矿山电气节能技术及其应用分析

司东亚

[摘    要]在矿山电气结构中，选矿电气设备作为其中的一项重要组成部分，工作者做好选矿电气节能技术的应用，有助于矿山生产水平的发展。基于此，本文围绕矿山选矿电气这一矿山设备个体，详细阐述了变压器节能分析、输送机节能分析、电动机节能分析这几项矿山电气节能技术及其应用分析环节，希望能够为矿山生产能耗水平的改善提供助力。

[关键词]矿山电气;节能生产;选矿电气

[中图分类号]TD609[文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）05–00–03

Mine Electrical Energy Saving Technology and Its Application Analysis

Si Dong-ya

[Abstract]The application of electrical energy-saving technology in mineral processing is helpful to the development of mine production level.Based on this， this paper focuses on the mining electrical equipment of mineral processing， describes in detail the analysis of transformer energy-saving， conveyor energy-saving analysis， motor energy-saving analysis of these mining electrical energy-saving technologies and their application analysis links， hoping to provide help for the improvement of energy consumption level of mine production.

[Keywords]mine electricity; energy saving production; mineral processing electricity

自矿山生产电气自动化开始推行以来，矿山生产效率得到了大幅度的提高，但同时，这种电气自动化生产模式也带来了较高的能耗，其中选矿设备作为能耗量占比较高的矿山电气设备，应深入分析针对该电气设备的节能技术及其应用，以寻求更佳的煤矿生产模式，提升矿山电气自动化生产水平，促进煤矿开采技术的发展。

1  分析背景

一般来说，矿山生产施工规模较大、应用电气设备较多，因此，其在生产过程中需要消耗大量能源，以支撑各类电气设备的正常运作，导致自动化的成本过高，影响了自动化矿山生产模式的推广。为此，煤矿生产领域正在积极寻求有效的方法，来降低自动化生产模式的能耗，保证煤矿生产的经济性。但就目前来看，矿山生产过程中，主要的耗能设备为选矿设备，同时，当前常用的选矿设备品牌为AB和西门子，所以可以从AB和西门子品牌的选矿设备个体入手，并通过节能技术，对其进行改造，降低整体自动化生产的能耗水平。在此过程中，根据选矿设备的运行规律可以看出，影响选矿设备能耗水平的主要设备结构为，电力变压器、输送机、电动机，因此，在此次分析探讨中，研究者将这三个部分作为节能技术构建和应用的切入点，并通过分析影响这三个设备结构能耗的因素，设计针对性的节能技术，再予以落实，以期形成一个具有可行性的节能技术应用体系，助力矿山生产水平的发展。

2  分析过程

2.1  选矿电气中变压器部分节能分析

2.1.1  谐波治理节能技术及应用

通常情况下，常规电流为三相对称的正弦交流电，但若其受到外界干扰时，其波形就会偏离标准值，导致电流的畸变，形成谐波。而谐波的出现会使变压器的电容量降低、内部结构升温、电流减小，造成设备的电能利用率降低，形成高能耗的运行状态。为此，研究者根据该项能耗问题，制定了三项谐波治理节能技术措施，即合理化供电方式、强化设备抗谐波干扰能力。在谐波治理技术下，研究者将谐波治理设备设置在了变电站位置，以补偿电力系统供电部分的谐波状态，合理化供电方式。此后，研究者通过进行谐波监测，发现超出允许值的谐波源在井下大巷皮带、副井提升机这两个位置，因此，研究者又在这两处，设置了电容补偿装置，以防止谐波流入电网系统中。此外，研究者还在变压器处设置了外加滤波器，以强化变压器的抗谐波干扰能力，降低谐波对电气设备能耗的影响。

