馬德華（涼山礦業(yè)股份有限公司，四川涼山彝族自治州 615146）

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礦山電氣節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用探究

馬德華
（涼山礦業(yè)股份有限公司，四川涼山彝族自治州 615146）

【摘要】近年來(lái)，隨著我國(guó)金屬礦藏采集規(guī)模的擴(kuò)大，礦山電氣節(jié)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，作為礦山開(kāi)采的主要生產(chǎn)設(shè)備，其節(jié)能技術(shù)的拓展不但為礦產(chǎn)開(kāi)采行業(yè)提供了可持續(xù)發(fā)展的重要保障，也降低了電氣消耗成本，并達(dá)到了理想的開(kāi)采環(huán)保效果。本文圍繞有色礦山——銅礦山為背景，探討了銅礦山電氣節(jié)能技術(shù)在供配電系統(tǒng)、用電設(shè)備以及照明節(jié)能等方面的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電氣節(jié)能技術(shù) 銅礦山 供配電系統(tǒng) 用電設(shè)備 照明系統(tǒng) 應(yīng)用

在銅礦山這樣的有色金屬礦區(qū)中，用電設(shè)備相對(duì)容量大而集中，很容易造成電氣耗能的高負(fù)荷狀況，影響礦山開(kāi)采技術(shù)的順利展開(kāi)。為了響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能降耗”的基本國(guó)策，大力發(fā)展節(jié)能技術(shù)與節(jié)能節(jié)電設(shè)備已經(jīng)成為了目前礦山開(kāi)采工作的當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)銅礦山的開(kāi)采特點(diǎn)及節(jié)能技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，目前應(yīng)該以供配電系統(tǒng)、用電設(shè)備與電氣照明三方面為主展開(kāi)工作，為礦山施工工作的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行而奠定低能耗基礎(chǔ)。

1 供配電電氣系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

1.1 供電系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，銅礦山多處于較為偏遠(yuǎn)的深山區(qū)域，因此在供電系統(tǒng)設(shè)置方面每一級(jí)變電所之間相差距離都較遠(yuǎn)，整體處于地區(qū)供電系統(tǒng)的末端位置，供電電壓保持在35kV、110kV兩種架空線路環(huán)境下。所以從用電經(jīng)濟(jì)角度講，應(yīng)該依據(jù)用電負(fù)荷利用導(dǎo)線截面來(lái)校驗(yàn)供電系統(tǒng)的電壓降，這種做法能夠極大程度的降低線路損耗，同時(shí)也滿足電氣節(jié)能的基本要求。但是因?yàn)椴捎昧舜髮?dǎo)線截面，因此在供電架空線路的初期建設(shè)過(guò)程中必然會(huì)增加成本投入。但如果銅礦山供電系統(tǒng)每年最大利用負(fù)荷按照Tmax＞7000h來(lái)計(jì)算，銅礦山預(yù)估在4～5年時(shí)間內(nèi)就可以收回投資成本。所以從銅礦山開(kāi)采的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展角度來(lái)看，依據(jù)經(jīng)濟(jì)電流來(lái)選擇線路導(dǎo)線大截面對(duì)節(jié)能降耗是相當(dāng)有利的。

銅礦山供電系統(tǒng)所支持的主力用電設(shè)備通常都集中于露天礦采礦區(qū)域、井內(nèi)采礦區(qū)域以及選礦廠，所以礦區(qū)中供電系統(tǒng)和降壓變電系統(tǒng)的位置應(yīng)該選擇位于采礦區(qū)域和選礦廠為最佳，因?yàn)橐环矫嫠紤]到變電所的進(jìn)出線方向，另一方面也要考慮到架空線路及電纜在線路功耗方面的消耗損失原則，確保礦區(qū)能夠在一次性投資與節(jié)能降耗兩方面都可以產(chǎn)生較為理想、直接的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 配電系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

