、概述
煤矿企业既是产能大户，又是耗能大户。“节能降耗”已成为我国的基本国策，许多煤矿企业都非常重视高耗能用电设备的节能技改工作。煤矿的用电设备主要分为 井上部分和井下部分，井下用电设备大部分非连续性运转，并且要考虑到防爆问题，所以井下用电设备不作为节能工作的重点。用电设备又可分为厂区和生活区两部 分。关于厂区节能主要针对以下设备：1、主扇风机变频节电改造；2、压风机(煤矿上空压机也称为压风机)恒压供气变频改造；3、井下排水泵节电改造(有的 涉及安全)；4、提升机变频节电改造。关于生活区节能主要针对以下设备：1、生活用水恒压供水节电改造；2、燃煤锅炉鼓、引风变频改造；3、厂区路灯照明 节电系统。
二、厂区节电解决方案介绍
（一）主扇风机变频节电改造
1、存在问题
主扇风机相当于矿井的肺，井下的通风对于井下的生产和安全起着极其重要的作用。由于煤矿随着开采的不断深入，主扇风机所需风量将越来越大。为了保证系统能 够保证较长时间的正常使用，主扇风机的选型余量较大。在风机运转恒定的情况下，采取控制扇叶角度的措施来控制风量。矿井内夏天潮气重温度高，所以要求的风 量大；冬天井外气温较低，通风量满足最低的排量即可。但是扇叶按照最大通风量再有一定余量确定后，基本上不再调整，风机始终工作在同样的状态下，不能根据 实际所需风量调整运行情况，这样大量电能白白浪费。
2、解决措施
主扇风机一般配备2台对流风机，我们采用一套变频节能系统，由一台节能柜控制两台电机，根据生产的具体情况手动调节扇风机的风量大小。采用调频调速控制电 机，电机所消耗功率同下降频率成立方关系。在速度降低很少的情况，电机电能大幅度下降。这样既能随时满足生产的风量要求，又能最大限度地节约电能。
3、技术效果
1)采用变频节能技术，根据实际需要，任意调节风机的风量。
2)节电率约30%，节电效果显著。
3)实现了电机的软启动，延长了电机和风机的使用寿命，避免了对电网的冲击。
4)电机将在低于额定转速的状态下运行，降低了设备的故障率，减少了噪声对环境的影响。
5)具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能；具有电源指示、运行指示、频率显示等功能。
6)操作简单，具有电气联锁、变频联锁、故障联锁等保护功能，实现了风机的自动保护。
7）预留通讯接口，可以与原系统或后期系统联系。
（二）压风机恒压供气变频改造
1、存在问题
煤矿的压风机为井下设备提供动力源，对于煤矿生产起着重要作用。由于井下用气量是变化的，压风机选型是按照最大用气量加一定余量选取，所以绝大部分时间压 风机提供的压缩空气量大于实际所需用量。压风机采用加泄载的方式进行调节。我们知道，加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变 化。造成以下三个问题：
A、压缩空气压力超过Pmin所消耗的能量：
在压力达到Pmin后，原控制方式决定其压力会继续上升(直到Pmax)。这一过程中必将会向外界释放更多的热量，从而导致能量损失。另一方面，高于Pmin的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压至接近Pmin。这一过程同样是一个耗能过程。
B、卸载时调节方法不合理所消耗的能量：
通常情况下，当压力达到Pmax时，压风机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。
C、其它不足之处：
靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。
2、改造措施
针对原有供气控制方式存在的诸多问题，经过上述对比分析， 应用变频调速技术进行恒压供气控制。采用这一方案时，我们可以把管网压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节 器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转 速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止 到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给压风机带来的机械冲击。