2.1.2  電能质量监控节能技术及应用

在供电过程中，电能的质量在很大程度上决定着能耗的利用率，因此，保证电能质量，是降低选矿设备能耗水平的有效途径。在此过程中，变压器的运行状态作为影响电能质量水平的重要因素，一旦其出现了绝缘损坏、匝间短路等故障，就会造成电能质量的降低，影响选矿设备对电能的利用率，增加设备能耗。为此，研究者采用了电能质量监控节能技术，并在变压器的位置设置了监控传感器，结合配套的监控系统，以监测变压器的运行状态，确保其故障以及异常情况，可以及时得到处理，防止电力资源质量降低所造成的高能耗问题。此外，研究者还制定了相应的巡检措施，来配合监测系统的运行，增强了变压器运行的稳定性，有助于选矿设备运行水平的提升。

2.1.3  负载率协调节能技术及应用

在选矿设备运行中，负载情况的变化是影响变压器运行状态的重要因素，负载过大容易导致变压器发热，影响电力资源的质量，降低设备的能耗利用率，而负载过小，则会导致电压升高引发谐波问题，因此，研究者对最佳的负载率进行了计算，并借助相应的调节措施，保持选矿设备处于合理的负载率状态下，以降低设备能耗，落实该项节能基础。在此过程中，根据物理学公式，已知最佳有功负载率为、无功最佳负载率为，其中Po为铁耗、Pk为铜耗、Qo为变压器空载无功功率、Qk为变压器漏磁功率。同时，在额定运行条件下，Qo=Io%×Se×10-2、=Uk%×Se×10-2，其中，Io%为变压器空载电流百分数、Uk%变压器短路电压百分数，由此可以得出，，因此，最佳的综合负载率为。基于此，在选矿设备的调试中，研究者根据实际变压器参数，先计算出了变压器的最佳综合负载率，然后按照该负载率，来协调各项参数，以确保选矿设备的运行状态，能够满足变压器的节能性运行要求，落实负载率协调节能技术。

2.2  選矿电气中输送机部分节能分析

2.2.1  阻力治理节能技术及应用

在选矿电气输送机部分的运行中，物料与传送带、托辊之间所产生的阻力，需要系统通过消耗更多的能耗才能予以克服。因此，其作为造成输送机部分能耗增加的重要因素，研究者准备先以阻力治理入手，制定相应的节能技术环节，并逐一落实，以降低选矿设备在输送机部分消耗的能源量。在此过程中，根据公式即：

（1）

式（1）中，foi为与带速无关的阻力系数、Ci为与带速有关的阻力系数、qi为不同回程分段中托辊的旋转密度、qd为不同阶段中输送带的线密度，βi为输送机的倾角、Wz为克服基本阻力所耗费功率、Wk为克服回程基本阻力所耗费的功率、Wq为克服倾斜阻力所耗费的功率。经过计算后，研究者得出，传送带克服阻力所耗费的功率量，与带速、运量有关，且载运量相同的情况下，运送速度越高，能耗越大，在功率相同的条件下，运量越大，运送速度越慢，由此可见，运速、运量、功率之间存在相互制约关系。因此，研究者为了在保证机械正常运量的情况下，降低其能耗，适当降低了运送速度，减少了运送阻力，落实了阻力治理节能技术，提升了选矿机械的运行水平。

2.2.2  带宽调节节能技术及应用

经过上述分析，研究者在确定运送速度对阻力大小存在影响之后，又提出了传动带的宽度，可能会与阻力的大小存在关联的假设。为验证该假设，研究者进行了仿真实验，并在其他条件相同的情况下，根据上述阻力的数据模型，计算了不同带宽条件下时，输送机运行阻力值与所需的驱动功率值，结果显示，当带宽为1400 mm时，运行阻力为22424.74 N、所需驱动功率为1121.12 kW，当带宽为1600 mm时，运行阻力为22624.74 N、所需驱动功率为1231.5 kW，当带宽为1800 mm时，运行阻力为23024.74 N、所需驱动功率为1309.24 kW，由此可见，带宽越大阻力越大，驱动功率耗费越大，因此，为了落实节能技术，研究者根据物料的大小，适当缩短了运输带的宽度，以降低选矿电气设备在运输功能方面能耗。

