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摘要：針對目前我國煤礦設備發展不均衡、設備老化能耗高等問題，從變頻技術的基本原理入手，研究了目前變頻技術在煤礦機電設備中的應用現狀，分析其優勢及不足，并且對變頻節能技術在煤礦機電設備的應用進行了展望。分析認為，變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用，對于提高煤炭生產效率、減少能源消耗、改善生產環境具有重要意義。
關鍵詞：變頻節能技術;煤礦;機電設備;提質增效
引言
進入“十三五”以來，我國工業生產節能減排工作持續進行，雖然成果顯著，節能壓力有所緩解，但是仍然面臨宏觀性、系統性的節能問題，例如系統性節能不平衡、不協調、力度弱、雙控性差等問題，特別是在煤炭生產行業，雖然以神華集團為龍頭的大型煤炭企業在大型成套設備、高產高效、節能降耗等方面取得了巨大成就，但是由于我國國土面積廣、賦煤區域多、中小型煤礦數量大、發展不均衡性強等，特別是由于歷史和地域原因，一些地方煤礦、小規模煤礦的開采條件差、資金及技術條件薄弱、設備老化、設備成套匹配性差等問題，開采技術仍較為落后，尤其是在機電設備單產能耗方面，與國外先進水平差距較大，例如，我國部分煤礦所使用的“四大件”設備耗電量占比超過60%，設備落后，效率低下，亟待改善[1-2]。變頻技術被認為是最有效的節能方式之一，使用變頻器不僅能達到科學用能、節能降耗的目的，而且能夠提高自動化水平，改善工藝。變頻節能技術的應用及發展為煤礦企業節能降耗尤其是降低機電設備的能耗提供了可行之路，在煤礦機電設備中得到了廣泛的應用和發展。
1變頻節能技術的基本原理
傳統的機電設備中，電流頻率基本固定不變，其設備運轉過程中，無論負荷大小，其電機轉數和耗能始終處于恒定狀態，造成電力能源的浪費，同時造成設備的過度損耗，使用壽命也隨之縮短。而變頻技術的出現，則可通過變頻器來改變電流頻率，即可實現“交—直—交”的電流轉變方式，即通過其內部的整流器將交流電與直流電進行轉換，同時實現交流電頻率的轉變，然后將轉換后的電源傳送至電機，其基本原理如以下公式[3-4]：n=50f/p.式中：n為電機轉速；f為電流頻率；p為電機級數。當電機級數p保持一定時，通過改變f的大小，即可對n的大小進行調整，其中f的取值范圍為0～50Hz，n的大小隨f改變而改變，即通過電流頻率的調整來實現對電機運轉的調速。
2變頻節能技術在煤礦的應用現狀
由于煤礦井下條件復雜環境惡劣，例如空氣潮濕、有毒有害氣體溢出、瓦斯煤塵易燃易爆等，變頻技術在最初并未得到煤礦的重視和應用，隨著煤礦井下環境的改善及變頻技術的不斷發展，同時煤礦機電設備的節能需求不斷增長，變頻技術的優勢得到越來越多煤礦從業者的關注，因此促進了變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用。例如，在我國許多煤礦，變頻節能技術已廣泛應用在了提升機、采煤機、皮帶輸送機等機電設備中，使得設備的電力消耗顯著減少，運轉效率顯著提高，設備的維修保養費用也有所降低，經濟效益明顯提升。
2.1變頻技術在立井提升設備中的應用
在我國中東部的井工煤礦中，立井提升設備廣泛應用，其24h不間斷運轉，制約著煤礦的煤炭、設備、物料、人員的提升運輸，對設備可靠性和安全性要求極高，同時，由于設備的頻繁開停啟動及調速運轉，容易引發各類故障，而且，在煤礦電力消耗中占比較大。而變頻技術的發展及應用，對煤礦提升設備解決可靠性及能耗較大的問題提供了解決途徑。變頻技術在礦井提升機中的應用主要有兩種類型，一是可控制編程控制系統；二是高壓變頻調速控制系統[5]。可控制編程控制系統的使用可顯著提高提升信號系統的通訊能力，使系統的抗干擾能力和可靠性得到保障，而高壓變頻調速控制系統則可充分發揮變頻技術的優勢，減少提升機的電力消耗。
