节能技术在煤矿电力系统中的应用

李艳秋

（新汶矿业集团（伊犁）能源开发有限责任公司一矿，新疆伊犁 835300）

0 引言

煤矿企业在解决电量损耗问题上，要根据企业实际情况，不断拓宽节能技术的应用范围。能源紧缺问题不及时解决，就无法提升企业的经济效益，无法带动社会经济发展。结合科学技术手段，运用节能技术可以使煤矿电力系统发挥节能效果，有效解决电力损耗问题，通过节能技术应用实现节能降耗目标，降低企业用电成本，使企业在信息化背景下实现智能升级。在煤矿电力系统中，有效运用节能技术能帮助煤矿企业实现节能化管理，节省电力开支，提高供电利用率。通过改造电控系统、全变频调速改造低压电机、应用全自动无塔变频供水装置、升级运输系统智能技术，整体实现节能技术的应用，提高节电效率，减少电能损耗。

1 节能技术在煤矿电力系统中的重要性

在煤矿电力系统中，煤矿企业主要的电量损耗通常体现在以下几个方面：通风系统占19%、提升系统占15%、压风系统占11%、排水系统占5%、井下生产系统占40%、地面生产及办公占10%。以上数据以小规模矿井为例进行统计。如果是大型矿井，在电力系统中产生的消耗将会更大，为企业带来更大的经济压力，在应用节能技术方面也会存在一定的工作压力。

如果电能损耗，就会让煤矿企业遭受极大的经济损失，可以通过提升管理手段、管理能力进行改善。技术线损电量是由于电能设备短路、电能设备线路阻抗情况的发生造成电能损耗，也被称为空载损耗。只有煤矿企业将系统设备进行节能升级，才能有效改善目前的损耗现象。真正节能技术在煤矿电力系统中的应用则可以深入电力系统的各个层面，综合、全面实现电力系统节能改造，从而达到智能化的节能管理效果，增强煤矿电力系统的功能性和智能性，避免后期再因为同类事件的发生而导致电力损耗问题，彻底解决电量损耗问题。在初期设计阶段，做好负荷规划，降低三相不平衡度，线损要通过额定载流量校验，必要时提高一级导线截面，降低压降损失，投入低压动态无功补偿，提高功率因数[1]。

深入贯彻落实《中华人民共和国节约能源法》，真正将其执行到煤矿电力系统应用的各个环节，并全面施行《工业节能管理办法》（工业和信息化部令第33 号），根据煤矿电力系统的运行情况加快高效节能变压器的推广和应用，提升能源资源利用效率。推动绿色低碳和高质量发展，工业和信息化部办公厅、市场监管总局办公厅、国家能源局综合司关于印发《变压器能效提升计划（2021-2023 年）》的通知，逐步更换电力设备，执行GB18613-2020 电动机能效限定值及能效等级和GB20052-2020 电力变压器能效限定值及能效等级标准。切实提升煤矿电力系统能源资源利用效率，推动绿色低碳和高质量发展。

2 节能技术在煤矿电力系统中的应用措施

2.1 改造电控系统

煤矿电力系统要达到节能效果，需应用节能技术实现节能目标。通过改造电控系统提升电控系统自动化水平，通过节能技术提升设备运行可靠性，保证运行速度，实现节能效果。目前，在煤矿企业自动化发展过程中，要以实现快速升级、减少系统故障率、提升自动化运行效果、保证经济效益为工作方向，增强企业发展实力。工作中出现电控系统故障会影响工作掘进速度，系统改造可以改善目前的问题和状况，增强稳定性，降低人员维修成本，提升掘进速度和效率。提升机的运行速度偏差是由于提升质量的波动而造成的。如果要延长设备使用年限，就要解决此类问题，避免因速度波动大而让设备脱轨，影响正常生产。设备稳定运行才能满足生产需求，通过改造电控系统使人机交互得以实现。

运用高性能数值控制技术对逆变器进行控制，实现直交网络拓扑结构。采用PLC 调速使电控系统全自动化运行。在运行设备期间，要进行参数监测，减少电网谐波污染，提升整流控制效果，让能量进行双向流动。矿井中用直流调速方法会产生大量谐波，若问题不能解决，就会影响系统稳定性。如采用交流变频调控，就能降低谐波产生概率，保护控制器件，提升工作效能。把脉冲电流器与电机定子并联，或者以独立电子供电形式提高工作性能。直交网络拓扑结构既简单又可靠，功率因数较高，频率调控范围广泛。

