摘要：煤矿企业为降低生产能耗，必须合理高效地运用煤矿电气设备节能技术，这样即能降低开采过程中的电能损耗，而且还能够有效地改良环境。因此本文从供电线路的节能、降低电网有功损耗、合理选择变压器，提高矿井负荷功率因数四个方面简述了煤矿电气节能设计。
关键词：煤矿、电气、节能、设计
当前，我国经济发展进入新常态，产业结构优化明显加快，能源消费增速放缓，资源性、高耗能、高排放产业发展逐渐衰减。但随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级，我国能源需求刚性增长，节能减排依然形势严峻、任务艰巨。煤炭原来作为我国工业能源支柱产业，尽管在去产能、调结构中“关、停、并、转”了大部分煤矿，但煤炭仍然是工业能源不可缺少的产业，煤矿在今后相当长时期内依然存在。为了认真贯彻落实国务院《"十三五"节能减排综合工作方案》，充分认识"十三五"节能减排工作的重要性和紧迫性，如何在煤矿生产过程中，实现节能、减排，降低运行成本，提高经济效益，是保证煤矿绿色健康发展的重要途径之一，煤矿电气系统节能设计显得尤为重要。
1 供电线路的节能
合理选择供电线路，降低供电线路损耗，达到节能目的。电能在传输过程中，由于供电线路具有一定的电阻，会产生电能损耗，电能损耗与线路电阻成正比，而线路电阻与输电导线的长度、导线的电阻率成正比，与导线的截面成反比。因此在进行供电线路设计时，供电变压器应尽量靠近设备负荷中心，缩短供电距离；在敷设供电线路，尽可能采用直线布线，最大限度地使缩短导线长度；选用导电率较好的材质导线，一般选用铜芯材质导线；在满足导线载流量和电压损失符合要求的情况下，按经济电流密度选用截面较大的导线。
2 降低电网有功损耗
在电气系统中，线路和变压器绕组中的铜损是主要的，约占总损耗80％～85％，铁损是次要的，约占总损耗15％～20％，所以，降低电力系统的铜耗具有重要意义。电力系统中功率和电能的损耗可用下式计算:
△P=3I2R=（S2 /U2 ）R （kw）
△A=（S2 /U2 ）RT (kwh）
式中：R—每相电阻 Ω
S—最大负荷视在功率 kvA
U¬—运行电压 kv
T—年最大负荷利用小时数 h
由上式可知，电力系统中，铜损与运行电压的平方成反比，提高运行电压的5％时，线路和绕组中的铜耗可降低9％，因此适当提高电网电压，可降低电网的电能损耗。在实际应用中，将变压器输出端分接头调在＋5％的档位上，将输出电压提高5％。对于电网电压波动大、负荷终端距离供电变压器距离较远而造成远端供电电压不足时，采用在变压器输出端装置OB型交流电压补偿器，将远距离供电负载处的电压补偿到额定电压的±5％，保证动力设备在正常电压下运行。
3 合理选择变压器，使变压器在经济状态下运行
3.1选用节能型变压器
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。由于现有煤矿所使用的变压器，大部分为S9型变压器，有的甚至为S7型变压器，受传统的生产工艺和结构的制约，变压器的能耗较高，而现生产的S11型节能变压器，采用卷铁芯结构，改变了传统的叠片式铁芯结构，空载电流减少了60％～80％，空载损耗降低了20％～35％，提高了功率因数，降低了电网损耗，改善了电网供电质量。因此选用或更新S11型节能变压器，能达到较好的节能效果。
3.2 合理配置变压器的负荷率，达到节能目的。
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变压器的有功损耗由空载损耗和负载损耗两部分组成的，其中空载损耗主要是铁损，是一个常数，负载损耗主要是铜损，是随负荷变化而变化，与变压器负荷率的平方成正比，负荷率赿大，变压器的铜损赿高，即：
