封 姣

（山西省陽(yáng)泉市山西宏廈第一建設(shè)有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

0 引 言

煤炭開(kāi)采、洗選行業(yè)已經(jīng)從原有的粗放型模式向精細(xì)化模式轉(zhuǎn)變，由于煤炭企業(yè)有眾多的大型機(jī)電設(shè)備，在滿足機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)上降低設(shè)備電力消耗，對(duì)提升企業(yè)效益及生產(chǎn)技術(shù)水平有顯著意義[1-3]?，F(xiàn)階段大型機(jī)電設(shè)設(shè)備節(jié)電方式尤其以硅控技術(shù)調(diào)節(jié)電壓、電流技術(shù)率先等得到應(yīng)用，取得成功,經(jīng)過(guò)十多年探索和應(yīng)用，節(jié)電效果超過(guò)目前其他技術(shù)，性價(jià)比高。陽(yáng)煤集團(tuán)經(jīng)過(guò)近些年的技術(shù)攻關(guān)、不斷引進(jìn)新節(jié)能技術(shù)，在大型機(jī)電設(shè)備節(jié)能領(lǐng)域走在行業(yè)前列。文中就對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)新景礦洗煤廠大型機(jī)電設(shè)備節(jié)能技術(shù)進(jìn)行闡述，以期能為其他礦井節(jié)能降耗工作開(kāi)展提供一定借鑒。

1 新景礦洗煤廠電動(dòng)機(jī)使用存在問(wèn)題分析

新景礦洗煤廠大型機(jī)電設(shè)備配套的電動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中主要存在下述主要問(wèn)題：

1）機(jī)電設(shè)備配套的電動(dòng)機(jī)功率大。為了確保大型機(jī)電設(shè)備可正常運(yùn)行，其設(shè)備配置使用的電動(dòng)機(jī)功率往往按最大負(fù)載考慮。機(jī)電設(shè)備正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載比較小，只是在偶然狀況下才會(huì)處于重載狀態(tài)。如慣性負(fù)載時(shí)機(jī)組啟動(dòng)初期負(fù)載大，若不配置大功率電動(dòng)機(jī)則無(wú)法進(jìn)行重載啟動(dòng)。

2）長(zhǎng)時(shí)間輕載運(yùn)行。眾多的機(jī)電設(shè)備大部分時(shí)間均處在準(zhǔn)備、備料、等待，此時(shí)間范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)。若在空載時(shí)經(jīng)常開(kāi)、停機(jī)會(huì)設(shè)備使用及正常生產(chǎn)帶來(lái)影響，因此，為保障生產(chǎn)的安全性及可靠性，部分設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間在空載運(yùn)行。

3）電動(dòng)機(jī)負(fù)載無(wú)規(guī)律變化。受到生產(chǎn)工藝影響，在現(xiàn)場(chǎng)布置的機(jī)電設(shè)備及電動(dòng)負(fù)載變化大并且無(wú)規(guī)律，功率較低的電動(dòng)機(jī)將無(wú)法滿足生產(chǎn)需要。所以必須配置大功率電動(dòng)機(jī)并預(yù)留一定的余量，以滿足超負(fù)載運(yùn)行的需要。

2 機(jī)電設(shè)備節(jié)電技術(shù)

2.1 總體技術(shù)方案

本文針對(duì)新景礦洗煤廠使用廣泛的660 V 電壓電動(dòng)機(jī)節(jié)能的問(wèn)題進(jìn)行改善，采用硅控整流器元件(SCR)為基礎(chǔ)研發(fā)出外掛式節(jié)能裝置，從而降低機(jī)電設(shè)備電能消耗。外掛式節(jié)能裝置使用時(shí)不會(huì)改變機(jī)電設(shè)備原有的操作方式，同時(shí)不需要更換原有設(shè)備。節(jié)能裝置內(nèi)置的微電腦調(diào)控系統(tǒng)持續(xù)偵測(cè)電動(dòng)機(jī)的電壓和電流零點(diǎn)時(shí)電流超前電壓的相位角，在1/1 000 s內(nèi)啟動(dòng)偵測(cè)ΔV/ΔI的負(fù)載變化，通過(guò)芯片精確運(yùn)算，調(diào)整三相電力設(shè)備輸出，提供設(shè)備最適當(dāng)電壓與扭力輸出，并控制電流合理下降，以達(dá)到節(jié)電效果。具體外掛式節(jié)能裝置結(jié)構(gòu)圖及實(shí)物圖見(jiàn)圖1 所示。

圖1 外掛式節(jié)能裝置結(jié)構(gòu)圖及實(shí)物圖

2.2 節(jié)電原理

電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行情況下輕載時(shí)間會(huì)遠(yuǎn)高于重載時(shí)間，通過(guò)微電腦晶片控制技術(shù)不間斷檢測(cè)機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，同步跟蹤電動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)電力消耗并根據(jù)實(shí)際所需進(jìn)而自動(dòng)調(diào)整，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行更省電、更順暢。

采用智慧型的微電腦控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)組負(fù)載變化，檢測(cè)信號(hào)經(jīng)專用節(jié)能軟件分析處理后，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)組電壓電流，保證機(jī)組轉(zhuǎn)速恒定前提下，保持機(jī)組輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的精確匹配，減少有功功率和無(wú)功功率損耗并提高機(jī)組功率因數(shù)。在輕負(fù)載時(shí)機(jī)組電壓自動(dòng)降至最低需求，轉(zhuǎn)速保持恒定，通過(guò)降低定子勵(lì)磁電流使得供電線路損耗、機(jī)組繞組的銅損耗顯著減少，避免電能浪費(fèi)；若負(fù)載增加，電壓通過(guò)可控硅在百分之一秒內(nèi)自動(dòng)上升以防止機(jī)組失速，使機(jī)組的輸出功率與即時(shí)負(fù)荷剛好匹配，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

