煤礦企業(yè)既是產(chǎn)能大戶，又是耗能大戶。“節(jié)能降耗”已成為我國的基本國策，許多煤礦企業(yè)都非常重視高耗能用電設(shè)備的節(jié)能技改工作。煤礦的用電設(shè)備主要分為 井上部分和井下部分，井下用電設(shè)備大部分非連續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)，并且要考慮到防爆問題，所以井下用電設(shè)備不作為節(jié)能工作的重點(diǎn)。用電設(shè)備又可分為廠區(qū)和生活區(qū)兩部 分。關(guān)于廠區(qū)節(jié)能主要針對以下設(shè)備：1、主扇風(fēng)機(jī)變頻節(jié)電改造；2、壓風(fēng)機(jī)(煤礦上空壓機(jī)也稱為壓風(fēng)機(jī))恒壓供氣變頻改造；3、井下排水泵節(jié)電改造(有的 涉及安全)；4、提升機(jī)變頻節(jié)電改造。關(guān)于生活區(qū)節(jié)能主要針對以下設(shè)備：1、生活用水恒壓供水節(jié)電改造；2、燃煤鍋爐鼓、引風(fēng)變頻改造；3、廠區(qū)路燈照明 節(jié)電系統(tǒng)。

（一）主扇風(fēng)機(jī)變頻節(jié)電改造

1、存在問題

主扇風(fēng)機(jī)相當(dāng)于礦井的肺，井下的通風(fēng)對于井下的生產(chǎn)和安全起著極其重要的作用。由于煤礦隨著開采的不斷深入，主扇風(fēng)機(jī)所需風(fēng)量將越來越大。為了保證系統(tǒng)能 夠保證較長時間的正常使用，主扇風(fēng)機(jī)的選型余量較大。在風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)恒定的情況下，采取控制扇葉角度的措施來控制風(fēng)量。礦井內(nèi)夏天潮氣重溫度高，所以要求的風(fēng) 量大；冬天井外氣溫較低，通風(fēng)量滿足最低的排量即可。但是扇葉按照最大通風(fēng)量再有一定余量確定后，基本上不再調(diào)整，風(fēng)機(jī)始終工作在同樣的狀態(tài)下，不能根據(jù) 實際所需風(fēng)量調(diào)整運(yùn)行情況，這樣大量電能白白浪費(fèi)。

2、解決措施

主扇風(fēng)機(jī)一般配備2臺對流風(fēng)機(jī)，我們采用一套變頻節(jié)能系統(tǒng)，由一臺節(jié)能柜控制兩臺電機(jī)，根據(jù)生產(chǎn)的具體情況手動調(diào)節(jié)扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)量大小。采用調(diào)頻調(diào)速控制電 機(jī)，電機(jī)所消耗功率同下降頻率成立方關(guān)系。在速度降低很少的情況，電機(jī)電能大幅度下降。這樣既能隨時滿足生產(chǎn)的風(fēng)量要求，又能最大限度地節(jié)約電能。

3、技術(shù)效果

1)采用變頻節(jié)能技術(shù)，根據(jù)實際需要，任意調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。

2)節(jié)電率約30%，節(jié)電效果顯著。

3)實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，延長了電機(jī)和風(fēng)機(jī)的使用壽命，避免了對電網(wǎng)的沖擊。

4)電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，降低了設(shè)備的故障率，減少了噪聲對環(huán)境的影響。

5)具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能及聲光報警功能；具有電源指示、運(yùn)行指示、頻率顯示等功能。

6)操作簡單，具有電氣聯(lián)鎖、變頻聯(lián)鎖、故障聯(lián)鎖等保護(hù)功能，實現(xiàn)了風(fēng)機(jī)的自動保護(hù)。

7）預(yù)留通訊接口，可以與原系統(tǒng)或后期系統(tǒng)聯(lián)系。

（二）壓風(fēng)機(jī)恒壓供氣變頻改造

1、存在問題

煤礦的壓風(fēng)機(jī)為井下設(shè)備提供動力源，對于煤礦生產(chǎn)起著重要作用。由于井下用氣量是變化的，壓風(fēng)機(jī)選型是按照最大用氣量加一定余量選取，所以絕大部分時間壓 風(fēng)機(jī)提供的壓縮空氣量大于實際所需用量。壓風(fēng)機(jī)采用加泄載的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。我們知道，加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在Pmin～Pmax之間來回變 化。造成以下三個問題：

