煤矿机电设计中的节能问题研究

张晓光

摘 要：近年来，随着我国科学技术不断地向前发展，为我国的煤炭产业的发展也带来了机遇，然而面对能源消耗问题，煤炭企业不得不向节能方向发展，这不仅仅是煤炭企业可持续发展的必然选择，同样也是当下社会能源的基本要求。这些年，能源的频频告急给各行各业的发展都带来了一定的阻碍，而节能技术也应运而生，可以说节能技术的到来，一方面缓解了当下能源紧张的现状，另一方面也为提高企业的经济效益打下了基础，因此节能技术在煤炭企业中的应用是一举两得的，应当加大对该技术的研究力度，降低能源的消耗，在这一过程中尤为重要的就是煤矿机电设计中的节能问题，为了更加深入地对这个问题进行分析，文章对这一问题进行详细地分析探讨。

关键词：煤矿；机电设计；节能；探讨

中图分类号：TD443+.2 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0024-02

1 节能技术概述

对于一个企业来，能源消耗是重要的企业成本之一，对企业经济效益的影响作用是不容忽视的，因此降低能源消耗成为了大部分企业研究的热点和重点问题，但是较低能源消耗与降低生产标准之间不是等同关系，反而是降低消耗，即节省能源的前提条件是保证生产质量，同时保障生产安全，从而提高能源的利用率，进而提高企业的经济效益，同样对于煤矿企业来说，这一原则仍旧适用。

节能技术应用于实际的煤矿企业生产中，应当将生产安全、技术含量、可操作性、节省能源、环保等问题进行综合性的考虑，在这一过程中还可以通过一定科学的计算来对电气设备或者控制方式进行选择，从而降低能源的消耗，提高企业的经济效益。另外，在这一过程中离不开设备生产厂家的协助，只有生产厂家积极的配合，才能够研制出新型的节能设备，以供煤矿企业实际生产使用。

2 科学的选择供电系统和主变方案

2.1 保障电压等级的科学性和合理性

有关的工作人员在对电压等级进行确定时，应当对输送的容量以及输送的距离进行细致的考虑，同时在这之前还应当对电力系统的实际运行现状进行分析，以保证电压选择的准确性。对电压选择的合理与否对今后电力消耗的情况影响是比较大的，一般来说，电压等级选择的越小，那么电路和变压器上对电量的消耗就越小，而对于煤矿企业来说，矿井井下的电力系统一般使用的是660 V或者是1 140 V。

2.2 保证主变压器选择的合理性

根据“煤炭工业的设计规范”。一般来说煤炭矿井中的主变压器是两台，这样做的目的是为了避免因一台产生故障而对生产作业和生产安全带来隐患。同时在选择主变压器时还应当对其在正常运行时的电力损耗进行试验，一般选择电力消耗最少的使用，但是也必须对该设备购买的经济性进行考虑。这主要是因为变压器的使用时间比较长，应当尽可能降低在这一方面的电力损耗，而由此带来的节能电量是十分可观的。而对于变压器来说，其主要的电力消耗主要包括两方面，一方面是铁损，另一方面是铜损，另外还包括了因无功功率引起的有功消耗的电量。因此在对主变压器进行选择的过程中，应当对各种影响因素进行综合考虑，尽量避免由其带来的经济损失。

2.3 在生产用电过程中使用高低压混合方式

对于煤矿企业来说，由于其自然功率的因数较小，因此仅仅依靠提高继电设备的自然功率因数还不能够达到供电部门对其的要求，而为了解决这一问题，可以使用静电电容器补偿的方法，一般来说，其补偿的总容量的计算公式为：

Q=P（tg？渍1-tg？渍2）

其中，Q为需装设计电容器总容量，kVar；P为计算负荷有功功率，kW；tg？渍1、tg？渍2为补偿前、后功率因数的正切值。

通过上面的计算公式可以知道无功补偿使用高低压混合的方式最为合理。而在对电容器进行安装的过程中应当注意，对于低压静电电容器应当在用电负荷处进行安装，只有这样才能够最大限度的降低配电设备的电容量，进而使得送电线路截面减小，继而降低电能源的损耗。通过无功率补偿之后，由送电线路和变压器减少的损耗的为：

ΔP=（1-cos2？渍1/cos2？渍2）×100%

由这一公式可以知道，当cos？渍1升至0.95时，损耗降低为37.6%，由此可见设备自然功率因数的变化对损耗的降低具有十分显著的效果。

2.4 电度表的安装位置应当在主要用电负荷处

对于煤矿企业来说，一般在其提升、通风、压风等位置处，应当安装电度表。而对于同步电机还应当安装无功率电度表和功率因数表，这样做的目的是为了对不同负载出的不同时间的用电情况进行实时的监测，为今后制定用电管理制度提供必要的参考依据。

3 变频技术对节能问题的影响

为了更进一步的降低能源损耗，节省电力消耗，交流电动机调速驱动这一技术应运而生，这一技术在调节阀门、挡板节流等方面对降低电力损耗具有十分积极的意义，其具体的操作方法：可控硅功率变化器的使用保证了交流电动机的电源，进而可以对转速进行调节操作，继而使得交流变频调速最终得以实现。