2.2.3  覆盖层优化节能技术及应用

通常情况下，选矿设备运输机部分的运输带下方通常会设有一个覆盖层，以缓冲上层物料重量对传送装置的压力。当前所用的覆盖层材料均为粘性材料，这部分材料虽然具有一定的装置保护作用，但其在发生形变之后，通常难以有效进行反弹，导致传统装置因受到物料的压迫，而需要承受更大的阻力，造成了功率的消耗，影响选矿设备的节能性。为此，研究者引入了新型复合材料，确保覆盖层具备足够的回弹能力，减少了运输过程中的阻力，降低了运输机部分的能耗水平。

2.3  选矿电气中电动机部分节能分析

2.3.1  电容补偿技能技术及应用

在选矿设备的内部结构中，电动机是为设备提供驱动力的主要装置，当前大多数选矿设备的电动机均为异步电动机，该电动机具有稳定性、可靠性强的特质，但由于其为电磁感应转换型的装置，所以一旦其负载的配套不合理，就会使其在绝大部分工作时间内，均处于空载、轻载状态，降低了电力资源的利用率，导致设备的能耗增加。为此，研究者采用了电容集中补偿技术，减少了供电线路中的无功损耗，全面提升了变频电动机的功率因素，达到了节能的效果。

2.3.2  电动机结构改造节能技术及应用

在选矿设备电动机结构方面，研究者经过观察发现，当选矿设备处于不同的矿山工况下，其电动机结构基本不变，使得设备在部分工况下，对能耗的利用率不高，形成了能源浪费的情况，不利于节能技术的落实。为此，研究者根据实际工况，对设备的电动机结构进行了改造，同时，加入了一些新材料和新技术。此外，研究者发现该电动机的润滑油存在劣化问题，所以在改造电动机结构期间，又重新对电动机进行了润滑油保养处理，减少了其结构内部的运行阻力，提高了电动机的能耗利用率，实现了矿山选矿电气节能技术。

2.3.3  调速节能技术及应用

在选矿设备的运行中，电动机的负载通常一直处于变化状态，但其运行速度却为恒定速度，导致其运动能效不高，形成了能耗浪费的现象。为此，研究者对电动机结构中设置了变频器，构建了一个变频调速式电动机，以提高选矿设备对能耗的利用率。但经过一段时间使用后，研究者发现变频器很容易出现故障，且维修比较费力，因此，研究者将变频器移除，并为电机安装了调压装置，以通过为电机提供变化的电压，来调整其运行速度，确保其在运行速度上能够与负载相匹配，提高了选矿设备的能源利用率，增强了矿山电气节能技术的落实效果。

3  结果论述

待到上述各项矿山选矿设备的节能技术环节依次落实应用之后，研究者针对设备运行状态进行了观察。观察结果显示，设备的生产力依然保持之前的水平，但其能耗量大幅度降低，呈现出了明显的经济性运行优势。此后，研究者又经过一段长时间的观察，发现在上述的节能技术体系背景下，工作者通过采取正常的维护保养措施，即可有效防止选矿设备的运行故障，同时，其中各项经过技术改造的设备装置，也无需特别的维护，就能够保证良好的运行状态，因此，上述节能技术的应用在后期的设备运行中不存在额外的资金、能源消耗，由此可见，上述矿山电气节能技术具有较高的可行性。

4  结语

综上所述，通过将针对矿山选矿电气设备各部分的节能技术，进行集成化落实，能够有效降低矿山电气能耗水平。在此过程中，研究者借助各项技能技术，对矿山选矿电气设备的各主要耗能部分进行了改造，并通过实践应用进行了技术可行性验证，发现集成化的节能技术，在改善矿山电气能耗方面具有较高的可行性。

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