△P=P0+Pf= P0+ Pkβ2
式中：△P—有功损耗 kw
P0¬¬—变压器的空载损耗 kw
Pf—变压器的负载损耗 kw
Pk—变压器的额定负载损耗 kw
β—变压器负荷率。
当变压器的负荷率等于0.6时，变压器效率最高，处于最佳经济运行状态。但是，电力部门在收取基本电费时，以变压器的容量为基数，按每KVA的一定比值收取，其收费标准各地区不同，变压器容量赿大，基本电费赿高。所以，在选择变压器时，不但要考虑降低变压器负荷率，保证变压器处于经济运行状态，又要考虑基本电费的支出，尽量提升变压器的负荷率，减少变压器容量。一般选取矿井主变压器时，其容量是作为基本电费支出依据，变压器的负荷率控制在0.75～0.8左右为宜，不作为矿井基本电费支出依据的局部变压器，负荷率控制在0.6～0.65左右为宜。
4 提高矿井负荷功率因数
在煤矿企业中，由于大量使用了交流感应电动机及变压器，矿井电网功率因数降低，自然功率因数通常在0.65～0.8之间，无法达到电力部门功率因数不低于0.9之规定，往往会受到电力部门的处罚，如何提高矿井负荷功率因数，降低电力系统的电能损耗和电压损失，保证矿井供电质量，也是我们矿井供电设计中必须考虑的问题。
提高负荷功率因数主要有下述三种方法：
（1）自然补偿法
合理选择和使用电动机，且尽量选用鼠笼式电动机，使其经常在满载或接近满载的情况下运行，以提高电动机运行时功率因数；合理调节负荷，避免变压器空载或轻载运行；对于动力较大（250kw）的电动机械，采用同步电动机拖动。
（2）人工补偿法
采用电容器进行无功补偿，以提高矿井负荷功率因数。电容器无功补偿一般采用集中补偿和分散补偿相结合方式。集中补偿即在矿井变电所高压配电母线上装置无功自动补偿装置，用来补偿电网中频繁波动的无功功率，拟制谐波，稳定电压，提高电网的功率因数，改善高压配电网的供电质量和使用效率。在低压配电房、井下中央变电所等负荷大、距离远的场所，设置分散补偿装置，对于系统中大容量、稳定运行的电动机，则采用个别补偿方式，以提高矿井功率因数。对于部分矿井原来装置的机械式并联电抗器、投切电容器的无功补偿方式，因需人工手动切换，不适应矿井负荷变化，管理难度大，往往会造成少补或过补现象，而达不到无功补偿目的，应对无功补偿装置进行改造，改为自动补偿装置。
（3）电动机采用变频调速控制技术
由于异步电动机在启动时，转差率S接近1，转差大，无功功率大，功率因数低； 在额定转速运行时，转差率S接近0，转差小，无功功率小，功率因数高；而采用变频器启动电机时，输出频率低，使电动机转差在额定转差范围内，保证电动机始终工作在高功率因数状态。所以，电动机采用变频控制，能提高电动机运行的功率因数，从而使用系统功率因数提高。
5 结束语
矿井在实际生产过程中，合理配置供电线路，降低供电线路损耗；适当提高电网运行电压，降低电网的电能损耗；选择节能型变压器，合理配置变压器的负荷率，使变压器在经济状态下运行；合理选择和使用电动机，使其经常在满载或接近满载的情况下运行，以提高电动机运行时功率因数；采用集中和个别无功补偿方式及电动机采用变频控制，提高供电系统功率因数从而达到供电系统节能目的，实现矿井降低运行成本，提高经济效益，保证煤矿健康发展。
参考文献：
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[4]李君华. 变频技术在煤矿节能中的应用. 煤炭技术，2010(09).
论文作者:周成完
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：变压器论文; 功率因数论文; 负荷论文; 矿井论文; 节能论文; 煤矿论文; 电压论文; 《基层建设》2018年第22期论文;