运用4 个功率器件就可以输出3 个电平，在同等电压下，降低了器件所承受的电压，功率器件可以稳定发挥作用。运用双馈转子变频，可以通过电机定子、转子的阻绕和电源连接，实现逐个输入、输出功率的功能，可以稳定电流、电压，保证系统电力需求，降低谐波产生概率，提升工作效率。双馈变频调节能实时调控功率，稳定输出，减少冲击力，节省设备爬行时间。同时，矢量控制有利于提升机速度，实现精准调控，降低人工操作难度，避免提升机速度波动所带来的不良后果。完善电控系统，促进提升机速度与额定速度相吻合，能有效确保系统安全。通过煤矿企业电控系统改造提升系统速度，降低故障率，保证煤矿企业安全、高效生产，起到节能作用[2]。

2.2 全变频调速改造低压电机

在煤矿电力系统节能技术应用过程中，要根据实际的设备情况，合理将变频调速设备应用于机电设备控制模式升级改造中，使电机拖动系统运行，电能实现有效的效率转换。解决目前设备控制能力不足的问题，有效节约电能资源，延长设备使用寿命，实现节能增效的目的。煤矿企业中，应用节能技术要保证煤矿企业的经济效益，达到一定的节能效果，利用全变频调速改造低压电机。能有效起到节能作用。直流调速系统节能效果不如交流电机，交流电机具有维护简单、结构合理、费用低等特性，它与直流调速类似，更符合煤矿企业的实际生产和节能需求。随着变频调速发展速度的提升，会逐渐取代直流调速系统。交流电机变频技术在发达国家的应用比例已超过了70%，同时也产生了极为明显的节能效果。

近年来，国外的电力电子技术所产生的节能比例在20%以上，而我国电力电子技术实际节能比例仅占6%。通过变频技术的应用，能发挥交流电机在煤矿电力系统中的节能作用，与电梯调速经验类似，形成更加科学的节能效果。煤矿企业电力系统节能增效的快速实现符合煤矿企业长远规划和未来发展需求。在全变频调速改造低压电机过程中，可以运用交流转子串电阻调速实现节能技术的应用。例如，一处地面工作设备电机工作电压为380V，功率为125kW，采用转子串电阻设计方式进行调速。通过全变频改造后保留原系统，双系统互为备用。通过检测发现，在原基础上节能率为25%以上，不仅降低了维修费用，同时还具有极好的节能效果。

变频调速对于局部通风机、泵类等设备也能实现升级改造，让矿井下大功率机电设备更好地实现工作效能转换，减少电能损耗，体现变频调速的节能作用。变频调速改造不会影响电机的工作，在启动时冲击电流较小，可以有效实现节能作用，合理化地进行供电系统精确调度。对单母线双电源的供电器进行技术改造，用单台配电变压器或两台配电变压器实现并列运行。一台变压器可以满足正常的用电需求，而工程扩建需要大量的电力，这时需要加配电变压器实现同时运行，加大电力输出。

灵活规划供电系统，增强了工作中的灵活性和可靠性，保证了供电效果的同时，还实现了节能增效，提高了工作效率。配电变压器处于5%电压下，就会增加5%～15%的线损，如果处于10%的电压下，线损会增加到50%。在过电压运行工况期间还会增加空载流量，这种情况会让配电变压器老化速度加快。无功损耗量增加会导致变压器寿命缩短，既不科学也不合理。因此，通过节能技术的运用才能合理使用变压器，科学、安全地减少电能损耗，提升经济效益，实现最大的利益效果。通过变频调速改造能实现设备升级，延长设备使用年限，提升企业经济效益[3]。

2.3 全自动无塔变频供水装置

煤矿企业通常离市区较为偏远，并设有矿区工人村。矿区工人村要有独立物业管理体系保证工人的日常生活需求。煤矿电力系统也包括工人村的电力供应，也需要将节能技术应用到工人村的电力系统中。全自动无塔变频供水装置既能保证矿区工人村用水需求，还能有效解决电能的浪费问题。矿区工人村采用定时供水制，规定时间段供水，用户日常存水，保证生活需求。

