煤矿供电及主要耗能设备的节能与降耗分析

刘春云

摘 要：煤矿供电安全及节能降耗一直是影响煤矿开采及运行的根本，而随着市场竞争的日益激烈及企业为获得较高的经济效益，节能降耗技术的应用被煤矿企业作为重点进行考虑。本文结合实际情况，对煤矿供电及主要耗能设备的节能与降耗技术进行了分析，并举例对其改造实施效果进行了分析，以供参考。

关键词：供电安全；节能降耗；煤矿开采

煤矿开采耗能较大，在实际开采中应做好节能降耗措施。而结合现有情况，从煤矿供电及主要耗能设备的运行分析，做好节能降耗应强化节能技术的使用，如采用变频器、节电器等电气元件对煤矿生产电气设备实施改造，可对实现节能发挥有用价值。关于变频器、节电器在煤矿生产节能降耗中的应用，现已在各矿区进行了研究，并取得了一定效果，以下对变频器、节电器在煤矿生产节能降耗中的应用原理及相关问题进行讨论分析，具体如下：

1 煤矿生产节能降耗技术工作原理及优势分析

1.1变频节能技术节能控制原理及应用分析

变频节能技术的主要工作原理为依靠电子元器件及控制电路，完成大功率电能形态变换，并以形态变化后的电能驱动电动机实现机械运动，与实现对工作系统的运动控制及节能控制。而要实现以上目的，必须依靠传感器、计算机控制器、执行器完成上述工作，具体来讲，各组成部分的功能如下所示：其一，传感器，其主要是将感知系统所收集到的各类信号数据，如温度、压力、流量、转速等信息，以约定的传输形式反馈至计算机控制器，可将其作为计算机控制运算的依据。其二，执行器；变频调节控制装置主要有两类，即阀门、通断开关、继电器及变频器；对系统控制而言，变频器控制是主要方式，即计算机控制其输出模拟信号至变频器，而致使变频器按照设定程序变换电能形态（频率、波形、电压等），从而起到控制电机转速调节目的。其三，计算机控制器；基于变频器而实现的调速控制，其实施计算机控制的目的在于改善控制过程动态品质，其可实现最大限度节约电能目的。

而对于变频器而言，常用的主要有交-直-交变换模式，主电路包括整流环节、中间直流环节及逆变环节，具体变频控制结构图如图1所示。通常，变频器可接受PLC发出的信号，且工频、交流输入信号可通过变频器转化为电压频率可变的交流输出信号，即可实现对电动机调速，具体如公式1所示。其中，f1为频率，p为绕组磁极对数，s为转变差。实施变频调速时，电机p与s常处于恒定状态，n与f1则呈正比状态。该种情况下，通过PLC控制变频器信号输出，即实现了对电机调速的目的，从而起到节能作用。

（1）

1.2节电器节能技术节能控制原理及应用分析

电动机的主要作用在于在工矿企业将电能转化为机械能，以推动机械设备做功的一种装置。而在电动机选型中，通常会在额定功率基础上增加一定裕量，以满足实际生产需要及减少电机超负荷使用而带来的电机使用寿命降低及安全问题。从电动机设计及运行效率可知，电动机的负载会随着实际需求而发生变化；而结合现有生产实际，大多存在大功率电机带动设备进行小负荷运行的情况。而从电动机运行输送功率而言，电动机在满负荷运行情况下即可实现电能利用效率最高；相反，在轻载状态下，运行效率最低。其主要原因是当电机在满载变化至轻载、空载的过程中，定子电流有功分量减小，而励磁无功电流不变，而空载损耗中占主要成分的定子铁损耗不变，从而造成电动机运行效率的减小，进而出现效率低的情况。

在电动机运行中，适当降低定子电压，则电动机的电压可按照以下公式进行计算，具体如下式1所示；式中，U1为定子感应电动势；N1为定子每相绕组串联匝数；F1、K、N1为常数。

