節能技術在煤礦電力系統中的應用

李艷秋

（新汶礦業集團（伊犁）能源開發有限責任公司一礦，新疆伊犁 835300）

0 引言

煤礦企業在解決電量損耗問題上，要根據企業實際情況，不斷拓寬節能技術的應用范圍。能源緊缺問題不及時解決，就無法提升企業的經濟效益，無法帶動社會經濟發展。結合科學技術手段，運用節能技術可以使煤礦電力系統發揮節能效果，有效解決電力損耗問題，通過節能技術應用實現節能降耗目標，降低企業用電成本，使企業在信息化背景下實現智能升級。在煤礦電力系統中，有效運用節能技術能幫助煤礦企業實現節能化管理，節省電力開支，提高供電利用率。通過改造電控系統、全變頻調速改造低壓電機、應用全自動無塔變頻供水裝置、升級運輸系統智能技術，整體實現節能技術的應用，提高節電效率，減少電能損耗。

1 節能技術在煤礦電力系統中的重要性

在煤礦電力系統中，煤礦企業主要的電量損耗通常體現在以下幾個方面：通風系統占19%、提升系統占15%、壓風系統占11%、排水系統占5%、井下生產系統占40%、地面生產及辦公占10%。以上數據以小規模礦井為例進行統計。如果是大型礦井，在電力系統中產生的消耗將會更大，為企業帶來更大的經濟壓力，在應用節能技術方面也會存在一定的工作壓力。

如果電能損耗，就會讓煤礦企業遭受極大的經濟損失，可以通過提升管理手段、管理能力進行改善。技術線損電量是由于電能設備短路、電能設備線路阻抗情況的發生造成電能損耗，也被稱為空載損耗。只有煤礦企業將系統設備進行節能升級，才能有效改善目前的損耗現象。真正節能技術在煤礦電力系統中的應用則可以深入電力系統的各個層面，綜合、全面實現電力系統節能改造，從而達到智能化的節能管理效果，增強煤礦電力系統的功能性和智能性，避免后期再因為同類事件的發生而導致電力損耗問題，徹底解決電量損耗問題。在初期設計階段，做好負荷規劃，降低三相不平衡度，線損要通過額定載流量校驗，必要時提高一級導線截面，降低壓降損失，投入低壓動態無功補償，提高功率因數[1]。

深入貫徹落實《中華人民共和國節約能源法》，真正將其執行到煤礦電力系統應用的各個環節，并全面施行《工業節能管理辦法》（工業和信息化部令第33 號），根據煤礦電力系統的運行情況加快高效節能變壓器的推廣和應用，提升能源資源利用效率。推動綠色低碳和高質量發展，工業和信息化部辦公廳、市場監管總局辦公廳、國家能源局綜合司關于印發《變壓器能效提升計劃（2021-2023 年）》的通知，逐步更換電力設備，執行GB18613-2020 電動機能效限定值及能效等級和GB20052-2020 電力變壓器能效限定值及能效等級標準。切實提升煤礦電力系統能源資源利用效率，推動綠色低碳和高質量發展。

2 節能技術在煤礦電力系統中的應用措施

2.1 改造電控系統

煤礦電力系統要達到節能效果，需應用節能技術實現節能目標。通過改造電控系統提升電控系統自動化水平，通過節能技術提升設備運行可靠性，保證運行速度，實現節能效果。目前，在煤礦企業自動化發展過程中，要以實現快速升級、減少系統故障率、提升自動化運行效果、保證經濟效益為工作方向，增強企業發展實力。工作中出現電控系統故障會影響工作掘進速度，系統改造可以改善目前的問題和狀況，增強穩定性，降低人員維修成本，提升掘進速度和效率。提升機的運行速度偏差是由于提升質量的波動而造成的。如果要延長設備使用年限，就要解決此類問題，避免因速度波動大而讓設備脫軌，影響正常生產。設備穩定運行才能滿足生產需求，通過改造電控系統使人機交互得以實現。

運用高性能數值控制技術對逆變器進行控制，實現直交網絡拓撲結構。采用PLC 調速使電控系統全自動化運行。在運行設備期間，要進行參數監測，減少電網諧波污染，提升整流控制效果，讓能量進行雙向流動。礦井中用直流調速方法會產生大量諧波，若問題不能解決，就會影響系統穩定性。如采用交流變頻調控，就能降低諧波產生概率，保護控制器件，提升工作效能。把脈沖電流器與電機定子并聯，或者以獨立電子供電形式提高工作性能。直交網絡拓撲結構既簡單又可靠，功率因數較高，頻率調控范圍廣泛。

