矿山生产中电气自动化的节能设计技术探索

陈光远

（河钢集团司家营研山铁矿，河北 唐山 063701）

自改革开放以来，我国的工业和国民经济得到了快速的发展，对于各类资源的需求量不断上升，在矿物质开采时，如果能够建设全自动化的智慧矿山生产体系，将会极大地提高开采效率，还能更好地保证矿山作业时的安全性。自十八大以来，党和国家再将强调了绿色发展观的概念，绿色矿山成为了新的关注点，也是目前的矿业所必需要面对的问题。所以，矿山的自动化建设对矿山的未来发展具有十分重要的应用意义[1]。

1 矿山自动化设备的重要意义

首先，开采作业的全面实时监控。在矿山自动化体系中，电气技术和信息技术的结合是最为直接有效的手段，电气自动化技术与信息技术的融合可以让整个矿山的开采工作达到一个新的技术高度。比如在日常的开采作业中，通过信息技术和远程监控技术，可以对开采的整个过程实施全面的监控。现代化的矿山开采技术，是多个领域技术的结合，先进的监控体系和定位技术可以让开采作业得到更多的安全保障，通过矿山自动化设备来实现矿山工艺设备的电气自动化控制，让整个矿山的各个角度都得到有效的监控，快速精准地发现险情和问题，从技术的角度来保证矿山开采的整体效率。其次，有效预防安全事故的发生。在矿山开采中，安全始终是要放在第一位的，每一个矿山都有严格的安全防范制度，但是在实际的作业过程中，会出现不按规格开采的情况，如果可以用监控体系来加以管理，就可以有效地防止这些情况的发生，将监控管理人员发现矿工在开采的过程中存在安全方面的隐患时，就可以及时地加以纠正和制止，能够有效的预防安全事故的出现。自动化技术最基本的特点是自动化和先进性，自动化是指在较少人工干预的情况下，机械可以自主地完成一些复杂的开采任务，机械的行为是由计算机控制，通过自动化机械来代替人工开采不仅能够提高效率，减少人工投入，还能极大地提升生产时的安全系数[2-5]。

2 自动化技术在矿山生产中的应用

2.1 在提升设备中的应用

在矿山内部开采完矿物之后，都需要由提升设备来将矿物运输到井上，可以说提升设备是连接矿井上下的重要中间体，如果可以提高提升设备的安全性和效率，就可以较为直接地提升生产效率。在现代化的提升机中，其控制系统和监控系统是相对独立的，并且在人工智能的干预下，控制系统的自我学习功能也会让提升机有自我诊断。对于自动化技术下的提升机来说，其工业关注度和业内认可度都很高，应用前景十分广阔。

2.2 在装卸矿过程中的应用

矿物在开采之后需要进行装卸运输，在装卸的过程中，一是要保障工作人员的安全，二是要提升工作效率和工作质量，自动化装卸可以更好地控制装卸过程，将人为的错误因素降到最低，从客观上来说可以提升装卸作业的效率和质量。随着大型机械以自动化机械的发展，叉车、铲车等工具变得更加智能化，装卸工程对于人工的依赖度也快速下降，在矿山自动化设备中，装卸设备占据着非常重要的地位，装卸设备自动化使得装卸工作更加快速安全，节省了大量的人力资源和成本支出。

2.3 在检测活动中的应用

在检测活动中，井下人员的作业情况和出勤情况都在考察范围之内，并且为了充分保障安全作业。在自动化技术中的动态目标监控定位系统中，通过通信技术等多项技术的使用，可以实现全自动化的控制，包括对图像进行实时的采集和通信，对于车辆等设备的自动化监测控制等，可以实时掌握人员及车辆的位置信息，便于调控。

3 矿山电气自动化节能设计原则

3.1 安全性

电气自动化工程开展过程中，电气设备的安全运行是非常关键的，这不仅仅是为了更好的完成节能，在很大程度上也关系着生产作业的安全性，因此要将电气自动化的相关技能设计应用在实际的电气自动化工程中，一定要保证相关节能设计的安全性，这样才能更好的保证矿山电气自动化工程的有效运行。首先从材料来说，矿山电气自动化节能设计中所应用的相关材料要有相应的安全标准其次，在相关设计应用过程中要进行安全检测，避免其中出现问题，影响最终的电气自动化工程质量。

3.2 先进性

当前科学技术的不断进步与发展越来越多，新的节能设备和技术涌现出来，在很大程度上推动了我国当前矿山电气自动化工程的发展。因而在相关节能设计的应用过程中，也要尽可能结合实际情况，引进相对先进的节能技术，保证相关节能设计走在行业前端，保证最终电气工程节能效果可以最大化实现。

3.3 可持续性

新时期，我国重点强调实施可持续发展理念，为了与时代发展相适应，矿山电气工程自动化设计也需要以可持续性为原则。这就需要从长远的角度进行考虑，并树立节能观念，最大限度降低能源的消耗，以便为企业长远发展奠定基础。