一般来说，对感应电动机转速的调节方法主要有以下几种，即转差率的调节、磁极对数的调节以及供电频率的调节等等，其中对于转差率的调节和磁极对数的调节在实际的使用过程中存在一定的缺陷，例如当对转差率进行调节是，低速情况下的转差率较大，使得转差的损耗也比较大，且效率比较低，实用性较差。而对供电频率进行调节时，无论是高速还是低速，其转差率都可以进行一定的保持，这样积极大的提高了效率，且调节功率的范围也比较大，精确度较高，同时还可进行无极调速，通过以上的分析可以得出，对供电频率进行调节是对交流电动机进行转速调节的最佳方法。接下来本文将对此进行验证。

对于现阶段来说，煤炭企业的矿井通风机对风量进行控制方法一般是使用挡板，即风门，也就是通常所说的节流加阻调节法，这种方法的使用对电能的消耗是比较大的，而如果使用变频调速的方法就可以极大地降低电量损耗。

接下来用计算的方法对此进行验证。对于离心式的风机的风量与其转速之间的比例关系是正比，而其轴功率与其转速立方之间的比例关系也是正比，即：

Q2=Q1（n2/n1）

我们设定Q1的值为100%，那么n1也为100%，而当Q2为70%时，n2也就为70%。因为N2=N1（n2/n1）3，所以N2=34.3%N1。

另外，当Q2的值为50%时，N2=13%N1。通过以上的计算结果可以说明转速的调节可以降低风机运行中的电能损耗，进而提高煤矿企业的经济效益。

4 交流提升机中可控硅串级调速装置的作用

对于煤矿企业来说，矿井中的提升机使用的是交流绕线型的电动机，一般对其转速的调节方法是串金属电阻或者是对转差率进行调节，这两种方法的使用对电量的损耗是比较大的。这主要是因为在提升机运行的过程中金属电阻消耗了所有的转差功率，导致提升机的工作效率极大地降低，电能的损耗增大，这种情况的出现不利于煤炭企业经济效益的提升，因此应当煤炭企业应当加大对这一问题的研究，制定出合理的解决措施。经过实际的应用经验分析发现，可控硅串级调速装置的安装代替的金属电阻在提升机运行中作用，并在工作过程中转子回路中的转差功率没有被损耗，反而反馈到电网中，这样以来极大的提高了工作的效率，不经不会降低提升的工作效率反而提高了其工作的效率，并降低的电能的损耗，使得用电成本降低，相应的经济效益得到了提高。

5 煤矿机电设备的选择和运行方式分析

5.1 有载调压变压器和高效节能变压器的选择

对于煤矿企业来说，有载调压变压器在运行中的主要作用是为了保证供电的电压，其中涉及到的煤矿机电设备有高压大型的电动机，尤其是鼠笼型电动机在启动时必须保证有足够的电压供应，因此必须安装有载调压变压器，而输出电压的大小一般会又负荷的大小决定，且输出电压也会在运行过程中依据负荷的大小进行一定的调整，进而保障运行的正常。

5.2 电动机的选择

对于我国电动机的设计来说，其中在对Y型电动机进行设计的过程中，所使用的标准是国际标准，且该系列的电动机采用的是三相异步电动机，其额定的电压为380 V，其功率范围达到了0.55～90 kW，转速分为四个等级，即3 000、1 500、10 000和750 r/min。同时Y型电动机的外壳的防护为IP44型，使用了B级的绝缘结构。另外该系列的电动机在生产运行中具有较高的工作效率，其主要是因为Y系列的电动机即使在负荷达到75%到100%，它的效率曲线表现也是比较平坦的，这就在一定程度上保证了电动机在运行中的效率，降低了电能的损耗，提高了煤炭企业的经济效益。

5.3 高效新型的水泵选择

对于煤炭企业来说，排水系统的设计是十分重要的，而在对该系统进行设计的过程中应当对以下几个问题引起高度的重视。

第一，系统排水管路的选择。对于煤炭企业来说，在对排水管路设计的过程中应当对管路资金投入和今后的运行费用进行综合的分析考虑，一般来说将流速设定在1.2～1.5 m/s比较合理，且其经济性也比较合理。

第二，当排水系统处于正常的涌水量排水过程中，应当让备用管道和工作管道同时进行排水工作，以降低排水管道水流的速度，进而境降低该管道的阻力损失，但是应当制定出该情况下的工况曲线，以进一步确定水泵的工作状态是否处于高效区。

5.4 照明设备的选择

对于煤炭企业的照明设备的选择是必不可少的，其在生产过程中是不可缺少的设备之一，而对于煤炭生产来说，一般在使用气体放电灯，这主要是因为气体放电灯的发光效率与普通的白炽灯相比较，前者要高出许多，因此在生产中使用气体发光灯一方面可以降低电能的损耗，另一方面也可以降低运行的成本。

6 结 语

综上所述，对于我国来说是一个煤炭大国，煤炭企业的数量也是比较多的，其对电能的消耗量也是巨大的，因此加大对煤炭机电中节能问题的研究是十分必要的，而对于我国来说，这一方面的研究还不成熟，一些方面还存在一定的问题，对电能的损耗还比较大，与国外相比较还存在一定的差距，但是其发展的空间还是比较大的，因此应当加大对这一方面的研究，切实提高我国煤炭生产的节能技术，推动我国煤炭企业的可持续发展。

参考文献：

[1] 王芹.煤矿机电设备变频节能技术的应用研究[J].山东煤炭科技，2016，

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[2] 苏福宝.煤矿改扩建工程机电设备的设计研究[J].能源与节能，2016，（2）.