矿山电气节能技术及其应用研究

徐援军

（金建工程设计有限公司，山东 烟台 264670）

随着能源的过渡开采，造成了资源趋于枯竭，但是由于社会的发展需要和人们的生活需求，能源的需求量却与日俱增，能源危机已成为各国必须面对和解决的问题。为了缓解能源紧张，政府和矿山企业将节能作为主要的研究目标，但是大多数矿山生产作业中的电力消耗集中在电气设备上。随着电气设备的自动化水平不断提升，其耗能也随着增加。实际运行过程中，为了有效降低成本，提高电能利用率，积极研究电气节能技术，确保工程的安全可靠，降低电能消耗，才能使矿山生产实现节能的目标，对于提升矿山企业落实节能减排理念具有现实意义[1]。

1 在矿山应用电气节能技术的积极作用

目前，节能减排发展理念被各行各业广泛推崇，节能改造的作用在矿山生产行业中得到发挥。电气节能上，从技术和理念上均有巨大的发展空间。与其他行业相比，矿山生产的耗电量巨大，因为在生产过程中，设备主要会消耗水、电、燃料等，用水是电能支撑的，使循环供水系统得以正常运转，然而，部分燃料的消耗也需要耗费电能，并且我国大中型矿山能源消耗较多，存在缺乏一些节能措施、节能技术较为落后等问题。因此，矿山企业在生产过程中要改造设备，提高工艺水平，以实现电气节能为目标。在实际改造的过程中，企业要考虑多方因素，使节能技术既能降低能源消耗，又能符合绿色生态的环保要求。工作人员选择新的设备和技术，积极掌握设备自身的性能，对其效率、原理、实用性等多方面进行全面分析和了解。企业使用性价比最好的设备，在符合节能理念的基础上，提高工作效率。从社会角度出发，企业使用电气节能技术能够缓解日益恶化的环境污染问题，减少资源浪费，提升矿山生产的综合效益。

2 矿山电气节能设计的原则

低碳环保、绿色生态的理念，不但是人们所追寻的，也是矿山生产活动中应当遵守和落实的思想。矿山电气设计的工作中，要遵守一定的原则，使节能设计更符合实际的运行情况。

一是实际性原则。矿山企业在电气工程施工过程中，以经济效益为中心，最大化节能效果。节能设备、材料的选择和采购以矿山的实际情况出发。合理利用有限的资金，减少节能成本的支出，在达到节能目标的同时，力争在今后的生产活动中收回成本。

二是适用性原则。企业在设计节能方案时，通过平衡利益和节能，避免发生过度追求节能的情况，达到符合矿山生产的实际能源需要，确保充足供应能源。企业在生产活动中，实时根据实际情况调整节能改造和设计的方案。

三是节能性原则。电气节能设计的根本目标是减少电能的消耗量，因此，工作人员在设计过程中，亟须掌握矿山的结构和工作环境，便于有效管控能源的使用情况，并且事先规划出合理的节能措施，以便工作人员针对一些设备出现损耗的情况，使用相应的节能设计策略，落实科学和经济的设计理念，使节能技术在矿山生产作业中发挥出最大的功效[2]。

3 矿山电气节能技术及实际应用

（1）软启动装置的改造。实践证实，与传统电气设备直接启动或Y/D启动相比，软启动设备具备优势显著，其是一种多功能保护的电机控制设备。在电机正常运行过程中，软启动设备本身有电流经过，电流值通常从零开始，最大值不超过额定电流值的范围。此时，为了改变直接启动的状态，企业可以在电动机相关设备上配置软启动补偿控制装置，有效达到保护设备的目的。因为在设备启动时，电流值会超过额定电流4至7倍，所以这种做法能够有效防止对电网系统过大的冲击，使设备和阀门的使用寿命得以延长，然而，通过上述方法能够控制电动机的电压，在启动过程中逐步提升电压，有效控制了电流，使设备的启动动作更加平滑。通常情况下，软启动设备在电动机启动完成后，会作为旁路运行。如果电动机负载率较低，软启动设备会输出较低值的电压，从而减小了输出电流，有效降低了电动机的功率损耗，并且间接为矿山企业降低了设备的维护成本[3]。

（2）节能型配电系统的使用。在设计配电系统时，电气节能设计占据重要位置，是生产活动的基础和保障。因为在构建和发展节能配电过程中，要设计和优化系统，确保电压的合理性。因此，控制电压的大小，以矿山企业实际运行的电容量、供电负荷的大小等因素为主要参考依据，为企业未来发展进行规划和选择。

（3）低电阻电缆的使用。供配电的输电线路运行过程中存在一定值的电阻，输电线路越长，电阻越大，电能损耗越严重，而且伴随热量的散发。因此，企业在矿山经营时，尽量降低输电线路的损耗，使用合适的低电阻电缆，并在选择截面时，以电流密度的经济实用性为基础，有效保证能源的节约，满足节能的需求，降低因热量堆积导致电能事故的发生几率，使用电更加安全可靠。

（4）电动机节能技术的使用。电动机在电能总体消耗中占比较大，因此，为了降低其电能损耗，提升电动机的功率因数，使其工作效率稳步提升，矿山企业应使用高效节能的三相异步电动机。选用新型高效节能的电动机，其效果较为良好，能够提高工作效率百分之3至6，使总电能损耗降低百分之20至30，符合国家节能评价的规范。该类型电动机还具有振动低、噪音小、使用寿命长、启动转矩大等功能。

