劉勇

（山西汾西中興煤業(yè)有限責任公司，山西交城030500）

引言

進入“十三五”以來，我國工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排工作持續(xù)進行，雖然成果顯著，節(jié)能壓力有所緩解，但是仍然面臨宏觀性、系統(tǒng)性的節(jié)能問題，例如系統(tǒng)性節(jié)能不平衡、不協(xié)調(diào)、力度弱、雙控性差等問題，特別是在煤炭生產(chǎn)行業(yè)，雖然以神華集團為龍頭的大型煤炭企業(yè)在大型成套設備、高產(chǎn)高效、節(jié)能降耗等方面取得了巨大成就，但是由于我國國土面積廣、賦煤區(qū)域多、中小型煤礦數(shù)量大、發(fā)展不均衡性強等，特別是由于歷史和地域原因，一些地方煤礦、小規(guī)模煤礦的開采條件差、資金及技術條件薄弱、設備老化、設備成套匹配性差等問題，開采技術仍較為落后，尤其是在機電設備單產(chǎn)能耗方面，與國外先進水平差距較大，例如，我國部分煤礦所使用的“四大件”設備耗電量占比超過60%，設備落后，效率低下，亟待改善[1-2]。

變頻技術被認為是最有效的節(jié)能方式之一，使用變頻器不僅能達到科學用能、節(jié)能降耗的目的，而且能夠提高自動化水平，改善工藝。變頻節(jié)能技術的應用及發(fā)展為煤礦企業(yè)節(jié)能降耗尤其是降低機電設備的能耗提供了可行之路，在煤礦機電設備中得到了廣泛的應用和發(fā)展。

1 變頻節(jié)能技術的基本原理

傳統(tǒng)的機電設備中，電流頻率基本固定不變，其設備運轉過程中，無論負荷大小，其電機轉數(shù)和耗能始終處于恒定狀態(tài)，造成電力能源的浪費，同時造成設備的過度損耗，使用壽命也隨之縮短。而變頻技術的出現(xiàn)，則可通過變頻器來改變電流頻率，即可實現(xiàn)“交—直—交”的電流轉變方式，即通過其內(nèi)部的整流器將交流電與直流電進行轉換，同時實現(xiàn)交流電頻率的轉變，然后將轉換后的電源傳送至電機，其基本原理如以下公式[3-4]：

式中：n為電機轉速；f為電流頻率；p為電機級數(shù)。

當電機級數(shù)p保持一定時，通過改變f的大小，即可對n的大小進行調(diào)整，其中f的取值范圍為0～50 Hz，n的大小隨f改變而改變，即通過電流頻率的調(diào)整來實現(xiàn)對電機運轉的調(diào)速。

2 變頻節(jié)能技術在煤礦的應用現(xiàn)狀

由于煤礦井下條件復雜環(huán)境惡劣，例如空氣潮濕、有毒有害氣體溢出、瓦斯煤塵易燃易爆等，變頻技術在最初并未得到煤礦的重視和應用，隨著煤礦井下環(huán)境的改善及變頻技術的不斷發(fā)展，同時煤礦機電設備的節(jié)能需求不斷增長，變頻技術的優(yōu)勢得到越來越多煤礦從業(yè)者的關注，因此促進了變頻節(jié)能技術在煤礦機電設備中的應用。例如，在我國許多煤礦，變頻節(jié)能技術已廣泛應用在了提升機、采煤機、皮帶輸送機等機電設備中，使得設備的電力消耗顯著減少，運轉效率顯著提高，設備的維修保養(yǎng)費用也有所降低，經(jīng)濟效益明顯提升。

2.1 變頻技術在立井提升設備中的應用

在我國中東部的井工煤礦中，立井提升設備廣泛應用，其24 h不間斷運轉，制約著煤礦的煤炭、設備、物料、人員的提升運輸，對設備可靠性和安全性要求極高，同時，由于設備的頻繁開停啟動及調(diào)速運轉，容易引發(fā)各類故障，而且，在煤礦電力消耗中占比較大。而變頻技術的發(fā)展及應用，對煤礦提升設備解決可靠性及能耗較大的問題提供了解決途徑。變頻技術在礦井提升機中的應用主要有兩種類型，一是可控制編程控制系統(tǒng)；二是高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)[5]?？煽刂凭幊炭刂葡到y(tǒng)的使用可顯著提高提升信號系統(tǒng)的通訊能力，使系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性得到保障，而高壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)則可充分發(fā)揮變頻技術的優(yōu)勢，減少提升機的電力消耗。