運用4 個功率器件就可以輸出3 個電平，在同等電壓下，降低了器件所承受的電壓，功率器件可以穩定發揮作用。運用雙饋轉子變頻，可以通過電機定子、轉子的阻繞和電源連接，實現逐個輸入、輸出功率的功能，可以穩定電流、電壓，保證系統電力需求，降低諧波產生概率，提升工作效率。雙饋變頻調節能實時調控功率，穩定輸出，減少沖擊力，節省設備爬行時間。同時，矢量控制有利于提升機速度，實現精準調控，降低人工操作難度，避免提升機速度波動所帶來的不良后果。完善電控系統，促進提升機速度與額定速度相吻合，能有效確保系統安全。通過煤礦企業電控系統改造提升系統速度，降低故障率，保證煤礦企業安全、高效生產，起到節能作用[2]。

2.2 全變頻調速改造低壓電機

在煤礦電力系統節能技術應用過程中，要根據實際的設備情況，合理將變頻調速設備應用于機電設備控制模式升級改造中，使電機拖動系統運行，電能實現有效的效率轉換。解決目前設備控制能力不足的問題，有效節約電能資源，延長設備使用壽命，實現節能增效的目的。煤礦企業中，應用節能技術要保證煤礦企業的經濟效益，達到一定的節能效果，利用全變頻調速改造低壓電機。能有效起到節能作用。直流調速系統節能效果不如交流電機，交流電機具有維護簡單、結構合理、費用低等特性，它與直流調速類似，更符合煤礦企業的實際生產和節能需求。隨著變頻調速發展速度的提升，會逐漸取代直流調速系統。交流電機變頻技術在發達國家的應用比例已超過了70%，同時也產生了極為明顯的節能效果。

近年來，國外的電力電子技術所產生的節能比例在20%以上，而我國電力電子技術實際節能比例僅占6%。通過變頻技術的應用，能發揮交流電機在煤礦電力系統中的節能作用，與電梯調速經驗類似，形成更加科學的節能效果。煤礦企業電力系統節能增效的快速實現符合煤礦企業長遠規劃和未來發展需求。在全變頻調速改造低壓電機過程中，可以運用交流轉子串電阻調速實現節能技術的應用。例如，一處地面工作設備電機工作電壓為380V，功率為125kW，采用轉子串電阻設計方式進行調速。通過全變頻改造后保留原系統，雙系統互為備用。通過檢測發現，在原基礎上節能率為25%以上，不僅降低了維修費用，同時還具有極好的節能效果。

變頻調速對于局部通風機、泵類等設備也能實現升級改造，讓礦井下大功率機電設備更好地實現工作效能轉換，減少電能損耗，體現變頻調速的節能作用。變頻調速改造不會影響電機的工作，在啟動時沖擊電流較小，可以有效實現節能作用，合理化地進行供電系統精確調度。對單母線雙電源的供電器進行技術改造，用單臺配電變壓器或兩臺配電變壓器實現并列運行。一臺變壓器可以滿足正常的用電需求，而工程擴建需要大量的電力，這時需要加配電變壓器實現同時運行，加大電力輸出。

靈活規劃供電系統，增強了工作中的靈活性和可靠性，保證了供電效果的同時，還實現了節能增效，提高了工作效率。配電變壓器處于5%電壓下，就會增加5%～15%的線損，如果處于10%的電壓下，線損會增加到50%。在過電壓運行工況期間還會增加空載流量，這種情況會讓配電變壓器老化速度加快。無功損耗量增加會導致變壓器壽命縮短，既不科學也不合理。因此，通過節能技術的運用才能合理使用變壓器，科學、安全地減少電能損耗，提升經濟效益，實現最大的利益效果。通過變頻調速改造能實現設備升級，延長設備使用年限，提升企業經濟效益[3]。

2.3 全自動無塔變頻供水裝置

煤礦企業通常離市區較為偏遠，并設有礦區工人村。礦區工人村要有獨立物業管理體系保證工人的日常生活需求。煤礦電力系統也包括工人村的電力供應，也需要將節能技術應用到工人村的電力系統中。全自動無塔變頻供水裝置既能保證礦區工人村用水需求，還能有效解決電能的浪費問題。礦區工人村采用定時供水制，規定時間段供水，用戶日常存水，保證生活需求。