3.4 优化性原则

对矿山电气自动化设计的目的进行分析，主要体现在对相关功能的优化之上。具体地，在对电气设备进行优化处理时，相关人员需要严格做好对设备的实时检测、查看以及分析与应对工作，针对当前在运行上表现出一定劣势的老旧设备，做好更换工作，或是通过科学而又合理的维修，达到对设备的优化处理目的。如果矿山电气设备的老旧程度太高，必须用新的、表现出更加优异性能的设备将其替换，以此避免由于老旧设备运行不当或效率太低导致的能源浪费现象的发生。总得来说，优化处理与替换可以促进矿山企业工作效率的有效提升，助力自动化节能目标的实现。

3.5 创新环保原则

为了更好地与城市的发展相适应，矿山电气自动化应在设计技术的应用上紧紧贴合时代的发展及变化，不仅在技术的研发上追求创新性，还要在技术应用上彰显节能环保理念。因此，矿山电气自动化工程节能技术设计人员应在设计工作的开展过程中尝试运用各种新技术，使用那些可以切实优化设备运行技能、提高其运行效率的技术。

举例而言，在矿山电气自动化工程的照明系统中，采用的传统照明设备及技术需要借助于电力系统的支持而发出光亮，但是在现如今，通过采取对相应创新手段，可以应用太阳能这一新能源，白天对太阳能能量的吸收及储存操作，并经过相应的处理将这些能量转化为照明所需的电能，到了晚上，便可以不以直接的电力供应为支撑很好地达到照明的目的，总得来说，这种技术手段及方法的采用不仅可以满足创新要求，还十分得环保。

4 实现电气工程自动化的节能设计技术的策略

4.1 合理选择变压器

变压器在矿山电气节能体系中起到重要作用，理论上变压器不仅能够承担较重的供电任务，同时自身在运行过程中也会产生显著的运行成本。控制变压器运行成本、降低变压器运行过程中的能量消耗同样体现矿山电气的节能理念。企业在选择变压器的过程中要考虑到诸多性能因素以及变压器的使用成本，部分变压器在初期使用成本方面具有一定优势，自身容量性能也能够满足设备使用需求，但是在后续使用过程中的节能与成本控制效果并不理想。由此可见企业选择变压器时要秉承全周期思想，通盘考虑变压器整个使用周期中的运行、保养等多个环节，综合计算矿山电气使用的全部成本，从而达到控制变压器运行成本的效果。若企业生产模式耗能较高，则应当选择环保型变压器，尽量减少变压器使用过程中的能量消耗并达到节能效果。另外企业矿山生产体系中往往配置有多台各种型号的变压器，不同变压器的服役时间、工作时间各异，因此变压器当前的状态也是不同的。企业应当建立对现有变压器设备的完整台账，对使用时间较长的变压器进行必要的技术改造，从而发挥变压器在矿山电气节能体系中的潜力，充分发挥变压器在矿山电气体系中的作用[6]。

4.2 提升AVC系统性能

在电网中，AVC系统指的是电网的自动电压无功控制，其能够保证电能质量、输电效率，降低网络损耗，使供电系统稳定、经济地运行。因此，如果对该系统稍加改动，即可提升电网的节能运行性能。而目前我国的AVC系统缺乏全局运行的监视、系统数据太多人工处理麻烦，使得工作效率低等问题。所以要想发展AVC系统则需要改进系统的界面，使得数据更加直观；提升AVC系统的分析功能，使其达到人工智能的水平，能在不断的分析结果中不断学习，从而达到精确的自我分析来帮助工作人员判断。

4.3 更换线路传输

线路中的传输损耗主要由导体发热产生。而导体发热的主要原因是由于电阻阻值偏大，导致流过的电能被转化为了热能，因此只要合理降低传输线路上导体的电阻即可降低损耗。降低导体的电阻，一般可以采用适当增大导体截面积的方法。目前在我国的配电网中，部分线路还存在着导体截面小、线路老化、线损率较大的情况。此外，配电网中的变压器也存在基本参数偏大的情况。所以，应更换老化的设备与高能耗的线路和变压器，还要加强建设出更加合理的电网结构。

4.4 实现节能设计控制

电气行业会随着时代科学技术的发展而产生新的突破，所以，实现节能设计控制也是电气行业发展的必然现象。目前，在我国的一些电气工程中，已经实现了部分节能设计化。但是，由于一些地区经济落后，所以在电气工程节能设计化设计上，没有进行较多的投入，所以整体的节能设计化发展受到了一定程度上的制约，未能实现全部节能设计化。不过，由于我国科学发展十分迅速，相信不久后，节能设计化的范围就会被不断扩大，而且节能设计化的应用也会不断地被普及。

