汪國(guó)祥（煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥230041）

淺談煤礦電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

汪國(guó)祥（煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院，安徽合肥230041）

我國(guó)的煤礦企業(yè)面臨著嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，為了穩(wěn)定發(fā)展、提高效益，煤礦企業(yè)必須采取相應(yīng)的節(jié)約措施，以降低生產(chǎn)能耗。電氣系統(tǒng)在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用，煤礦企業(yè)每年的成本支出中，電費(fèi)支出是一個(gè)不可忽視的項(xiàng)目。因此本文對(duì)煤礦電氣的節(jié)能的重要性進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，并提出了具體的煤礦電氣節(jié)能設(shè)計(jì)措施，供相關(guān)人員參考。

節(jié)能設(shè)計(jì)；電氣；煤礦

引言

當(dāng)前我國(guó)很多煤礦企業(yè)的電氣系統(tǒng)都存在著能耗過(guò)高的問(wèn)題，能源的利用率相對(duì)較低。盡管電費(fèi)在整個(gè)煤礦企業(yè)成本支出中的比例不大，但是其仍然是煤礦企業(yè)一項(xiàng)重要的成本支出，如果電氣系統(tǒng)的能耗過(guò)高，會(huì)在一定程度上拉高煤礦企業(yè)的總體成本，影響煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

1　煤礦企業(yè)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

部分煤礦企業(yè)仍然實(shí)行粗放型的生產(chǎn)模式，沒(méi)有對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行有效的節(jié)能設(shè)計(jì)與管理，在日常生產(chǎn)中存在著很多浪費(fèi)電能的情況，特別是煤礦井下經(jīng)常出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，嚴(yán)重降低了電能的利用效率，不利于煤礦企業(yè)的節(jié)能降耗。為了降低生產(chǎn)成本，必須對(duì)現(xiàn)有的煤礦電氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，并采取有效的管理措施，以進(jìn)一步提高能源利用率，使煤礦運(yùn)行更加高效節(jié)約。

2　煤礦電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)措施

2.1變配電所設(shè)計(jì)

為縮短供配電半徑、減少線路損耗，主變電所應(yīng)靠近礦井供電負(fù)荷中心，盡量縮短二級(jí)變電所和其配電負(fù)荷中心之間的距離。為保證變壓器運(yùn)行于高效區(qū)，起到節(jié)能降耗的目的，需將負(fù)荷率維持在合適的范圍內(nèi)，對(duì)于主變壓器，負(fù)荷率宜為額定容量的60%左右，對(duì)于二級(jí)變壓器，負(fù)荷率應(yīng)控制在45～70%范圍內(nèi)。為此，對(duì)于前、后期負(fù)荷相差較大的礦井主變電所，可選用3臺(tái)及以上的變壓器，并進(jìn)行分期安裝投運(yùn)；對(duì)于季節(jié)性負(fù)荷變化較大的二級(jí)變電所，如礦井供熱、降溫變電所，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可采用獨(dú)立變壓器用于變動(dòng)負(fù)荷的配電，以確保變壓器常年處于高效運(yùn)行的狀態(tài)。為降低損耗，應(yīng)盡量減少變壓級(jí)數(shù)與配電級(jí)數(shù)，并根據(jù)用電設(shè)備的工作狀態(tài)，合理分配與平衡負(fù)荷，做到用電均衡化。

2.2電壓等級(jí)和線纜設(shè)計(jì)

輸電線路的電壓選擇直接受到輸送距離和輸送線路電容量的影響。要達(dá)到節(jié)能降耗的目的，減少傳輸過(guò)程中的電能浪費(fèi)，就應(yīng)該綜合考慮負(fù)荷容量和供電距離，對(duì)供電電壓的等級(jí)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。以供電線路電壓降不超過(guò)5%為原則，根據(jù)礦井后期總負(fù)荷矩計(jì)算確定供電電壓等級(jí)。對(duì)于新建大中型礦井，井上、井下一級(jí)配電電壓優(yōu)先采用10kV，綜合機(jī)械化采煤工作面設(shè)備應(yīng)采用3.3kV配電，地面生產(chǎn)系統(tǒng)低壓負(fù)荷優(yōu)先采用660V配電。

從節(jié)能的角度來(lái)看，大截面線纜具有良好的節(jié)能效果，但是會(huì)帶來(lái)一定的前期投資成本。要保障線路安全運(yùn)行，同時(shí)盡量減少損耗，可以根據(jù)自身的實(shí)際需要和資金情況，盡量選擇大截面導(dǎo)線。對(duì)于礦井供電線路應(yīng)根據(jù)供電最大負(fù)荷，按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，線纜上的電流基本不變，這就需要對(duì)線纜的電阻進(jìn)行減小，從而達(dá)到節(jié)能的目的。隨著線纜長(zhǎng)度的增加，電阻值成正比增加，從而造成更大的電能損耗，因此為了減小電阻值，可以選擇具有較小電阻率的導(dǎo)線，一般以銅芯導(dǎo)線為首選。要對(duì)導(dǎo)線長(zhǎng)度進(jìn)行盡量的縮短，也就是盡量直線敷設(shè)電纜，減少線纜轉(zhuǎn)彎及回頭的情況，而且電線電纜與設(shè)備連接處要采取降低接觸電阻的措施。如果線路較長(zhǎng)，以電壓降、保護(hù)配合、熱穩(wěn)定、載流量為基礎(chǔ)，可以使用大一級(jí)的線纜截面。