1.2.1 高壓低壓電氣設(shè)備的節(jié)能配電選擇

依據(jù)銅礦山用電負(fù)荷的基本特征，應(yīng)該結(jié)合電氣設(shè)備的投資、運(yùn)營(yíng)及管理策略來(lái)設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)，運(yùn)用合理的節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行效率的優(yōu)化，正確構(gòu)造配電系統(tǒng)。就以礦區(qū)的選礦廠為背景，對(duì)選礦廠的配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)該首先考慮它所擁有的生產(chǎn)功能。比如對(duì)一些6kV左右的高壓用電設(shè)備如破碎機(jī)、球磨機(jī)等就應(yīng)該按照它們的容量與工作特征來(lái)設(shè)立高壓供電分區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣節(jié)能生產(chǎn)的具體要求。而對(duì)220/380V的低壓用電設(shè)備如給料機(jī)、浮選機(jī)、起重機(jī)、砂泵來(lái)說(shuō)，也要根據(jù)它們的工作容量和特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)低壓供電分區(qū)配備。比如將每一臺(tái)變壓器都設(shè)定為一個(gè)低壓供電分區(qū)，另外將變壓器設(shè)置于選礦廠的負(fù)荷中心位置，進(jìn)而降低低壓側(cè)線路長(zhǎng)度和線路損耗降水平，這種對(duì)線路的技術(shù)改良也能達(dá)到一定的節(jié)能節(jié)電目的。

1.2.2 無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)

無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)就是通過(guò)高壓并聯(lián)電容器與低壓靜電電容器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程，并提高可供供配電系統(tǒng)所正常運(yùn)行的功率因數(shù)，它也是銅礦山乃至所有有色金屬礦山在節(jié)約電能能源方面的最有效途徑之一。

（1）無(wú)功補(bǔ)償提高功率因數(shù)。由于利用到了高壓并聯(lián)電容器與低壓靜電電容器技術(shù)，為了提高功率因數(shù)，應(yīng)該選擇適合于工程的電動(dòng)機(jī)及變壓器，并合理制定容量，以便于快速提高配電系統(tǒng)的自然功率因數(shù)。如果不能及時(shí)達(dá)到配電系統(tǒng)功率因數(shù)要求，則要根據(jù)負(fù)荷來(lái)進(jìn)行功率因數(shù)計(jì)算，并利用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償從而提升功率因數(shù)。（2）無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕驹瓌t。無(wú)功補(bǔ)償要符合5項(xiàng)基本原則，以下將進(jìn)行一一闡述。

第一，在無(wú)功補(bǔ)償原則中，要遵循高壓電氣設(shè)備由高壓電容器補(bǔ)償，而低壓電氣設(shè)備由低壓電容器補(bǔ)償?shù)南鄬?duì)應(yīng)原則。第二，如果在高低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置無(wú)功補(bǔ)償效果相當(dāng)時(shí)，應(yīng)該考慮采用低壓自動(dòng)補(bǔ)償裝置進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。第三，在對(duì)高低壓的電容器組進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程中，最好選擇在變配電所中進(jìn)行集中補(bǔ)償。第四，對(duì)于一些容量較大且能夠長(zhǎng)期負(fù)載穩(wěn)定運(yùn)行的電氣設(shè)備要進(jìn)行單獨(dú)的、就地的無(wú)功功率補(bǔ)償。第五，在無(wú)功補(bǔ)償過(guò)程中也要考慮諧波因素的影響，所以高壓及低壓電容器應(yīng)該選擇串聯(lián)形式及參數(shù)都適當(dāng)?shù)碾娍蛊鬟M(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

表1　銅礦山選礦廠選礦用電電氣設(shè)備耗能數(shù)據(jù)表

1.2.3 對(duì)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的計(jì)算

首先基于功率因數(shù)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償容量的計(jì)算，其公式應(yīng)該表示為：

在公式（1）中，P表示有功功率（kW）、S表示視在功率（kV·A），而cosΦ則為功率因數(shù)。在對(duì)有效功率輸出進(jìn)行增加時(shí)，要相應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償容量計(jì)算。此時(shí)也要明確變壓器有功功率輸出能力與負(fù)載功率因數(shù)之間的變量關(guān)系，其表達(dá)公式應(yīng)該為：

