矿山电气自动化中的节能技术应用效果研究

李 兵

（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410000）

矿山电气自动化是矿山数字化发展的主流趋势，通过计算机技术结合工程技术提高电气设备的自动化程度。在矿山电气自动化过程中，必然会产生巨大的能耗，因此，矿山电气自动化中的节能问题一直是相关部门的重点研究问题。节能技术主要是通过分析能耗的具体消耗情况，从中找出不必要的能源消耗，通过先进的科学技术达到节约能源的目的。节能技术具有十分广泛的应用范围，包括：工业建筑、交通运输以及家庭电器等，并且均取得了良好的应用效果。目前已有一部分学者将节能技术应用在矿山电气自动化中，通过节能技术，减少矿山电气自动化中不必要的能耗。但在应用过程中，由于未考虑到节能技术下对矿山电气设备造成的损耗，导致其并未取得良好的应用效果。在我国针对矿山电气自动化中节能技术应用效果的研究较少，为了更加良好的掌握节能技术的应用，下述将开展矿山电气自动化中的节能技术应用效果的详细研究。

1 矿山电气自动化节能设计

矿山电气自动化可通过相关的计算机设备以及监测设备、实时信息接收设备等实现。为了保证矿山电气自动化的节能效果，在矿山电气自动化中增加一定的辅助设备，利用智能仪表完成对矿山电气设备的监视和操作。可以通过传输的画面信息及相关的数据信息及时的找出矿山电气设备出现不必要能耗的位置，从而在降低能源消耗的同时，保证了矿山电气自动化的稳定运行。通过计算机即可完成矿山电气自动化设备开关、阀门开关的工作，实现矿山电气自动化节能设计。在此基础上，研究矿山电气自动化中的节能技术应用效果。

2 矿山电气自动化中的节能技术应用效果

本文主要针对节能技术在矿山电气自动化中的4 点主要应用效果加以研究，设计矿山电气自动化中的节能技术应用效果框架图，如图1 所示。

图1 矿山电气自动化中的节能技术应用效果框架图

结合图1 所示，针对图中4 点主要应用效果的具体，研究内容，如下文所示。

2.1 判断矿山电气自动化中的无功损失

在矿山电气自动化供电过程中，要想应用节能技术实现节能，必须通过计算的方式确定矿山电气自动化供电中的无功损失，达到良好的应用效果。本文通过功率因素表示无功损失φ，设矿山电气自动化中的无功损失为，可得公式（1）。

公式（1）中，P指的是矿山电气自动化中的有功电量，单位为C；Q指的是矿山电气自动化中的无功电量，单位为C。通过公式（1），得出矿山电气自动化中的无功损失。并通过节能技术将静态无功补偿装置应用在矿山电气自动化供电系统中，通过补偿无功损失，起到对矿山电气自动化供电节能的应用效果。

2.2 平衡矿山电气自动化运行电压

基于节能技术将矿山电气自动化中的电容器分为若干组别，使用节能技术监测电容器，通过实时监控矿山电气自动化供电过程中产生的电压、电流、电阻、无功损失等电能信息的相关数据，利用计算分析的方式，从而平衡矿山电气自动化供电电容器电压。以电容器的容量为基本参数，根据节能技术的具体应用方法，按照0.9 倍的静态无功补偿装置空载平衡矿山电气自动化供电电容器电压[1]。设此过程的计算表达式为N，具体公式如公式（2）。

公式（2）中， 指的是矿山电气自动化供电时电容器的额定电压，单位为kV；I指的是静态无功补偿装置的空载电流，单位为A。通过公式（2），平衡矿山电气自动化供电电容器电压，进而保证矿山电气自动化供电的节能效果。在矿山电气自动化供电中增加一定的辅助设备，根据电容器实际作业过程中的控制难易程度进行判定，利用节能技术完成对矿山电气自动化供电电容器电压的监视和操作。