一方面，在實際操作中，很多地方有長流水現象，導致水源和電能的浪費；另一方面，為保證水壓而使用大功率的電機和水泵，會造成設備資源浪費。全自動無塔變頻供水裝置投資小、自動化效率高，既能降低設備電力損耗，減少經濟成本，同時還能實現節水節能的目的，是解決目前問題的有效措施。

實例證明，自改造后，某礦區工人村節約了10%的水資源和15%以上的電能，同時還實現了全天候供水，極大改善了居民的生活，既保證了煤礦的經濟效益，還產生了極大的社會反響。要將節能技術應用于煤礦電力系統中，就要在各個方面進行應用，引進適用于煤礦的節能技術。比如，在綠色照明計劃中，要不斷增強科技性，開發節能光源燈具，充分應用低成本、低污染、高性能的節能工具。煤礦井下使用節能燈具，以百萬噸礦井生產照明需求量計算，通過應用節能技術，可以節約15%的電量。我國原煤產量已超40 億噸，按每年節約電量8000 萬千瓦時，是極為可觀的數字。電子技術發展能促進節能技術的應用，在煤礦企業生產中達到綜合節能15%的效果，實現節能增效目標。助力企業發展壯大，效益持續增長，達到節能環保的目的[4]。

2.4 運輸系統智能技術

自2020 年3 月國家下發有關煤礦智能化發展意見以來，全國陸續開始煤礦智能化建設，形成了智能控制技術近35 項。通過成熟的技術，我國煤礦達到了初級智能化水平。礦山運輸系統要實現智能化，就要在驅動系統、控制系統、運維系統、駕駛系統方面進行設計改造。實現無人運輸、井下電機車無人駕駛，通過智能驅動控制運維達到礦山運輸裝備智能化效果，實現節能增效的目的[5]。礦山運輸驅動系統的效率會影響整機運行效率，智能化技術的應用能解決實際問題，提高智能化水平。

可以通過永磁變頻驅動等新方式升級提升工作效率。變頻驅動具有較高的智能化特點，實現智能化控制能有效提升傳輸效率，相對傳統異步驅動技術有更高的可行性。永磁變頻驅動技術在各行業中的應用產生了很好的反饋效果。例如，將永磁變頻驅動技術應用于礦山運輸裝備升級，可以充分發揮其特性，滿足低速重載驅動需求，提升礦山運輸裝備的工作效率。

同時，考慮到設置減速裝置，也可運用永磁變頻直驅和半直驅系統的設置來滿足工作需求。永磁變頻直驅技術在帶式輸送機中的表現非常優秀，應用非常廣泛。煤礦企業運用帶式輸送機能實現長距離輸送，節約電能成本。運用雙閉環矢量控制、多機協調控制以及柔性重載啟動等智能型的控制策略，提升煤礦電力系統的管理效果，實現節能增效的目的。

煤礦電力系統中，節能技術包含直線電機磁懸浮驅動技術、礦用混合動力驅動技術、摩擦驅動式運輸裝備自動張緊技術人等，礦山運輸裝備智能化控制技術中的智能啟動、智能調速、智能制動、帶式輸送機協同控制、多電機功率平衡控制等方面。同時，礦山運輸裝備智能化運維技術包括在線監測、智能診斷、智能巡檢機器人等技術，礦山運輸車輛無人駕駛技術包括井下電機無人駕駛技術、無軌膠輪車、無人駕駛技術等。智慧礦山通過智能技術、節能技術的運用，產生智能化效果，實現安全可靠、高效、節能的系統優勢[6]。通過視頻圖像自主控制、高清攝像裝置、無軌運輸機器人、分級破碎、仿生分揀等，充分展現智能化的技術在煤礦企業的應用優勢。煤礦電力系統實現智能化發展與升級，既體現出節能的實際效果，又能減少人員成本，在節能增效上起到直接的推動作用[7]。

3 結語

節能技術在煤礦電力系統中的應用，既使煤礦企業實現了經濟增長，還能在節能增效上收獲豐富經驗。未來的煤礦企業發展，需要高科技節能技術的支持，在國家政策的引領下，逐步向智能化發展。運用智能化節能技術全面提高煤礦企業的發展速度，提升工作效率，降低企業運營管理成本。節能技術應用于煤礦企業電力系統及各領域，是保障企業穩定發展、增強經濟效益、快速實現節能目標的必然選擇。