2.3變壓器、電動(dòng)機(jī)、變頻裝置的選擇

在整個(gè)供配電系統(tǒng)中，變壓器具有較長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間，應(yīng)該對(duì)變壓器的節(jié)能效率進(jìn)行充分的考慮。為此需正確選擇和配置變壓器容量、臺(tái)數(shù)、運(yùn)行方式，合理調(diào)整負(fù)荷，使變壓器能夠一直處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。為進(jìn)一步降低損耗，可以選擇性能水平代號(hào)10以上的低損耗節(jié)能型變壓器，也可以選擇空載損耗低的非晶合金鐵芯變壓器。

應(yīng)對(duì)煤礦各生產(chǎn)及輔助系統(tǒng)設(shè)備的配套電動(dòng)機(jī)進(jìn)行科學(xué)的選擇，選用高效電動(dòng)機(jī)，相對(duì)而言，籠型異步電動(dòng)機(jī)具有較高的運(yùn)行效率。而對(duì)于功率較大且連續(xù)工作的偏遠(yuǎn)設(shè)備，當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理時(shí)，可采用功率因數(shù)高的同步電機(jī)。電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)在其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍內(nèi)確定，為了提高節(jié)能效果，還應(yīng)該進(jìn)一步提高異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，并進(jìn)一步減少電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行時(shí)間，避免不必要的浪費(fèi)。另外對(duì)于超過(guò)一定功率的電機(jī)，可根據(jù)節(jié)能減排有關(guān)的規(guī)范規(guī)定要求并結(jié)合實(shí)際情況，選擇10kV或6kV高壓電動(dòng)機(jī)。

對(duì)有調(diào)速要求的交流電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用高效率變頻裝置，并應(yīng)根據(jù)具體工況選擇變頻器的電壓等級(jí)和容量。為降低變頻裝置自身的損耗，對(duì)可能長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在工頻電源狀態(tài)的設(shè)備，應(yīng)采取短接變頻裝置的措施。如對(duì)礦井煤流系統(tǒng)的帶式輸送機(jī)，當(dāng)煤炭運(yùn)量波動(dòng)較大時(shí)，采用變頻調(diào)速可節(jié)約能源，當(dāng)運(yùn)量穩(wěn)定時(shí)，可采用旁路裝置短接變頻器，以消除變頻裝置的能耗。

2.4低壓電器和照明器件選擇

在煤礦供配電系統(tǒng)中大量使用到了各種低壓電器，低壓電器本身并不會(huì)造成較大的電能消耗，但是在整個(gè)供配電系統(tǒng)中，低壓電器的數(shù)量較多，因此低壓電器造成的電能消耗總量仍然較大。節(jié)能型低壓電器是一種良好的選擇，當(dāng)前的節(jié)能型低壓電器種類較多，技術(shù)也相對(duì)成熟，能夠滿足設(shè)計(jì)的需要。

對(duì)照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)該以不影響照明質(zhì)量和作業(yè)面視覺(jué)要求為前提，盡量控制照明系統(tǒng)的光能損失，對(duì)光能進(jìn)行充分的利用。要有效控制單位面積的燈具安裝功率，照明功率密度要符合相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，在滿足照明質(zhì)量的前提下，選用光效高、顯色性好的光源及配光合理、安全高效的燈具。對(duì)于一般的房間，盡量安裝高效發(fā)光的熒光燈（如T5、T8管）、緊湊型熒光燈或LED燈；對(duì)于室外、廠房和高大車間則可以選擇高效氣體放電光源，例如金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等；對(duì)于室外路燈也可選用太陽(yáng)能燈具；井下照明采用防爆熒光燈或防爆LED燈。在照明附件的選擇中應(yīng)該盡量選擇性能優(yōu)良、能耗低的光源用電附件，例如對(duì)于氣體放電燈一般采用電子觸發(fā)器，緊湊型熒光燈優(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器。對(duì)于氣體放電光源如金屬鹵化物燈、高壓鈉燈以及在煤礦公共建筑場(chǎng)所內(nèi)設(shè)置的熒光燈，可以選擇具有無(wú)功補(bǔ)償?shù)臒艟摺?/p>

合理采用照明控制方式，可以對(duì)照明區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)分，增加照明開(kāi)關(guān)的數(shù)量，或者使用集中分區(qū)控制方式。對(duì)于室外照明可采用程序時(shí)控、光控、手動(dòng)控制相結(jié)合的方式，對(duì)于走道、樓梯等人員短暫停留的公共場(chǎng)所可采用聲光控制方式的節(jié)能自熄開(kāi)關(guān)。另外，單相照明負(fù)荷要均勻分配到三相網(wǎng)絡(luò)上，以降低照明系統(tǒng)能耗。

2.5供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)設(shè)計(jì)

