浅谈煤矿电气节能设计

汪国祥（煤炭工业合肥设计研究院，安徽合肥230041）

浅谈煤矿电气节能设计

汪国祥（煤炭工业合肥设计研究院，安徽合肥230041）

我国的煤矿企业面临着严峻的竞争形势，为了稳定发展、提高效益，煤矿企业必须采取相应的节约措施，以降低生产能耗。电气系统在煤矿生产中发挥着重要的作用，煤矿企业每年的成本支出中，电费支出是一个不可忽视的项目。因此本文对煤矿电气的节能的重要性进行了简要的分析，并提出了具体的煤矿电气节能设计措施，供相关人员参考。

节能设计；电气；煤矿

引言

当前我国很多煤矿企业的电气系统都存在着能耗过高的问题，能源的利用率相对较低。尽管电费在整个煤矿企业成本支出中的比例不大，但是其仍然是煤矿企业一项重要的成本支出，如果电气系统的能耗过高，会在一定程度上拉高煤矿企业的总体成本，影响煤矿企业的经济效益和长远发展。

1　煤矿企业电气节能设计的必要性

部分煤矿企业仍然实行粗放型的生产模式，没有对电气系统进行有效的节能设计与管理，在日常生产中存在着很多浪费电能的情况，特别是煤矿井下经常出现“大马拉小车”的现象，严重降低了电能的利用效率，不利于煤矿企业的节能降耗。为了降低生产成本，必须对现有的煤矿电气系统进行节能设计，并采取有效的管理措施，以进一步提高能源利用率，使煤矿运行更加高效节约。

2　煤矿电气的节能设计措施

2.1变配电所设计

为缩短供配电半径、减少线路损耗，主变电所应靠近矿井供电负荷中心，尽量缩短二级变电所和其配电负荷中心之间的距离。为保证变压器运行于高效区，起到节能降耗的目的，需将负荷率维持在合适的范围内，对于主变压器，负荷率宜为额定容量的60%左右，对于二级变压器，负荷率应控制在45～70%范围内。为此，对于前、后期负荷相差较大的矿井主变电所，可选用3台及以上的变压器，并进行分期安装投运；对于季节性负荷变化较大的二级变电所，如矿井供热、降温变电所，经技术经济比较后，可采用独立变压器用于变动负荷的配电，以确保变压器常年处于高效运行的状态。为降低损耗，应尽量减少变压级数与配电级数，并根据用电设备的工作状态，合理分配与平衡负荷，做到用电均衡化。

2.2电压等级和线缆设计

输电线路的电压选择直接受到输送距离和输送线路电容量的影响。要达到节能降耗的目的，减少传输过程中的电能浪费，就应该综合考虑负荷容量和供电距离，对供电电压的等级进行合理的设计。以供电线路电压降不超过5%为原则，根据矿井后期总负荷矩计算确定供电电压等级。对于新建大中型矿井，井上、井下一级配电电压优先采用10kV，综合机械化采煤工作面设备应采用3.3kV配电，地面生产系统低压负荷优先采用660V配电。

从节能的角度来看，大截面线缆具有良好的节能效果，但是会带来一定的前期投资成本。要保障线路安全运行，同时尽量减少损耗，可以根据自身的实际需要和资金情况，尽量选择大截面导线。对于矿井供电线路应根据供电最大负荷，按经济电流密度选择导线截面。在正常生产过程中，线缆上的电流基本不变，这就需要对线缆的电阻进行减小，从而达到节能的目的。随着线缆长度的增加，电阻值成正比增加，从而造成更大的电能损耗，因此为了减小电阻值，可以选择具有较小电阻率的导线，一般以铜芯导线为首选。要对导线长度进行尽量的缩短，也就是尽量直线敷设电缆，减少线缆转弯及回头的情况，而且电线电缆与设备连接处要采取降低接触电阻的措施。如果线路较长，以电压降、保护配合、热稳定、载流量为基础，可以使用大一级的线缆截面。

2.3变压器、电动机、变频装置的选择

在整个供配电系统中，变压器具有较长的运行时间，应该对变压器的节能效率进行充分的考虑。为此需正确选择和配置变压器容量、台数、运行方式，合理调整负荷，使变压器能够一直处于经济运行区。为进一步降低损耗，可以选择性能水平代号10以上的低损耗节能型变压器，也可以选择空载损耗低的非晶合金铁芯变压器。

应对煤矿各生产及辅助系统设备的配套电动机进行科学的选择，选用高效电动机，相对而言，笼型异步电动机具有较高的运行效率。而对于功率较大且连续工作的偏远设备，当技术经济合理时，可采用功率因数高的同步电机。电动机的功率应在其经济运行范围内确定，为了提高节能效果，还应该进一步提高异步电动机的功率因数，并进一步减少电动机的空载运行时间，避免不必要的浪费。另外对于超过一定功率的电机，可根据节能减排有关的规范规定要求并结合实际情况，选择10kV或6kV高压电动机。

对有调速要求的交流电动机应采用高效率变频装置，并应根据具体工况选择变频器的电压等级和容量。为降低变频装置自身的损耗，对可能长时间运行在工频电源状态的设备，应采取短接变频装置的措施。如对矿井煤流系统的带式输送机，当煤炭运量波动较大时，采用变频调速可节约能源，当运量稳定时，可采用旁路装置短接变频器，以消除变频装置的能耗。