在壓力達(dá)到Pmin后，原控制方式?jīng)Q定其壓力會繼續(xù)上升(直到Pmax)。這一過程中必將會向外界釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致能量損失。另一方面，高于Pmin的氣體在進(jìn)入氣動元件前，其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近Pmin。這一過程同樣是一個耗能過程。

B、卸載時調(diào)節(jié)方法不合理所消耗的能量：

通常情況下，當(dāng)壓力達(dá)到Pmax時，壓風(fēng)機(jī)通過如下方法來降壓卸載:關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時將分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。這種調(diào)節(jié)方法要造成很大的能量浪費(fèi)。

靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，使供氣量無法連續(xù)調(diào)節(jié)，當(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。用氣精度達(dá)不到工藝要求。再加上頻繁調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，會加速進(jìn)氣閥的磨損，增加維修量和維修成本。頻繁采用打開和關(guān)閉放氣閥，放氣閥的耐用性得不到保障。

2、改造措施

針對原有供氣控制方式存在的諸多問題，經(jīng)過上述對比分析， 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制。采用這一方案時，我們可以把管網(wǎng)壓力作為控制對象，壓力變送器YB將儲氣罐的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒oPID智能調(diào)節(jié) 器，與壓力設(shè)定值P0作比較，并根據(jù)差值的大小按既定的PID控制模式進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生控制信號送變頻調(diào)速器VVVF，通過變頻器控制電機(jī)的工作頻率與轉(zhuǎn) 速，從而使實際壓力P始終接近設(shè)定壓力P0。同時，該方案可增加工頻與變頻切換功能，并保留原有的控制和保護(hù)系統(tǒng)，另外，采用該方案后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止 到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動，實現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動沖擊電流和啟動給壓風(fēng)機(jī)帶來的機(jī)械沖擊。

由于用氣量的不斷變化，氣罐里的壓力也會變化頻繁。采用變頻調(diào)速系統(tǒng)用調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來調(diào)整壓縮機(jī)的供氣量。使氣罐內(nèi)的氣壓始終保持在理想的狀態(tài)下， 由于壓風(fēng)機(jī)基本上屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，用變頻調(diào)速的方法調(diào)整供氣量能使電機(jī)的輸出功率基本與轉(zhuǎn)速（供氣量）成正比關(guān)系，達(dá)到很好的節(jié)電效果。由于壓風(fēng)機(jī)在啟動 時，內(nèi)部有少量的滯留氣壓，啟動和加減速運(yùn)行時要求變頻器反應(yīng)快速，因此，調(diào)節(jié)方式采用閉環(huán)自動調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到空壓機(jī)出口的壓力信號 值，經(jīng)過A/D模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換單元的信號轉(zhuǎn)換后，通過可編程控制器（PLC）和變頻器調(diào)整壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證電機(jī)以最小的功率輸出。

3、效果分析及系統(tǒng)功能

1) 節(jié)電效果明顯，節(jié)電率平均可達(dá)25%以上。

2) 大幅度地降低噪音，減少公害，保護(hù)環(huán)境。

3) 實現(xiàn)軟啟動，軟停止，沒有電流和機(jī)械沖擊。

4) 減少磨損，降低電流，延長電機(jī)、壓風(fēng)機(jī)等設(shè)備壽命。

5) 根據(jù)生產(chǎn)的實際情況，以滿足設(shè)備要求的最低壓力值輸出，可以降低輸氣管道的損耗，同時在滿足設(shè)備要求的條件下，可以降低用氣量，這樣大大的節(jié)約了電能。

6) 設(shè)備的自動化程度提高，進(jìn)行恒壓供氣，用氣設(shè)備穩(wěn)定工作，提高了生產(chǎn)工藝，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

7) 控制系統(tǒng)的本柜-原控制柜切換功能可以使變頻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時將機(jī)組切換到原控制系統(tǒng)工作，以確保機(jī)組可以正常工作。

（三）井下排水泵節(jié)電改造

1、存在問題

井下配備多臺大功率水泵，是很多煤礦的耗電大戶，用電量約占到礦區(qū)總用電量的三分之一到三分之二，這些泵組都不同程度存在著大馬拉小車的現(xiàn)象，節(jié)電空間較大。水泵啟動為直接啟動，對管網(wǎng)的沖擊大，對電網(wǎng)的沖擊也大，也相應(yīng)的浪費(fèi)一些電能。