供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)對(duì)于其能耗有著直接的影響，也就是功率因數(shù)越高的供配電系統(tǒng)，其無(wú)功功率的消耗越低，節(jié)能效果越好。輸電線路的線損包括無(wú)功功率線損和有功功率線損。要保障設(shè)備的運(yùn)行，有功功率必不可少。變壓器、電動(dòng)機(jī)以及燈具中的鎮(zhèn)流器都具有電感性，會(huì)產(chǎn)生滯后的無(wú)功電流。無(wú)功功率是一種可以避免的損耗，選擇具有較高的功率因數(shù)的用電設(shè)備，是降低無(wú)功功率的一個(gè)有效措施，除此之外，采用并聯(lián)靜電電容器是補(bǔ)償感性無(wú)功功率的主要手段。這是由于用電設(shè)備中一部分滯后的無(wú)功電流會(huì)與電容器產(chǎn)生的超前無(wú)功電流相互抵消，從而達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。

煤礦企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需要，選擇合適的補(bǔ)償方式，例如低壓成組補(bǔ)償、低壓分散補(bǔ)償、高壓集中補(bǔ)償?？梢月?lián)合使用低壓就地補(bǔ)償和高壓集中補(bǔ)償，能夠取得較好的補(bǔ)償效果。根據(jù)礦井建設(shè)規(guī)模、負(fù)荷分布及電壓等級(jí)等情況，在礦井主變電所應(yīng)該設(shè)置集中式高壓或低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置；地面二級(jí)變電所設(shè)置自動(dòng)投切的低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置；采區(qū)變電所、綜采工作面等可設(shè)置就地防爆型無(wú)功補(bǔ)償裝置；距離較遠(yuǎn)的風(fēng)井及分區(qū)工業(yè)場(chǎng)地變配電所，應(yīng)就地設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置；有條件的場(chǎng)合，可采用濾波裝置與無(wú)功補(bǔ)償相結(jié)合的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償及濾波裝置。無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘勘仨氝M(jìn)行核算，以避免欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償，補(bǔ)償后的功率因數(shù)應(yīng)滿足有關(guān)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及節(jié)能規(guī)范的規(guī)定。

3　加強(qiáng)對(duì)煤礦電氣的節(jié)能管理

煤礦企業(yè)應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在企業(yè)的能源消耗中，電能消耗所占的比例雖然不大，但是仍然是一種重要的能源消耗。一些煤礦企業(yè)長(zhǎng)期采用粗放型的管理模式，加之傳統(tǒng)礦井具有比較復(fù)雜的井下條件，各種設(shè)備長(zhǎng)期得不到更新，配電點(diǎn)下具有較多的使用成員單位，往往沒(méi)有對(duì)耗能單位的實(shí)際耗電量進(jìn)行有效的分辨與統(tǒng)計(jì)。這種情況下，不能對(duì)設(shè)備何時(shí)正常帶載或帶病運(yùn)行進(jìn)行判別，也不能對(duì)設(shè)備空轉(zhuǎn)進(jìn)行監(jiān)控和制止，導(dǎo)致嚴(yán)重的電能浪費(fèi)。

要實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，對(duì)礦井內(nèi)部用電計(jì)量要按最小核算單位裝設(shè)檢測(cè)計(jì)量?jī)x表，對(duì)一定功率（50kW及以上）的電機(jī)單獨(dú)配置多功能電壓、電流、電能等計(jì)量?jī)x表，以便在節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能管理，對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的落實(shí)。因此煤礦企業(yè)應(yīng)該建立電力監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，從而對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)量和科學(xué)的管理。該系統(tǒng)能夠?qū)θV供配電系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程及參數(shù)進(jìn)行有效的記錄，一旦發(fā)現(xiàn)存在異常的運(yùn)行參數(shù)，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)判別和報(bào)警，以免用電設(shè)備長(zhǎng)期帶病運(yùn)行，發(fā)生損壞。而且該系統(tǒng)能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)，例如用電量、功率因數(shù)、視在功率、無(wú)功功率、有功功率、電流、電壓等。并可對(duì)核算單位在任意時(shí)段的電參數(shù)進(jìn)行查詢和追溯。只有通過(guò)科學(xué)的計(jì)量管理，并構(gòu)建完整的檢測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，才能提高煤礦企業(yè)內(nèi)部的用電管理能力。

4　結(jié)語(yǔ)

煤礦企業(yè)面臨著越來(lái)越激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，如何在下行經(jīng)濟(jì)環(huán)境中保持穩(wěn)定的發(fā)展，節(jié)能降耗是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。煤礦企業(yè)應(yīng)該認(rèn)識(shí)到電氣節(jié)能的重要性，采取有效措施，對(duì)煤礦電氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，有序的降低煤礦電氣系統(tǒng)的能源消耗量，不斷提高能源的利用率，杜絕電能浪費(fèi)，降低煤礦企業(yè)的總體運(yùn)行成本，提高煤礦企業(yè)的發(fā)展內(nèi)驅(qū)力，提高企業(yè)內(nèi)部的現(xiàn)代化管理能力。

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TU85

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2095-2066（2016）26-0287-02

2016-9-2