2.3 技術(shù)功能

1）采用硅控整流器元件（SCR）可適用于660V/1 000A 額定電流以下的電動(dòng)機(jī)，通過(guò)調(diào)整電壓輸出達(dá)到節(jié)電效果，綜合節(jié)能效率可到15%以上。

2）采用外掛式節(jié)能裝置，無(wú)需改變?cè)性O(shè)備運(yùn)行與操作方式。

3）當(dāng)電流通過(guò)零點(diǎn)時(shí)系統(tǒng)閘門(mén)關(guān)閉，也就是不再有電流輸出到馬達(dá)。根據(jù)負(fù)載的大小，由微電腦控制系統(tǒng)決定何時(shí)開(kāi)啟閘門(mén)讓電流再度輸出給電動(dòng)機(jī)（動(dòng)態(tài)調(diào)整）。

4）微電腦調(diào)控系統(tǒng)持續(xù)偵測(cè)負(fù)載狀況并持續(xù)控制給電動(dòng)機(jī)的電力輸出（動(dòng)態(tài)調(diào)控）。采用最新微電腦數(shù)位調(diào)控技術(shù)，具有遠(yuǎn)程控制、工作可靠、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，使用壽命達(dá)10 a 以上。

5）隨著負(fù)載的改變而改變節(jié)電率，低負(fù)載節(jié)電率高、反之高負(fù)載節(jié)電率低。

6）采用的節(jié)能裝置具有為軟啟動(dòng)，軟停止、超載保護(hù)、短路保護(hù)、外接旁路等功能，不會(huì)出現(xiàn)因負(fù)載快速增加而使電機(jī)停機(jī)問(wèn)題。

3 工業(yè)試驗(yàn)及結(jié)果

3.1 實(shí)測(cè)設(shè)備

在新景礦洗煤廠選取10 臺(tái)主要耗能設(shè)備（9 臺(tái)皮帶機(jī)和1 臺(tái)壓濾機(jī)）對(duì)外掛式節(jié)能裝置節(jié)能效果進(jìn)行實(shí)測(cè)，具體設(shè)備使用地點(diǎn)及運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主要能耗設(shè)備的使用地點(diǎn)及運(yùn)行參數(shù)

表2 設(shè)備能耗實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

3.2 實(shí)測(cè)結(jié)果

外掛式節(jié)能裝置在2019 年5 月30 日安裝調(diào)試完畢，參與測(cè)試的設(shè)備從2019 年5 月30 日—7 月16日工頻運(yùn)行，7 月16 日—9 月16 日節(jié)能運(yùn)行，到現(xiàn)在已運(yùn)行3 個(gè)月。具體實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

1）節(jié)電率分析。將電表裝設(shè)于節(jié)能設(shè)備端對(duì)設(shè)備電能消耗進(jìn)行記錄，能更精準(zhǔn)計(jì)算節(jié)能效益數(shù)值。

節(jié)電率計(jì)算可通過(guò)公式（1）計(jì)算：

式中：ξC為節(jié)電率（%）；ebc非節(jié)電狀態(tài)用電量；ejc節(jié)電狀態(tài)用電量。

10 臺(tái)皮帶輸送機(jī)在 2019 年 5 月 30 日—7 月 16日工頻運(yùn)行平均每小時(shí)電能消耗量為49.18（kW·h）；在7.16-9.16 日節(jié)電模式下平均每小時(shí)電能消耗量為37.79（kW·h）。則

2）投資回報(bào)周期。投資回報(bào)周期可通過(guò)公式（2）計(jì)算：

式中：T為回報(bào)周期（年）；M為節(jié)電設(shè)備總投資額（元）；C為年節(jié)省電量（kW·h）；P為電價(jià),取值 0.59元（/kW·h）。

按現(xiàn)有10 臺(tái)電動(dòng)機(jī)（2 臺(tái)90 kW、3 臺(tái)110 kW、1 臺(tái) 132 kW、2 臺(tái) 155 kW、1 臺(tái) 250 kW 皮帶機(jī)、1 臺(tái)132 kW 壓濾機(jī)）數(shù)據(jù)計(jì)算回報(bào)周期：按每年330 d，電費(fèi)0.59 元/度計(jì)算結(jié)果如下：

4 總 結(jié)

1）針對(duì)選煤廠最常用的660 V 電動(dòng)機(jī)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以硅控整流控制技術(shù)（恒頻、變壓、變流）、先進(jìn)電流偵測(cè)及芯片為基礎(chǔ)研發(fā)出外掛式節(jié)能裝置，該節(jié)能裝置通過(guò)檢測(cè)電流參數(shù)來(lái)調(diào)整、控制來(lái)最佳電壓輸出，控制電流合理下降，實(shí)現(xiàn)負(fù)載變化時(shí)最佳扭力作輸出減低用電量，并確保設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2）外掛式節(jié)能裝置可實(shí)現(xiàn)660 V 電動(dòng)機(jī)為軟啟動(dòng)，軟停止、缺相保護(hù)、超載保護(hù)、高電壓超載保護(hù)、低電壓保護(hù)、外接旁路等功能。在新景礦選煤廠選取皮帶機(jī)主要能耗設(shè)備共計(jì)10 臺(tái)試驗(yàn)應(yīng)用，依據(jù)工頻/節(jié)電的計(jì)量數(shù)據(jù)比較，運(yùn)行的10 臺(tái)能耗設(shè)備達(dá)到預(yù)期效果，平均節(jié)電率達(dá)到23.16%。