在公式（2）中Q表示無(wú)功功率（kW）?？傮w而言，無(wú)功補(bǔ)償不但可以大幅提升功率因數(shù)，也能對(duì)降低變壓器無(wú)功損耗起到正向作用，對(duì)變壓器工作效率提升相當(dāng)有幫助，所以銅礦山等有色金屬礦山可以考慮這種無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)來(lái)為配電系統(tǒng)進(jìn)行功率因數(shù)方面的優(yōu)化。在無(wú)功補(bǔ)償之后，一般都會(huì)使功率因數(shù)＞0.9［1］。

1.2.4 變頻節(jié)能

對(duì)沒(méi)有滿負(fù)荷的沙泵和水泵繼續(xù)加裝變頻節(jié)能控制來(lái)調(diào)節(jié)。

2 用電電氣設(shè)備的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

對(duì)銅礦礦山選礦廠來(lái)說(shuō)，每一道生產(chǎn)工序都會(huì)消耗大量的能源，而且很可能由于供礦能力的不足而造成電氣設(shè)備處理能力的低下。本文對(duì)選礦廠的選礦生產(chǎn)中所涉及的磨礦機(jī)（球磨機(jī)）進(jìn)行節(jié)能方面的技術(shù)應(yīng)用分析。銅礦山選礦廠選礦生產(chǎn)工藝流程圖1所示：

如表1為銅礦山選礦廠選礦時(shí)各電氣設(shè)備的耗能數(shù)據(jù)狀況。銅礦山礦區(qū)在選礦生產(chǎn)過(guò)程中要實(shí)施開(kāi)路破碎流程，一般開(kāi)路破碎的最終粉礦粒不但粒度較粗而且難以控制其尺寸，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求為-25mm，而在實(shí)際生產(chǎn)中，符合開(kāi)路破碎要求的礦石只能達(dá)到75%左右，剩余的25%則只能達(dá)到-30～-35mm的礦粒度。所以必須調(diào)整磨礦機(jī)的生產(chǎn)效率與研磨作業(yè)總體能耗，選擇適宜于生產(chǎn)的給礦粒度。按照Rowland的節(jié)能功耗理論要求，礦山磨礦機(jī)的作業(yè)效率應(yīng)該與給礦粒度之間存在緊密關(guān)系，所以這里有必要對(duì)球磨機(jī)作出給礦粒度F0的計(jì)算，如下算式：

球磨機(jī)：F0b=16000 x 15/Wib （3）

在公式（3）中，F(xiàn)0b代表球磨機(jī)的最佳給礦粒度（μm），而Wib則表示球磨機(jī)的平均功耗指數(shù)（kW·h/t）。按照功耗學(xué)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，當(dāng)磨礦機(jī)的給礦粒度達(dá)到15mm或以上時(shí)，碎磨的總能耗應(yīng)該達(dá)到最低值，所以銅礦山選礦廠應(yīng)該基于這一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)考慮磨礦機(jī)碎磨車間的粒度數(shù)值。為了提升磨礦機(jī)作業(yè)質(zhì)量，選礦廠應(yīng)該選擇球磨機(jī)進(jìn)行磨礦作業(yè)，因?yàn)榍蚰C(jī)的給礦相對(duì)比傳統(tǒng)的棒磨機(jī)更加細(xì)膩，基本可以保持在-18mm或者更細(xì)，真正能夠達(dá)到“多碎磨少”的目的。將粉礦粒度控制在-18mm范圍內(nèi)，在提升球磨機(jī)效率的同時(shí)也降低了碎磨作業(yè)的整體能耗，就此磨礦機(jī)的整體生產(chǎn)效率就獲得了一定水平的提升。