2、解決措施

井下有多處排水泵站。一般都是高壓水泵，采用用隔爆型高壓變頻控制系統(tǒng)。我公司的高壓變頻節(jié)能調(diào)速系統(tǒng)，以高可靠性、易操作、高性能為設(shè)計目標(biāo)，滿足用戶對于風(fēng)機(jī)、水泵類調(diào)速節(jié)能、改善生產(chǎn)工藝的迫切需要。本調(diào)速系統(tǒng)適配各種通用三相異步電動機(jī)。

3、產(chǎn)生效果

1) 高-高電壓源型變頻器，直接3、6、10KV輸入，直接3、6、10KV輸出，無需輸出變壓器。

2) 輸入功率因數(shù)高，電流諧波少，無需功率因數(shù)補(bǔ)償/諧波抑制裝置。

3) 輸出階梯正弦PWM波形，無需輸出濾波裝置，可接普通電機(jī)，對電纜電機(jī)絕緣無損害，電機(jī)諧波少，減少軸承、葉片的機(jī)械振動，輸出線可達(dá)1000米。

 4)全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶觸摸屏。

 5) 功率電路模塊化設(shè)計，維護(hù)簡單。

 6) 高壓主回路與控制器之間為光纖連接，安全可靠。

 7) 完整的故障監(jiān)測電路，精確的故障報警保護(hù)。

 8) 自帶冷卻風(fēng)機(jī)。

 9) 內(nèi)置PLC，易于改變邏輯關(guān)系，適應(yīng)多變的現(xiàn)場需要。

 10) 可靈活選擇現(xiàn)場控制、值班室遠(yuǎn)程控制，可通過電話網(wǎng)絡(luò)遙控。

 11) 可接受和輸出0-10V/4-20mA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號。

 12) 直接內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器，可開環(huán)運(yùn)行，可閉環(huán)運(yùn)行。

 13) 完整的通用變頻器參數(shù)設(shè)定功能。

 14) 可打印輸出運(yùn)行報表。

 15) 安裝設(shè)定調(diào)試簡便，優(yōu)異的性能價格比。

 16) 可實現(xiàn)水泵的軟起、軟停，減少對電網(wǎng)的沖擊，減少對管網(wǎng)的沖擊。

 17) 大幅度節(jié)約電能，節(jié)電率可達(dá)28%以上。

（四）提升機(jī)變頻改造

1、存在問題

提升系統(tǒng)采用三相異步電動機(jī)，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速雙碼提升工作方式，煤礦很多井筒仍采用老井的井筒，受立井井筒尺寸的限制，又要兼顧提升井下尺寸較大的單件設(shè) 備，因此，提升容器設(shè)計成了兩個寬窄不同的容器；加之該提升系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著人員、材料、矸石等的提升任務(wù)，提升重量每勾都有可能改變，造成了提升系統(tǒng)在調(diào)速 控制階段速度控制較為困難。有些井提升機(jī)提升行程較短，提升系統(tǒng)運(yùn)行在調(diào)速階段的時間占全程運(yùn)行時間的40%以上，串電阻調(diào)速在調(diào)速階段消耗在調(diào)速電阻上 的電能非常大，造成了大量的電能浪費(fèi)。

由于副立井提升系統(tǒng)受提升物料不同的影響，經(jīng)常處于負(fù)立提升狀態(tài)。在負(fù)立提升狀態(tài)下，主電機(jī)串電阻調(diào)速工作方式，調(diào)速階段只能靠工作閘控制車速，機(jī)械能白 白消耗在工作閘上，不但能量不能得到再利用，還加劇了工作閘的磨損，增加了材料消耗，同時提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性也受到了很大的影響。

2、解決措施

為改善提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，采用四象限變頻器對絞車的拖動系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。提升機(jī)變頻器，采用V-F控制方式。經(jīng)實測，在正立 提升時，變頻器輸出的功率因數(shù)可達(dá)0.92以上。輸往電機(jī)的能量是根據(jù)負(fù)載的輕重和運(yùn)行速度，由變頻器自動調(diào)節(jié)的，能源可得到充分的利用。在負(fù)力提升時， 回饋到電網(wǎng)的能量可達(dá)理論回饋能量的1/3-2/5。再由于變頻運(yùn)行全程時間每勾節(jié)約了時間，在同樣提升量的條件下，變頻運(yùn)行比工頻運(yùn)行可少耗電能。