2.4低压电器和照明器件选择

在煤矿供配电系统中大量使用到了各种低压电器，低压电器本身并不会造成较大的电能消耗，但是在整个供配电系统中，低压电器的数量较多，因此低压电器造成的电能消耗总量仍然较大。节能型低压电器是一种良好的选择，当前的节能型低压电器种类较多，技术也相对成熟，能够满足设计的需要。

对照明系统的节能设计应该以不影响照明质量和作业面视觉要求为前提，尽量控制照明系统的光能损失，对光能进行充分的利用。要有效控制单位面积的灯具安装功率，照明功率密度要符合相关设计标准的规定，在满足照明质量的前提下，选用光效高、显色性好的光源及配光合理、安全高效的灯具。对于一般的房间，尽量安装高效发光的荧光灯（如T5、T8管）、紧凑型荧光灯或LED灯；对于室外、厂房和高大车间则可以选择高效气体放电光源，例如金属卤化物灯、高压钠灯等；对于室外路灯也可选用太阳能灯具；井下照明采用防爆荧光灯或防爆LED灯。在照明附件的选择中应该尽量选择性能优良、能耗低的光源用电附件，例如对于气体放电灯一般采用电子触发器，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器。对于气体放电光源如金属卤化物灯、高压钠灯以及在煤矿公共建筑场所内设置的荧光灯，可以选择具有无功补偿的灯具。

合理采用照明控制方式，可以对照明区域进行进一步的细分，增加照明开关的数量，或者使用集中分区控制方式。对于室外照明可采用程序时控、光控、手动控制相结合的方式，对于走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用声光控制方式的节能自熄开关。另外，单相照明负荷要均匀分配到三相网络上，以降低照明系统能耗。

2.5供配电系统的功率因数设计

供配电系统的功率因数对于其能耗有着直接的影响，也就是功率因数越高的供配电系统，其无功功率的消耗越低，节能效果越好。输电线路的线损包括无功功率线损和有功功率线损。要保障设备的运行，有功功率必不可少。变压器、电动机以及灯具中的镇流器都具有电感性，会产生滞后的无功电流。无功功率是一种可以避免的损耗，选择具有较高的功率因数的用电设备，是降低无功功率的一个有效措施，除此之外，采用并联静电电容器是补偿感性无功功率的主要手段。这是由于用电设备中一部分滞后的无功电流会与电容器产生的超前无功电流相互抵消，从而达到提高功率因数的目的。

煤矿企业可以根据实际负荷需要，选择合适的补偿方式，例如低压成组补偿、低压分散补偿、高压集中补偿。可以联合使用低压就地补偿和高压集中补偿，能够取得较好的补偿效果。根据矿井建设规模、负荷分布及电压等级等情况，在矿井主变电所应该设置集中式高压或低压无功补偿装置；地面二级变电所设置自动投切的低压无功补偿装置；采区变电所、综采工作面等可设置就地防爆型无功补偿装置；距离较远的风井及分区工业场地变配电所，应就地设置无功补偿装置；有条件的场合，可采用滤波装置与无功补偿相结合的动态无功补偿及滤波装置。无功补偿的容量必须进行核算，以避免欠补偿和过补偿，补偿后的功率因数应满足有关电能质量标准及节能规范的规定。

3　加强对煤矿电气的节能管理

煤矿企业应该认识到，在企业的能源消耗中，电能消耗所占的比例虽然不大，但是仍然是一种重要的能源消耗。一些煤矿企业长期采用粗放型的管理模式，加之传统矿井具有比较复杂的井下条件，各种设备长期得不到更新，配电点下具有较多的使用成员单位，往往没有对耗能单位的实际耗电量进行有效的分辨与统计。这种情况下，不能对设备何时正常带载或带病运行进行判别，也不能对设备空转进行监控和制止，导致严重的电能浪费。

要实现节能降耗的目的，对矿井内部用电计量要按最小核算单位装设检测计量仪表，对一定功率（50kW及以上）的电机单独配置多功能电压、电流、电能等计量仪表，以便在节能设计的基础上进行相应的节能管理，对节能设计进行有效的落实。因此煤矿企业应该建立电力监测管理系统，从而对电气系统进行严格的计量和科学的管理。该系统能够对全矿供配电系统的运行过程及参数进行有效的记录，一旦发现存在异常的运行参数，可以对其进行自动判别和报警，以免用电设备长期带病运行，发生损坏。而且该系统能够对监测参数进行动态统计，例如用电量、功率因数、视在功率、无功功率、有功功率、电流、电压等。并可对核算单位在任意时段的电参数进行查询和追溯。只有通过科学的计量管理，并构建完整的检测数据系统，才能提高煤矿企业内部的用电管理能力。

4　结语

煤矿企业面临着越来越激烈的市场竞争，如何在下行经济环境中保持稳定的发展，节能降耗是一个关键问题。煤矿企业应该认识到电气节能的重要性，采取有效措施，对煤矿电气系统进行节能设计，有序的降低煤矿电气系统的能源消耗量，不断提高能源的利用率，杜绝电能浪费，降低煤矿企业的总体运行成本，提高煤矿企业的发展内驱力，提高企业内部的现代化管理能力。

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TU85

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2095-2066（2016）26-0287-02

2016-9-2