（5）绿色环保照明节能灯的使用。我国是一个积极提倡绿色节能、低碳环保的国家，但许多矿山依旧使用白炽灯、高压汞灯，而车间办公室的使用低效荧光灯进行照明，该使用不符合国家规定的标准，企业需要改进和禁止。因为白炽灯泡发光面积小、光照不均匀，照明效果较差，导致电能损耗加重，造成能源的浪费。井下作业的环境较为恶劣，滴水、漏水现象时常发生，白炽灯在工作中发热较多，遇到水发生炸裂，使得灯泡更换频率增加。此外，在照明主要电源线路安排上，设计好三相供电，减少电压损耗。为了降低照明系统运行时受到的外界不良影响，应该充分利用三相照明负荷平衡的技术优势。

大型矿山企业需要照明的面积较大，节能灯的潜力较大。因此，在选择照明灯具上，企业根据工作场地实际条件进行选择，并符合国家规定的标准。高压钠灯、紧凑型荧光灯、金属卤化物灯、LED灯等绿色环保灯具与传统照明灯具相比，不但发光效果、色温、显色性能更为优越，而且节电效果较为明显。其中，荧光灯和气体放电灯的选择要保持单灯功率因数分别不超过0.9和0.8为最佳。因此，企业将井下所有白炽灯换成符合绿色环保照明标准的节能灯具，不但确保了照明效果，也极大地降低了电能损耗，同时，降低了安全事故的发生。

（6）节能型变压器的使用。矿山企业运行过程中，在输电环节上，变压器始终是电能耗费的主要源头之一，其损耗量甚至会达到电能总量的十分之一。为了提升电气节能效果，要使用节能型变压器。条件允许时要用干式变压器，同时也要合理改造油浸式变压器，能够有效降低无功消耗，使电能使用率有所保障。企业在选择变压器的型号和容量过程中，要依据矿山配电系统实际运转情况，选择高效能、低损耗的种类，确保其经济运行点介于0.7至0.8之间，以达到变压器经济运行的目标。

矿山企业的生产是以最小量能源获得最大收益为目的，因此，调整节能方式是符合企业的经济目标的，节能方式的调整通过加大变压器的功率因数，采取一定的手段提升其功率因数，减少电能消耗，为绿色生产提供了可行性支持。采用的措施可以使用人工方法，经典电容是人工补偿时的通用做法，即分散和集中式补偿。另外，对于变压器的经济运行方式也要有所考虑，比如，夏季通过在变压器控制室增加移动式风机达到有效降温的目的，延长变压器的使用寿命。应用于配电装置时，要尽量使其与负荷中心的距离较近，便于缩短电缆长度，减少供电线路的电压。一些非生产性的车间中，如果供电时间较长，可以只使用一台变压器[4,5]。

（7）变频技术的使用。在信息技术、电子技术等发展的过程中，变频器应运而生，其具有变频调速的功能，通过自动调节活动降低启动电流，以此适应负载和转速的变化，同时，其具有设备保护的过流、过压等功能。变频器的使用可以提高电机轻载时的工作效率，也符合节能的标准，是电气传动中的中心设备。电动机在实际运行过程中，其运转速度并非稳定，且启动时会耗费较多电量，缩短了电机的使用寿命。例如，风机水泵转速的立方，与其消耗功率是成正比的，当用水和风量不大时，利用变频器降低其转速，输入既定功率，便可获得显著的节能效果，可降低水泵能耗百分之15至20，节电百分之20至50。

（8）无功与就地补偿技术的使用。矿山企业在工作过程中，电气设备的使用量相对较大，其中存在感性负载的情况，无功消耗量较多，降低电能的利用效能，进而导致电能的浪费。因此，企业提供供电部分的功率因数，使用无功补偿设备解决这一难题。设备安装时，使设备设置在变电所低压一侧，10kV的功率因数大于0.93，如果功率负载较大，通过使用就地补偿设备提升功率因数0.1左右，显著减少电能运输线路上的无功负荷。设计无功补偿设备使用过程中，工作人员要详细分析负载情况，使补偿电容量的计算数值准确无误，防止补偿的过多或过少。

（9）供电电压等级的控制。为了提高电源电压等级，降低线路损耗，控制供电电压要充分考虑到当地电网的综合情况，供电距离、容量、回路数等因素都是其中的重点。比如，供电系统上来说，10kV的损耗小于6kV，但电压技术的经济指标却高于6kV，因此，企业将10kV高压配电电压作为最优的选择。如果6kV设备居多、容量较大，可以使用6kV。如果存在一些电动机为660V的情况下，企业使用专用高压回路，便于为电动机直接提供电源。

4 结语

综上所述，针对我国能源供不应求的趋势，矿山要以可持续发展的战略眼光进行工作，在节能的同时，提高供应量。因此，矿山企业做好环保工作，实现节能的理念，全面利用节能减排技术，降低能源消耗，提升设备和相关技术的利用率，有效降低矿山企业自身的运营成本。工作人员的理念转变为节能理念，使用最新的先进电气节能技术，使电气节能技术在矿山的生产过程中，能够更合理地、有效地得到应用，显著减少用电量，有助于矿山企业在行业内提升市场竞争力。