一方面，在实际操作中，很多地方有长流水现象，导致水源和电能的浪费；另一方面，为保证水压而使用大功率的电机和水泵，会造成设备资源浪费。全自动无塔变频供水装置投资小、自动化效率高，既能降低设备电力损耗，减少经济成本，同时还能实现节水节能的目的，是解决目前问题的有效措施。

实例证明，自改造后，某矿区工人村节约了10%的水资源和15%以上的电能，同时还实现了全天候供水，极大改善了居民的生活，既保证了煤矿的经济效益，还产生了极大的社会反响。要将节能技术应用于煤矿电力系统中，就要在各个方面进行应用，引进适用于煤矿的节能技术。比如，在绿色照明计划中，要不断增强科技性，开发节能光源灯具，充分应用低成本、低污染、高性能的节能工具。煤矿井下使用节能灯具，以百万吨矿井生产照明需求量计算，通过应用节能技术，可以节约15%的电量。我国原煤产量已超40 亿吨，按每年节约电量8000 万千瓦时，是极为可观的数字。电子技术发展能促进节能技术的应用，在煤矿企业生产中达到综合节能15%的效果，实现节能增效目标。助力企业发展壮大，效益持续增长，达到节能环保的目的[4]。

2.4 运输系统智能技术

自2020 年3 月国家下发有关煤矿智能化发展意见以来，全国陆续开始煤矿智能化建设，形成了智能控制技术近35 项。通过成熟的技术，我国煤矿达到了初级智能化水平。矿山运输系统要实现智能化，就要在驱动系统、控制系统、运维系统、驾驶系统方面进行设计改造。实现无人运输、井下电机车无人驾驶，通过智能驱动控制运维达到矿山运输装备智能化效果，实现节能增效的目的[5]。矿山运输驱动系统的效率会影响整机运行效率，智能化技术的应用能解决实际问题，提高智能化水平。

可以通过永磁变频驱动等新方式升级提升工作效率。变频驱动具有较高的智能化特点，实现智能化控制能有效提升传输效率，相对传统异步驱动技术有更高的可行性。永磁变频驱动技术在各行业中的应用产生了很好的反馈效果。例如，将永磁变频驱动技术应用于矿山运输装备升级，可以充分发挥其特性，满足低速重载驱动需求，提升矿山运输装备的工作效率。

同时，考虑到设置减速装置，也可运用永磁变频直驱和半直驱系统的设置来满足工作需求。永磁变频直驱技术在带式输送机中的表现非常优秀，应用非常广泛。煤矿企业运用带式输送机能实现长距离输送，节约电能成本。运用双闭环矢量控制、多机协调控制以及柔性重载启动等智能型的控制策略，提升煤矿电力系统的管理效果，实现节能增效的目的。

煤矿电力系统中，节能技术包含直线电机磁悬浮驱动技术、矿用混合动力驱动技术、摩擦驱动式运输装备自动张紧技术人等，矿山运输装备智能化控制技术中的智能启动、智能调速、智能制动、带式输送机协同控制、多电机功率平衡控制等方面。同时，矿山运输装备智能化运维技术包括在线监测、智能诊断、智能巡检机器人等技术，矿山运输车辆无人驾驶技术包括井下电机无人驾驶技术、无轨胶轮车、无人驾驶技术等。智慧矿山通过智能技术、节能技术的运用，产生智能化效果，实现安全可靠、高效、节能的系统优势[6]。通过视频图像自主控制、高清摄像装置、无轨运输机器人、分级破碎、仿生分拣等，充分展现智能化的技术在煤矿企业的应用优势。煤矿电力系统实现智能化发展与升级，既体现出节能的实际效果，又能减少人员成本，在节能增效上起到直接的推动作用[7]。

3 结语

节能技术在煤矿电力系统中的应用，既使煤矿企业实现了经济增长，还能在节能增效上收获丰富经验。未来的煤矿企业发展，需要高科技节能技术的支持，在国家政策的引领下，逐步向智能化发展。运用智能化节能技术全面提高煤矿企业的发展速度，提升工作效率，降低企业运营管理成本。节能技术应用于煤矿企业电力系统及各领域，是保障企业稳定发展、增强经济效益、快速实现节能目标的必然选择。