另外還有閉路碎礦，它也是能夠?qū)~礦山粉礦粒度控制在-18mm甚至更好的細(xì)膩程度。按照銅礦山磨礦部門(mén)的整體預(yù)估，如果能夠?qū)⒛サV機(jī)整體處理量提升到20萬(wàn)t甚至以上，選礦廠的總體能耗就會(huì)有顯著降低，可達(dá)到平均每年節(jié)約電能400～450萬(wàn)kWh［2］。

3 照明電氣設(shè)備的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

照明電氣設(shè)備的節(jié)能技術(shù)主要應(yīng)該集中在照度標(biāo)準(zhǔn)的選擇上，選擇適合于礦區(qū)生產(chǎn)的照明設(shè)備，并采用合理的安裝方法。本文依據(jù)合理性這一條來(lái)闡述照明控制技術(shù)的實(shí)施。

3.1 照明電氣設(shè)備的節(jié)能原則

首先要根據(jù)不同的礦區(qū)、不同的場(chǎng)合進(jìn)行不同照明亮度、照明功率密度與視覺(jué)要求的規(guī)定選擇。其次在電子鎮(zhèn)流器的選擇方面，應(yīng)該選擇功率因數(shù)較高且具有節(jié)能效果的鎮(zhèn)流器類型。而熒光燈方面其單燈功率因數(shù)選擇≥0.9為宜，氣體放電燈的功率因數(shù)則應(yīng)該≥0.80。最后，在主照明電源線路選取方面應(yīng)該做到三相供電設(shè)計(jì)，降低電壓的不必要損耗，同時(shí)要采用三相照明負(fù)荷平衡技術(shù)來(lái)降低光源發(fā)光效率在照明系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所受到的外界影響。

3.2 照明電氣設(shè)備的技術(shù)選擇

在照明電氣設(shè)備的技術(shù)選擇方面要圍繞光源的色溫、光效、顯色指數(shù)等來(lái)進(jìn)行選擇，盡量以高效、高功率因數(shù)的節(jié)能型光源為選擇目標(biāo)，為節(jié)約能源奠定基礎(chǔ)。通常情況下，礦區(qū)照明不應(yīng)該采用熒光高壓汞照明燈，而應(yīng)該采用金屬鹵化物燈作為照明替代。從節(jié)能技術(shù)角度講，在照度要求相同的情況下，最好采用緊湊型的節(jié)能熒光燈作為白熾燈的替代品，因?yàn)檫@樣可以取得較為明顯的節(jié)電效果。比如說(shuō)用用25W的緊湊型熒光燈就可以代替100W的白熾燈，實(shí)現(xiàn)75%的電能節(jié)約水平。而熒光燈的光源選擇方面則推薦采用T8型緊湊熒光燈為最佳［3］。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文簡(jiǎn)單的剖析可見(jiàn)，諸如銅礦山這樣的有色金屬礦山在節(jié)能技術(shù)選擇方面已經(jīng)隨著能源需求與礦山開(kāi)采規(guī)模的擴(kuò)大而擴(kuò)大，逐漸呈現(xiàn)出了供不應(yīng)求的發(fā)展趨勢(shì)。所以為了滿足當(dāng)代社會(huì)工業(yè)發(fā)展的基本需求，應(yīng)該將考慮如何將優(yōu)先的能源應(yīng)用到無(wú)限的能源開(kāi)采與創(chuàng)造過(guò)程中，形成一種以電氣節(jié)能意識(shí)為主的良性工業(yè)發(fā)展循環(huán)，將更多節(jié)能技術(shù)與節(jié)能應(yīng)用運(yùn)用到礦山開(kāi)采工作中，實(shí)現(xiàn)高效率開(kāi)采、低成本輸出的的礦山能源開(kāi)采體系。

參考文獻(xiàn)：

［1］周賓.礦山電氣節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用研究［J］.黑龍江科技信息，2015 （4）：82-82.

［2］徐進(jìn)軍.電氣節(jié)能技術(shù)在某礦山改造工程中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2012（10）：132-133.

［3］牟曙光.有色礦山電氣節(jié)能措施的探討［J］.有色礦冶，2012（2）：89-91.