2.3 补偿矿山电气自动化供电功率因数

在矿山电气自动化供电的过程中，不仅要平衡矿山电气自动化供电电容器电压，同时还要利用节能技术补偿矿山电气自动化供电功率因数[2]。提高矿山电气自动化供电功率因数是实现矿山电气自动化节能的核心内容，运用节能技术，设应用节能技术投、切电容组的计算表达式为K，则有公式（3）。

公式（3）中，m指的是矿山电气自动化供电系统电源基波角频率；指的是矿山电气自动化供电系统电源固有振荡角频率；h指的是矿山电气自动化供电系统运行时的电流，单位为A；e指的是节能技术的调控相应时间，单位为s； 指的是使用节能技术补偿时的衰减系数。通过节能技术，补偿矿山电气自动化供电功率因数，从而提高矿山电气自动化供电的节能效果。在此过程中，需要注意的是使用节能技术投、切电容组时，必然会对矿山电气自动化供电设备造成一定的干扰，加速绝缘介质的老化速度，导致矿山电气自动化供电设备损耗程度增加[3，4]。基于此，为保证矿山电气自动化供电节能过程中不损坏供电设备，运用节能技术时要选用交流—直流变频的方式投、切电容组，控制投、切频率，从而避免对矿山电气自动化供电设备的干扰程度。并且，在应用节能技术的同时，还要额外增加一台静态无功补偿装置，方便对矿山电气自动化供电电容组的及时切换，保证电流能够源源不断的运输到电容组中。节能技术应用的优势在于能够保证在最短的时间内进行安全的投、切切换，当矿山电气自动化供电时，静态无功补偿装置会第一时间启动，快速进入到工作状态当中，代替供料设备完成工作，确保矿山电气自动化节能。

2.4 降低矿山电气自动化线路的损耗

通过在应用节能技术时设置静态无功补偿装置，能够起到降低矿山电气自动化线路损耗的应用效果[5，6]。矿山电气自动化中的节能技术应用降耗可通过计算的方式加以体现，设其计算表达式为，则有公式（4）。

公式（4）中，R指的是矿山电气自动化供电变压器的负荷电流。通过公式（4）可知，矿山电气自动化供电变压器的负荷电流越大。因此，可以通过节能技术的无功补偿，降低矿山电气自动化供电变压器的负荷电流。为了使矿山电气自动化供电系统能够在节能的同时正常的运行，必须精确测得矿山电气自动化供电变压器的负荷电流，保证节能技术的应用不受干扰。

3 实例分析

3.1 实验准备

为了验证本文设计的节能技术对矿山电气自动化的应用效果，构建实例分析，实验对象选取某矿山。实验环境配置分为两部分说明，其中所需硬件包括：泰克示波器、支持8 线双绞线同轴电缆光纤专网、稳压电源、局部放电测试装置；软环境包括：Multisim、visual stuio、vc++、max+plush。本次实验将矿山电气自动化能源消耗量作为实验测试指标，能源消耗量越低证明该节能技术的应用效果越好。首先，使用本文节能技术应用在矿山电气自动化过程中，通过MODBUS 通讯协议采集获得其能源消耗量，设置为实验组；再使用传统节能技术应用在矿山电气自动化过程中，通过MODBUS 通讯协议采集获得其能源消耗量，设置为对照组。在此次的实验中，设置实验次数为5 次，记录实验结果。

3.2 实验结果与分析

收集5 组实验数据，并将能源消耗量绘制成折线图，如下图2 所示。

图2 能源消耗量对比

根据上述折线图中的多组数据，可知应用设计节能技术后的矿山电气自动化能源消耗量更低，能够起到节能的应用效果。

4 结语

通过矿山电气自动化中的节能技术应用效果研究，能够取得一定的研究成果，解决传统矿山电气自动化中能源消耗量大的问题。由此可见，本文设计的节能技术是具有现实意义的，能够指导矿山电气自动化节能优化。在后期的发展中，应加大节能技术在矿山电气自动化中的应用力度。截止目前，国内外针对矿山电气自动化中的节能技术应用效果研究仍存在一些问题，在日后的研究中还需要进一步对矿山电气自动化的优化设计提出深入研究，为提高矿山电气自动化的综合性能提供参考。