果較差，導致電能損耗加重，造成能源的浪費。井下作業的環境較為惡劣，滴水、漏水現象時常發生，白熾燈在工作中發熱較多，遇到水發生炸裂，使得燈泡更換頻率增加。此外，在照明主要電源線路安排上，設計好三相供電，減少電壓損耗。為了降低照明系統運行時受到的外界不良影響，應該充分利用三相照明負荷平衡的技術優勢。

大型礦山企業需要照明的面積較大，節能燈的潛力較大。因此，在選擇照明燈具上，企業根據工作場地實際條件進行選擇，并符合國家規定的標準。高壓鈉燈、緊湊型熒光燈、金屬鹵化物燈、LED燈等綠色環保燈具與傳統照明燈具相比，不但發光效果、色溫、顯色性能更為優越，而且節電效果較為明顯。其中，熒光燈和氣體放電燈的選擇要保持單燈功率因數分別不超過0.9和0.8為最佳。因此，企業將井下所有白熾燈換成符合綠色環保照明標準的節能燈具，不但確保了照明效果，也極大地降低了電能損耗，同時，降低了安全事故的發生。

（6）節能型變壓器的使用。礦山企業運行過程中，在輸電環節上，變壓器始終是電能耗費的主要源頭之一，其損耗量甚至會達到電能總量的十分之一。為了提升電氣節能效果，要使用節能型變壓器。條件允許時要用干式變壓器，同時也要合理改造油浸式變壓器，能夠有效降低無功消耗，使電能使用率有所保障。企業在選擇變壓器的型號和容量過程中，要依據礦山配電系統實際運轉情況，選擇高效能、低損耗的種類，確保其經濟運行點介于0.7至0.8之間，以達到變壓器經濟運行的目標。

礦山企業的生產是以最小量能源獲得最大收益為目的，因此，調整節能方式是符合企業的經濟目標的，節能方式的調整通過加大變壓器的功率因數，采取一定的手段提升其功率因數，減少電能消耗，為綠色生產提供了可行性支持。采用的措施可以使用人工方法，經典電容是人工補償時的通用做法，即分散和集中式補償。另外，對于變壓器的經濟運行方式也要有所考慮，比如，夏季通過在變壓器控制室增加移動式風機達到有效降溫的目的，延長變壓器的使用壽命。應用于配電裝置時，要盡量使其與負荷中心的距離較近，便于縮短電纜長度，減少供電線路的電壓。一些非生產性的車間中，如果供電時間較長，可以只使用一臺變壓器[4,5]。

（7）變頻技術的使用。在信息技術、電子技術等發展的過程中，變頻器應運而生，其具有變頻調速的功能，通過自動調節活動降低啟動電流，以此適應負載和轉速的變化，同時，其具有設備保護的過流、過壓等功能。變頻器的使用可以提高電機輕載時的工作效率，也符合節能的標準，是電氣傳動中的中心設備。電動機在實際運行過程中，其運轉速度并非穩定，且啟動時會耗費較多電量，縮短了電機的使用壽命。例如，風機水泵轉速的立方，與其消耗功率是成正比的，當用水和風量不大時，利用變頻器降低其轉速，輸入既定功率，便可獲得顯著的節能效果，可降低水泵能耗百分之15至20，節電百分之20至50。

（8）無功與就地補償技術的使用。礦山企業在工作過程中，電氣設備的使用量相對較大，其中存在感性負載的情況，無功消耗量較多，降低電能的利用效能，進而導致電能的浪費。因此，企業提供供電部分的功率因數，使用無功補償設備解決這一難題。設備安裝時，使設備設置在變電所低壓一側，10kV的功率因數大于0.93，如果功率負載較大，通過使用就地補償設備提升功率因數0.1左右，顯著減少電能運輸線路上的無功負荷。設計無功補償設備使用過程中，工作人員要詳細分析負載情況，使補償電容量的計算數值準確無誤，防止補償的過多或過少。

（9）供電電壓等級的控制。為了提高電源電壓等級，降低線路損耗，控制供電電壓要充分考慮到當地電網的綜合情況，供電距離、容量、回路數等因素都是其中的重點。比如，供電系統上來說，10kV的損耗小于6kV，但電壓技術的經濟指標卻高于6kV，因此，企業將10kV高壓配電電壓作為最優的選擇。如果6kV設備居多、容量較大，可以使用6kV。如果存在一些電動機為660V的情況下，企業使用專用高壓回路，便于為電動機直接提供電源。

4 結語

綜上所述，針對我國能源供不應求的趨勢，礦山要以可持續發展的戰略眼光進行工作，在節能的同時，提高供應量。因此，礦山企業做好環保工作，實現節能的理念，全面利用節能減排技術，降低能源消耗，提升設備和相關技術的利用率，有效降低礦山企業自身的運營成本。工作人員的理念轉變為節能理念，使用最新的先進電氣節能技術，使電氣節能技術在礦山的生產過程中，能夠更合理地、有效地得到應用，顯著減少用電量，有助于礦山企業在行業內提升市場競爭力。