4.5 优化节能设计方案

在对电气工程进行相关节能设计的过程中，涉及的方面较为宽泛，而且整个操作的过程十分复杂，这就要求相关的电气设计人员拥有非常足够的设计经验以及专业能力，才能够对电气节能方面的相关内容进行十足的掌握，按照国家规定的规范和原则进行科学合理的设计。这使得电气工程最终呈现出来的效果符合国家标准，而且在性能以及外观上都得到一定程度上的保障。在我国以前的传统设计中，主要是依靠人工来实现电气工程的整体设计，所以在进行设计的过程中需要大量的成本，进行人力的投入，而且人工操作难免会产生误差，不同设计人员之间也难以实现完美配合。所以，在设计过程中经常会出现问题，由此我国传统电气设计质量相对较低。但是，随着信息化技术的不断发展，在现阶段，设计人员已经能够成功地采用CAD技术，对相关的设计进行科学的优化和统筹，在一定程度上，缩短设计周期，而且也能够为设计质量提供保障。在进行设计的过程中，遗传算法是较常用的，这种算法在先进性、实用性以及高效性上都有较为优异的表现。

4.6 应用有源滤波器

信息设备应用过程中很容易出现滤波，从而使得设备的使用性能受到一定影响，甚至会造成设备质量的损伤，造成资源浪费。而利用有源滤波器就可以从根源上消除滤波，从而降低能源损耗，是在节能设计的过程中，也可以通过应用有源滤波器来降低能源损耗。

4.7 电气自动化工程中电力电缆的节能设计

作为输配电系统中非常重要的组成部分之一，电力电缆是构成了工程施工建设的一项主要成本，且费用支出非常大，而要想做好后期电力电缆的维护工作，同样需要投入很高的费用。因此，在应用电力电缆时，应与电流密度、线缆本身所具有的强度等相关指标相结合，做好电缆截面的设计工作。通常，电缆材质以钢、铝为主，由于受到电缆自身特性的束缚，其可选择范围比较小[7,8]。

在电缆的选择时，应将成本作为重要的考虑因素之一，在节能性以及安全性的基础上进行选择，以这两个指标为考虑视角，钢材电缆无论是在使用安全性上，还是节能性上，均明显优于铝材电缆。相较而言，铜电缆截面要宽于钢电缆与铝电缆，到底选用哪种材质的电缆，需要与电气自动化工程的实际施工环境相结合，从整体层面上考虑，目前铜电缆的应用率要更高一些。

4.8 节能环保机制

电气自动化控制技术的应用不仅能提升工艺流程的智能化水平，还能为顺利开展节能环保工作提供支持，从而维持综合应用效率。特别是在冶炼等环境污染性较大的产业体系中，电气自动化控制技术能够发挥重要作用。在实际冶炼生产过程中会产生较多的废料和废渣，这不仅会对环境产生影响，还会制约整个行业的环保发展，因此匹配电气自动化控制技术以建立对应的环保冶炼模型势在必行。在冶炼过程中应用电气自动化控制技术主要是借助该技术监督整个过程，并实时检测分析工艺流程结束后产生的废物，跟踪监管可以重复回收利用的金属材料，之后应用对应技术和检测系统回传相关信息，然后由控制中心在获取信号后完成二次冶炼。对于不能重复利用的废渣废料则统一收集处理，从而在一定程度上减少污染物的排放量，为环境管理工作的全面优化提供支持。

另外，在冶炼工业废水处理环节中应用电气自动化控制技术也具有一定的应用优势，功能主要是监督大功率电气控制设备，并配合使用恒波检测装置及时汇总废水的相关信息。若有害物质超标，它能直接操作自动化控制器完成废渣的过滤处理，从而提升环保质量，避免严重的环境污染影响行业的可持续发展。

5 电气自动化工程中节能技术的改进方向

为了强化电气自动化系统运行能力，有效地降低电气自动化系统能源消耗，需要做好节能技术的创新与改进工作。其一，应针对性地改造节能技术。举例而言，设计人员可以通过对发动机性能的优化达到降低发动机耗电量的目的，以此实现对节能要求的有效满足；可借鉴国外优秀节能经验，对性能更加优异的发动机进行科学且合理的设计，这又进一步要求对各个时期用电情况进行调节，通过对设备使用功率的降低达到合理用电以及合理分配电力资源的目的，以此强化电力资源系统运行能力。其二，应对手动等方式加以采用提高电气设备运行工作效率。可以在人工操作的支持下对个人与单位之间的用电需求加以平衡，以此提升电气自动化系统运行效率，对此，又需充分考虑，采用科学且合理的办法，提升电气自动化节能水平。举例而言，为了达到用户用电效率的提高目标，以满足生产相关要求为前提，采用微型电机加以，以此保证电气设备运行效率，并达到节约用电目标。微型电机应具有自动变频控制功能，这可以确保发动机在一个较小用电负荷下表现出较高的功率。上述方法无需增加校正设备，并不会增加投资，且成本效益理想，能够借助于手动支持实现系统功率因素的增加。

6 结论

总之，随着我国现代技术的不断发展，矿山生产中的电气工程都在运用节能技术进行生产以节约人力物力财力，帮助企业高效快捷地进行生产并且节约资源。我国技术发展水平的飞速成长，我国电气行业的技术设备的完善，为以后矿山生产中电气自动化的发展奠定了重要的基础，为电气的安全性通过科学合理的方法做出了保障，提升了矿山电气工程自动化及其节能技术在我国电气行业的地位。