基于變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用

王 強

（陽煤集團壽陽開元礦業有限責任公司，山西 壽陽 045400）

引言

煤礦資源在我國的蘊含總量巨大而豐富，特別是淺層地表中蘊藏著巨大的礦產資源。因此，煤炭企業在我國經濟中扮演著重要的角色，煤炭在我國的某些省份已經成為奠定經濟發展的主要基石［1］。但是，目前我國煤礦井下現場狀況令人堪憂，不但工作效率較低，而且耗電嚴重。在國內煤企中，煤礦井下 “四大件”的耗電量占總耗電量的60%以上，更嚴重的是大部分電能都被浪費掉。另外，我國很多年產在50t的中小煤礦，綜采綜掘技術還處于較低水平，礦工的生命安全得不到有效保障，并且煤礦的產出率低、污染大，同時還消耗了驚人的電能。隨著我國煤炭科技工業的迅速發展，變頻技術以可靠的調速性能和卓越的節能效果，大幅提高煤礦設備的自動化程度，因而，變頻節能技術被廣泛應用于我國煤礦生產，成為節約電能和保護環境的有效手段。

1 變頻節能技術的基本原理和發展

變頻技術主要指通過改變交流電頻率的方式，達到對設備的控制自動化，是現代化無附加轉差損耗的調速方式。使用變頻技術，可通過機電設備負載段變化值，在系統前段設定設備的參數值，改變設備的運轉情況，以期提高機電設備的運轉效率。

式中：n為電動機轉速；f為頻率；p為電機級數。

n一定時，改變f，可改變n。當f在0～50Hz的范圍內變化時，n調節范圍很寬。變頻調速就是根據這個原理，通過改變電動機電源頻率來實現調速的。

由于煤礦井下的環境比較特殊，瓦斯、煤塵等作為主要易燃易爆物質，具有一定的危險性，變頻節能技術并沒有輕易在井下環境中應用。隨著科技發展，變頻節能技術逐漸被應用于機電設備中。采用了變頻節能技術的設備，可以使得設備運轉效率大大提高，在很大程度上節約了電能，同時還節省了用于設備維護的支出，提高了礦業公司的經濟效益。所以，變頻節能技術能夠顯著改善煤礦機電設備的性能。

2 變頻節能技術在煤礦井下機電設備中的應用狀況

節能優勢隨著變頻技術的發展而發展。變頻技術已被煤礦井下機電設備所使用。煤礦機電設備作為井下主要的耗能設備，應該重點研究節能變頻技術，變頻節能技術在煤礦四大件等機電設備中的應用最為廣泛［2］。

2.1 立井提升變頻節能技術的應用

在井工生產礦中，立井提升設備發揮著重要作用，使用變頻節能技術實現數控技術應用，可以在地面對提升設備遠程操控，保證提升設備完成礦井生產任務。

變頻技術在立井提升中主要以可控制編程控制系統和高壓變頻調速控制系統為主。把單元串聯多電平能量回饋型四象限高壓變頻控制系統作為在立井提升中的核心部件，可以有效提升系統的通訊能力，將系統的抗干擾性和安全性大幅度增強，在提升過程中使各種功能可靠性能大幅增強，使得立井提升系統的安全性大大增強。

2.2 掘進機中變頻技術的應用

掘進機變頻調速系統隨著變頻技術的發展有了廣泛的應用，使用大功率電機和變頻技術在掘進機的控制部分中，可實現截割部件根據實際工況水平調節輸入電流從而實現軟驅動，對掘進機的截齒旋轉速度根據煤巖軟硬程度可調節變速，它適用于各種工況地質條件工作面掘進開采。掘進機交流變頻調速系統是未來發展的必然趨勢，與國家節能減排的基本國策相適應，它的科技含量高、運行安全可靠，性能穩定、節能環保，有著顯著的社會經濟效益。

2.3 帶式輸送機中變頻技術的應用

帶式輸送機運煤及運矸石的過程中，由電動機輸出動力，摩擦阻力作為主牽引力，使皮帶在支撐輥輪上依靠摩擦阻力和皮帶表面張力變形傳輸動力，起到運煤、輸送物料的作用［3］。我國煤炭企業使用帶式輸送機工作時，常利用工頻拖動來實現對帶式輸送機的軟啟動，容易出現機械電氣部分如皮帶斷裂老化等情況。采用新節能技術后，可以有效降低啟動電機時大電流沖擊，減少設備過熱等情況。可以在保證帶式輸送機設備基本功能的同時避免事故發生，這樣可以有效降低企業的運營成本，大幅提高企業的效益。

2.4 煤礦井下空氣壓縮機中變頻技術的應用

在我國井下的巷道掘進中，使用以壓縮空氣為動力的鑿巖機、耙斗裝巖機、風鉆為掘進設備的生產工藝。空壓機是井下生產的主要設備之一，空壓機可以設置在地面或井下，設置在地面為中小型空壓站，使用一般電氣設備進行控制。煤礦井下使用的空壓機分為往復式和螺旋式，但使用機械式壓力調節裝置雖然可以起到對壓力的調節作用，但其壓力調節精度較低，而且壓力的波動范圍較大；空壓機總在額定轉速下運轉，對機械設備磨損強度較大，耗能非常嚴重。通過使用變頻調節技術，可以實現無極調速，可以對空壓設備實現自動控制，無需改變空壓機設備的原始結構參數，而且變頻設備改進安裝量較小，投入資金較小，為煤礦企業安全生產提供了行之有效的保障。

3 變頻節能技術的發展要求

煤炭企業現代化礦井建設發展要求變頻技術等一系列先進技術在煤礦行業中的廣泛應用，發揮了無以倫比、不可替代的作用。因此采用變頻技術來節約能源利用是當今乃至今后長期內一個必然的發展趨勢。由于煤礦生產的特殊環境和對安全的特殊要求，變頻技術在井工中應用較晚。隨著市場經濟的發展，煤炭企業的節能降耗增產增效以及綠色低碳開發已經提到了議事日程，因此對設備的改造更新勢在必行。煤礦井下開采環境惡劣，空氣中富含大量瓦斯、粉塵等易燃易爆成分，所以市場上符合煤礦安全要求的隔爆型變頻器并不多，因此需要廣大工程科技人員和相關企事業科研院所大力協作研發更多符合井下要求的該類型產品［4］。

4 結語

我國是世界上的產煤大國，同時也是噸煤電耗量最高的國家之一，因此需要走低能耗高產出的發展之路。煤礦生產中，四大系統占主要生產系統耗電量的60%以上，是井下的主要用電系統。通過變頻節能技術可以有效地實現節能減排效果，使企業得到較好的經濟效益和社會效益。近年來我國煤企生產事故多發，通過對這些老舊設備進行先進的生產工藝技術革新換代，對設備進行變頻技術推廣與新技術改造，可以提高我國現代化礦井建設的發展進程，保證礦井安全生產，又可以節能降耗，提高經濟效益，為目前煤礦市場疲軟、煤炭經濟下行等客觀狀況提供有力的推動作用，為煤企轉虧為盈做好企業自身的準備工作。

［1］ 董建強.煤礦變頻調速與節電技術研究［J］.能源技術與管理，2010（6）：10－12.

［2］ 李宏曉.變頻調速技術在煤礦的應用前景［J］.科技信息，2010（19）：54－55.

［3］ 胡崇岳.現代交流調速系統［M］.北京：機械工業出版社，1998.

［4］ 田鐵龍.變頻調速技術在煤礦企業的推廣應用［J］.機械管理開發2003（4）：26－27.