3、控制效果

1）爬行運(yùn)行平穩(wěn)。提升常規(guī)物料試驗（如沙子、水泥、矸石）：全速提升或下放，起車加速階段、等速、減速、爬行各階段運(yùn)行良好。

2）提升人員運(yùn)行時，全速提升或下放，在提升機(jī)加速、均速、減速、爬行等各階段運(yùn)行良好。人員在罐籠內(nèi)乘坐時，加、減速階段重力增加和失重的感覺幾乎沒有，速度控制的各個階段運(yùn)行感覺較為平穩(wěn)。

3）運(yùn)行耗電量統(tǒng)計，實測節(jié)電率約為30%。從節(jié)電效果上是較為明顯的。

目前，絞車電控智能化改造技術(shù)較為普遍，他的應(yīng)用極大的提高了絞車控制系統(tǒng)的控制精度、因地制宜的靈活性、控制功能的可靠性及完善可靠的種種保護(hù)功能。并 且與外部硬件相結(jié)合，可使得系統(tǒng)的控制達(dá)到最佳狀態(tài)，電氣控制系統(tǒng)的安全性能得到很大提高。對于目前凡采用工頻運(yùn)行電阻有級調(diào)速控制模式的煤礦乃至其它行 業(yè)提升機(jī)拖動系統(tǒng)采用變頻改造，不但從控制的性能上是普通電阻調(diào)速方式無法比擬的，在能源利用方面也可顯示出非常大的優(yōu)勢，因此，此技術(shù)具有在全國推廣應(yīng) 用之前景。

（一）生活用水恒壓供水節(jié)電改造

1、存在問題

井上的二次供水系統(tǒng)，水泵首先打入高位水塔，再由水塔供給終端用戶。因此考慮到高峰用水及管路的揚(yáng)程損耗，水塔保證供水的下限點(diǎn)和上限點(diǎn)必然要使壓力高出 實際揚(yáng)程。這樣管路壓力必然在波動中，增加了供水的高度，也就多浪費(fèi)一些電能。管網(wǎng)中水的壓力越大，管網(wǎng)中壓力損失越大，相應(yīng)的電能浪費(fèi)也就越多。

二次供水的泵出量大于一次供水的泵入量，這種條件下就出現(xiàn)了二次供水分時段供水的情況，這樣給居民生活帶來了一定的不便。在分時段供水的情況下，居民每戶 都會儲備一定的水量，這樣一來, 每戶都會存在著一定量的水資源浪費(fèi), 如果水管長時間供水，居民需要多少，就放多少水，既方便，又能時時用到清潔的水。

2、解決措施

井上礦區(qū)生活用水水泵采用智能恒壓供水系統(tǒng)。恒壓供水系統(tǒng)是由壓力傳感器、變頻器、智能壓力控制器、低壓電器等組成。它是適用于生活、工業(yè)和消防供水的新 型智能控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測到的管網(wǎng)壓力值，經(jīng)調(diào)節(jié)控制器計算后，通過變頻器調(diào)整供水系統(tǒng)各電機(jī)的工作狀態(tài)，精確地控制管網(wǎng)中的水的壓力， 在保證居民生活用水的情況下, 同時也延長供水系統(tǒng)壽命，并大幅度地節(jié)約電能。

3、控制效果

1) 采用變頻節(jié)能技術(shù)，精確控制出水壓力，在保證生活需要的情況下，減少泄漏等浪費(fèi)。

2) 綜合節(jié)電率在25%以上，并具有電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)休眠功能，節(jié)電效果顯著。

3) 實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，避免了對電網(wǎng)的沖擊和對電機(jī)的電流沖擊，延長了電機(jī)的使用壽命。避免了對水泵的機(jī)械沖擊，延長了水泵的使用壽命。

4) 降低了設(shè)備的故障率，提高自動化程度，減少了人員工作強(qiáng)度。

5) 具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能及聲光報警功能；具有電源指示、運(yùn)行指示、頻率顯示等功能。