由以上公式所得，由于轻载、空载时的定子电流小，在该种情况下可忽略定子绕组的漏阻抗压降，进而可以认为电流Im成比例下降，从而减少了定子电流中的无功分量。

而同时，在其他条件不变的情况下，定子铁耗计算公式如下式2所示；其中，PFel为定子铁耗；PfelN为定子额定铁耗；UN为定子额定端电压。

根据公式2 所得，随着U1的降低，PFel则以平方比的形式迅速降低；而同时，可以得出当轻载、空载时为主的损耗则大量减少，进而可使得电动机的运行效率大大升高。以上则为电动机节电器轻载降压节电的原理。

2 煤矿生产节能降耗技术应用实例及分析

2.1变频技术在煤矿生产中的应用实例及分析

皮带机属于煤矿生产主要的运输设备，也是重要能耗设备，采用变频节能技术实施节能改造将对其应用具有积极意义及价值。具体来讲，皮带机节能系统设计的核心装置为变频器，即通过变频器，采取智能控制算法对皮带运输机的负荷进行优化。故，其主要结构包括急停闭锁、大花、跑偏、断带、纵撕、推煤、满仓、超温、洒水等多项保护。物流传感器的价值主要在于监测煤皮带机的上煤状态，故而该类传感器一般常安放在皮带机尾部及落煤点附近。速度传感器的主要目的在对皮带机的运转速度进行监测与调节；即当皮带机处于变速运行时，通过对速度的检查对防止皮带机打滑等效果具有积极作用，其也可以根据落煤情况对速度进行调节。此外，变流传感器的主要作用在于实现对皮带机的软停、软启的控制，其目的在于减少皮带机启动过快而造成的隐患及事故发生，对于保证安全及稳定运行具有积极价值。变频控制输出原理图如下图1所述：

图1 变频控制结构图

2.2节电器在电动机节能降耗的应用实例及分析

综合现有情况，电动机节电器在煤矿生产设备中应用是通过计算机对电机负荷进行检测，从而分析电机的负荷及趋势，进而计算出供给电动机的最佳电压及电流，以使节电器能快速对可控硅的導通角进行控制，进而对电机供电电压实施控制，以便使得剑姬的输出及负荷转矩实现有效匹配，从而满足电动机在空载及多负荷状态下保持恒定的电机效率。而对于电动机节电器使用，其有以下特点，具体如下：

其一，结合现有所使用的电动机节能器，为实现更好控制，其具备了软启动及软停车功能，该功能的实现在保证电动机在实施稳定连续的启动的同时，也可在一定程度上消除了由于常规启动方式而使得电动机机械冲击及电流过大的问题，对降低轴承及皮带磨损、减少齿轮及链条机械应力，降低电动机维护成本。

其二，节电器的使用，可通过对电流、电压的实时监测而实现对电动机运行的全面保护，如电动机运行中所发生的过载、限流及短路等情况，有利于电动机正常安全运行，而也可实现当电动机线路发生故障时，启动旁路自动运行，有利于保证生产稳定。如在对神东煤矿某选煤厂两台煤泥离心机采用节电器进行节能改造的研究中发现，使用节电装置可以有效降低离心机的电能利用效率，实现了节能的目的，并证实了其价值，

3 结束语

综上所述，变频器及节电器的应用对促使电气设备节能具有重要的价值。而结合现有情况，基于煤矿生产的连续性及使用过程中运煤量不确定等事项，实施节能是企业发展的必须途径。本文结合实际情况，对以上两种技术进行了分析与说明，以供参考。

参考文献

[1]郑海峰.基于变频调速的带式输送机控制系统改造研究[J].山东煤炭科技.2018（04）

[2]乌兰，赵奇，胡建栋.变频调速带式输送机节能控制技术研究[J].煤矿机械.2018（09）

[3]李兆坤.变频器在神东集团各选煤厂的应用及问题[J].电子技术与软件工程.2017（17）

[4]丁铁成.让安全文化落地生根—具有城郊选煤厂特色的停送电安全保障文化探索之路[J].企业改革与管理.2014（08）

[5]付丽，罗钧，陈伟民，刘永锋.实时系统最大化奖赏值的能耗感知调度[J].重庆大学学报.2011（04）