2.2變頻技術在皮帶輸送機中的應用
通常，皮帶輸送機在低負荷或無負荷運轉時仍然采用正常功率，造成電能的不必要消耗及浪費，同時，由于皮帶輸送機通常使用液力耦合器作為軟啟動裝置，其工頻拖動時容易造成電機失控、皮帶斷裂等損毀故障。而將變頻技術應用于皮帶輸送機后，能夠有效減少電機啟動瞬間的電流值，防止電流沖擊及設備過熱，延長使用壽命，同時在輸送機低負荷或無負荷運轉時降低設備轉速，減少電力消耗，使設備安全高效運轉。
2.3變頻技術在煤礦機電設備上的其他應用
目前，變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用已較為廣泛，例如，除了提升設備和皮帶輸送機外，在井下綜掘機、采煤機、空氣壓縮機、風機等設備中也有著廣泛應用。除此之外，變頻技術還開發出泄漏故障監測系統，其強大的語音及數據傳輸功能可使煤礦設備運轉中的各類信號傳遞更加快捷和準確；另外，帶式輸送機的瓦片控制技術可以根據井下機電設備分布地圖來發出信號進行請求和索引，形成完整的信號傳導數據鏈，實現對機電設備的遠程控制和監視。
3變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用展望
一是理清政策節能導向，搶占綠色開采先機。節能降耗、綠色開采是煤礦改革發展的必由之路，煤礦從業者及相關科研人員應充分認清國家政策導向，以《能源發展“十三五”規劃》為指導，加快技術引導和創新，提供相關政策支持，搶占綠色開采先機。二是大力提升變頻技術在煤礦的應用廣度和深度。變頻技術的目前應用只是局限在煤礦的部分機電設備，還有極大的發展空間，同時，老牌煤礦企業對機電設備改造過程中需要大量對口變頻設備，解決變頻器與老舊設備的匹配問題，亟待加大科研攻關力度，提供更多先進可靠的技術和產品，從而加大變頻技術在煤礦的應用廣度和深度。三是加大對變頻設備的科學有效管理。應從制度方面進行規范，對設備應用和維護提供良好的工作環境和制度保障，加強日常檢修和維護，區別于普通設備，對于變頻設備應進行科學、定期維護，并做好監測及記錄，同時還應加強其自動化控制和管理工作，進而實現變頻設備在礦山的網絡化和信息化集成管理。
4結語
變頻技術的創造和發展，不僅可以改變電機供電的靈活性，同時可以根據實際負荷需要調節機電設備的能耗方式，大大降低電能消耗，同時使設備更加安全可靠運轉，延長設備的使用壽命，為煤礦機電設備的節能降耗及高效使用奠定了基礎及技術條件。其應用成果已初步凸顯，但我國煤礦行業目前仍處于化解過剩產能、改革提質增效的發展陣痛期中，如何實現煤炭資源的低能耗、低成本、安全可靠開采，我們依然任重而道遠。
參考文獻
[1]繆協興，錢鳴高.中國煤炭資源綠色開采研究現狀與展望[J].采礦與安全工程學報，2009（1）：1-14.
[2]王芹.煤礦機電設備變頻節能技術的應用探究[J].山東煤炭科技，2016（1）：98-99.
[3]王李鵬.變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用[J].中國高新技術企業，2015（28）：97-98.
[4]王強.基于變頻節能技術在煤礦機電設備中的應用[J].機械管理開發，2015（3）：66-67；87.
[5]劉洋.關于煤礦機電設備中變頻節能技術的思考[J].機械管理開發，2016（9）：189-191.
作者:劉勇 單位:山西汾西中興煤業有限責任公司