6) 預(yù)留通訊接口，可以與原系統(tǒng)或后期系統(tǒng)聯(lián)系。

（二）燃煤鍋爐鼓引風(fēng)變頻改造

1、存在問題

鍋爐鼓/引風(fēng)機(jī)啟動一般采用星三角降壓啟動，在啟動時電流對電網(wǎng)沖擊很大；原有風(fēng)機(jī)在工作時只能進(jìn)行簡單的電氣保護(hù)，不能完全保證安全運(yùn)行，增加了設(shè)備維 護(hù)量；原有風(fēng)機(jī)工作時噪音較大，對現(xiàn)場工作人員影響較大，嚴(yán)重影響了設(shè)備壽命，原有風(fēng)機(jī)靠手動調(diào)整風(fēng)門的開口大小來調(diào)節(jié)用風(fēng)量，浪費(fèi)了大量的電能，而且操 作很不方便。

鍋爐燃燒需要合理的風(fēng)煤比，如果風(fēng)量不足則燃燒不充分，風(fēng)量過大則帶走大量的熱量，都是不經(jīng)濟(jì)的。合理的風(fēng)煤比，需要操作工合理調(diào)整風(fēng)量。但是現(xiàn)在操作方式不方便，使風(fēng)煤比不能最合理。

2、改造措施

本系統(tǒng)主電路原理：在原風(fēng)機(jī)配電柜系統(tǒng)上并聯(lián)上一臺變頻控制柜，鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)變頻器分別按照操作間內(nèi)的操作柜（控制電路）設(shè)定的頻率信號運(yùn)行，在控制系 統(tǒng)中設(shè)計了強(qiáng)電聯(lián)鎖電路（系統(tǒng)只能先啟動引風(fēng)機(jī)再啟動鼓風(fēng)機(jī)；當(dāng)引風(fēng)機(jī)失電后鼓風(fēng)機(jī)立即失電）、弱電聯(lián)鎖電路（當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器頻率降為0Hz時，鼓風(fēng)機(jī)變 頻器頻率立即為0Hz；當(dāng)引風(fēng)機(jī)變頻器跳保護(hù)或出現(xiàn)報警后鼓風(fēng)機(jī)變頻器立即停機(jī)）和引風(fēng)機(jī)變頻故障停機(jī)聯(lián)鎖功能及聲光報警、頻率狀態(tài)顯示等功能。變頻器連 鎖控制系統(tǒng)與原有啟動系統(tǒng)并聯(lián)安裝，實現(xiàn)兩柜手動切換功能，以便在變頻系統(tǒng)有故障時可及時切換于原啟動柜工作。

3、控制效果

1) 節(jié)電效果明顯，節(jié)電率在30%到50%。

2) 采用變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，取消擋板調(diào)節(jié)，降低了設(shè)備的故障率，節(jié)電效果顯著。

3) 采用變頻器控制電機(jī)，實現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動，延長了設(shè)備的使用壽命，避免了對電網(wǎng)的沖擊。

4) 電機(jī)將在低于額定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，減少了噪聲對環(huán)境的影響。

5) 具有過載、過壓、過流、欠壓、電源缺相等自動保護(hù)功能及聲光報警功能；具有電源指示、運(yùn)行指示、頻率顯示等功能。

6) 操作簡單，具有電氣聯(lián)鎖、變頻聯(lián)鎖、故障聯(lián)鎖等保護(hù)功能，實現(xiàn)鍋爐風(fēng)機(jī)的自動保護(hù)。

7) 預(yù)留通訊接口，可以與原系統(tǒng)或后期系統(tǒng)聯(lián)系。

（三）廠區(qū)路燈照明節(jié)電系統(tǒng)

1、存在問題

煤礦為24小時工作單位，夜間需要路燈照明。用電主要消耗在在照明上。實際上設(shè)計的照度根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)在+5%～-10%電壓波動狀態(tài)下，都會達(dá)到照度要 求。由于電壓提升，在用電低峰期燈具的照度大大高于實際需要，而此時往往是單位人流量最少的時候，電能白白的浪費(fèi)掉。燈具在電壓提升時壽命會大幅度縮短， 致使燈具經(jīng)常損壞，維護(hù)費(fèi)用居高不下。

2、改造措施和控制效果，詳見關(guān)于酒店節(jié)電的整體解決方案中的照明節(jié)電。

四、小結(jié)

華億公司是目前節(jié)能行業(yè)中操作煤礦項目最多的節(jié)電公司，針對煤礦的特點(diǎn)提出了一攬子解決方案。節(jié)電設(shè)備在山東、河北、東北等煤礦應(yīng)用廣泛。