2.2 變頻技術在皮帶輸送機中的應用

通常，皮帶輸送機在低負荷或無負荷運轉時仍然采用正常功率，造成電能的不必要消耗及浪費，同時，由于皮帶輸送機通常使用液力耦合器作為軟啟動裝置，其工頻拖動時容易造成電機失控、皮帶斷裂等損毀故障。而將變頻技術應用于皮帶輸送機后，能夠有效減少電機啟動瞬間的電流值，防止電流沖擊及設備過熱，延長使用壽命，同時在輸送機低負荷或無負荷運轉時降低設備轉速，減少電力消耗，使設備安全高效運轉。

2.3 變頻技術在煤礦機電設備上的其他應用

目前，變頻節(jié)能技術在煤礦機電設備中的應用已較為廣泛，例如，除了提升設備和皮帶輸送機外，在井下綜掘機、采煤機、空氣壓縮機、風機等設備中也有著廣泛應用。除此之外，變頻技術還開發(fā)出泄漏故障監(jiān)測系統(tǒng)，其強大的語音及數(shù)據(jù)傳輸功能可使煤礦設備運轉中的各類信號傳遞更加快捷和準確；另外，帶式輸送機的瓦片控制技術可以根據(jù)井下機電設備分布地圖來發(fā)出信號進行請求和索引，形成完整的信號傳導數(shù)據(jù)鏈，實現(xiàn)對機電設備的遠程控制和監(jiān)視。

3 變頻節(jié)能技術在煤礦機電設備中的應用展望

一是理清政策節(jié)能導向，搶占綠色開采先機。節(jié)能降耗、綠色開采是煤礦改革發(fā)展的必由之路，煤礦從業(yè)者及相關科研人員應充分認清國家政策導向，以《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》為指導，加快技術引導和創(chuàng)新，提供相關政策支持，搶占綠色開采先機。

二是大力提升變頻技術在煤礦的應用廣度和深度。變頻技術的目前應用只是局限在煤礦的部分機電設備，還有極大的發(fā)展空間，同時，老牌煤礦企業(yè)對機電設備改造過程中需要大量對口變頻設備，解決變頻器與老舊設備的匹配問題，亟待加大科研攻關力度，提供更多先進可靠的技術和產(chǎn)品，從而加大變頻技術在煤礦的應用廣度和深度。

三是加大對變頻設備的科學有效管理。應從制度方面進行規(guī)范，對設備應用和維護提供良好的工作環(huán)境和制度保障，加強日常檢修和維護，區(qū)別于普通設備，對于變頻設備應進行科學、定期維護，并做好監(jiān)測及記錄，同時還應加強其自動化控制和管理工作，進而實現(xiàn)變頻設備在礦山的網(wǎng)絡化和信息化集成管理。

4 結語

變頻技術的創(chuàng)造和發(fā)展，不僅可以改變電機供電的靈活性，同時可以根據(jù)實際負荷需要調(diào)節(jié)機電設備的能耗方式，大大降低電能消耗，同時使設備更加安全可靠運轉，延長設備的使用壽命，為煤礦機電設備的節(jié)能降耗及高效使用奠定了基礎及技術條件。其應用成果已初步凸顯，但我國煤礦行業(yè)目前仍處于化解過剩產(chǎn)能、改革提質(zhì)增效的發(fā)展陣痛期中，如何實現(xiàn)煤炭資源的低能耗、低成本、安全可靠開采，我們依然任重而道遠。

[1]繆協(xié)興，錢鳴高.中國煤炭資源綠色開采研究現(xiàn)狀與展望[J].采礦與安全工程學報，2009（1）：1-14.

[2]王芹.煤礦機電設備變頻節(jié)能技術的應用探究[J].山東煤炭科技，2016（1）：98-99.

[3]王李鵬.變頻節(jié)能技術在煤礦機電設備中的應用[J].中國高新技術企業(yè)，2015（28）：97-98.

[4]王強.基于變頻節(jié)能技術在煤礦機電設備中的應用[J].機械管理開發(fā)，2015（3）：66-67；87.

[5]劉洋.關于煤礦機電設備中變頻節(jié)能技術的思考[J].機械管理開發(fā)，2016（9）：189-191.