由于用气量的不断变化，气罐里的压力也会变化频繁。采用变频调速系统用调整电机转速的方法来调整压缩机的供气量。使气罐内的气压始终保持在理想的状态下， 由于压风机基本上属于恒转矩负载，用变频调速的方法调整供气量能使电机的输出功率基本与转速（供气量）成正比关系，达到很好的节电效果。由于压风机在启动 时，内部有少量的滞留气压，启动和加减速运行时要求变频器反应快速，因此，调节方式采用闭环自动调节，控制系统根据压力传感器检测到空压机出口的压力信号 值，经过A/D模拟数字转换单元的信号转换后，通过可编程控制器（PLC）和变频器调整压缩机电机的转速，保证电机以最小的功率输出。
3、效果分析及系统功能
1) 节电效果明显，节电率平均可达25%以上。
2) 大幅度地降低噪音，减少公害，保护环境。
3) 实现软启动，软停止，没有电流和机械冲击。
4) 减少磨损，降低电流，延长电机、压风机等设备寿命。
5) 根据生产的实际情况，以满足设备要求的最低压力值输出，可以降低输气管道的损耗，同时在满足设备要求的条件下，可以降低用气量，这样大大的节约了电能。
6) 设备的自动化程度提高，进行恒压供气，用气设备稳定工作，提高了生产工艺，提高了产品质量。
7) 控制系统的本柜-原控制柜切换功能可以使变频控制系统发生故障时将机组切换到原控制系统工作，以确保机组可以正常工作。
（三）井下排水泵节电改造
1、存在问题
井下配备多台大功率水泵，是很多煤矿的耗电大户，用电量约占到矿区总用电量的三分之一到三分之二，这些泵组都不同程度存在着大马拉小车的现象，节电空间较大。水泵启动为直接启动，对管网的冲击大，对电网的冲击也大，也相应的浪费一些电能。
2、解决措施
井下有多处排水泵站。一般都是高压水泵，采用用隔爆型高压变频控制系统。我公司的高压变频节能调速系统，以高可靠性、易操作、高性能为设计目标，满足用户对于风机、水泵类调速节能、改善生产工艺的迫切需要。本调速系统适配各种通用三相异步电动机。
3、产生效果
1) 高-高电压源型变频器，直接3、6、10KV输入，直接3、6、10KV输出，无需输出变压器。
2) 输入功率因数高，电流谐波少，无需功率因数补偿/谐波抑制装置。
3) 输出阶梯正弦PWM波形，无需输出滤波装置，可接普通电机，对电缆电机绝缘无损害，电机谐波少，减少轴承、叶片的机械振动，输出线可达1000米。
4)全中文WINDOWS操作界面，彩色液晶触摸屏。
5) 功率电路模块化设计，维护简单。
6) 高压主回路与控制器之间为光纤连接，安全可靠。
7) 完整的故障监测电路，精确的故障报警保护。
8) 自带冷却风机。
9) 内置PLC，易于改变逻辑关系，适应多变的现场需要。
10) 可灵活选择现场控制、值班室远程控制，可通过电话网络遥控。
11) 可接受和输出0-10V/4-20mA工业标准信号。
12) 直接内置PID调节器，可开环运行，可闭环运行。
13) 完整的通用变频器参数设定功能。
14) 可打印输出运行报表。
15) 安装设定调试简便，优异的性能价格比。
16) 可实现水泵的软起、软停，减少对电网的冲击，减少对管网的冲击。
17) 大幅度节约电能，节电率可达28%以上。
（四）提升机变频改造
1、存在问题
提升系统采用三相异步电动机，转子串电阻调速双码提升工作方式，煤矿很多井筒仍采用老井的井筒，受立井井筒尺寸的限制，又要兼顾提升井下尺寸较大的单件设 备，因此，提升容器设计成了两个宽窄不同的容器；加之该提升系统还担负着人员、材料、矸石等的提升任务，提升重量每勾都有可能改变，造成了提升系统在调速 控制阶段速度控制较为困难。有些井提升机提升行程较短，提升系统运行在调速阶段的时间占全程运行时间的40%以上，串电阻调速在调速阶段消耗在调速电阻上 的电能非常大，造成了大量的电能浪费。
由于副立井提升系统受提升物料不同的影响，经常处于负立提升状态。在负立提升状态下，主电机串电阻调速工作方式，调速阶段只能靠工作闸控制车速，机械能白 白消耗在工作闸上，不但能量不能得到再利用，还加剧了工作闸的磨损，增加了材料消耗，同时提升系统运行的安全性也受到了很大的影响。
2、解决措施
为改善提升系统运行的安全性和实现节能降耗的目的，采用四象限变频器对绞车的拖动系统进行了技术改造。提升机变频器，采用V-F控制方式。经实测，在正立 提升时，变频器输出的功率因数可达0.92以上。输往电机的能量是根据负载的轻重和运行速度，由变频器自动调节的，能源可得到充分的利用。在负力提升时， 回馈到电网的能量可达理论回馈能量的1/3-2/5。再由于变频运行全程时间每勾节约了时间，在同样提升量的条件下，变频运行比工频运行可少耗电能。
3、控制效果
1）爬行运行平稳。提升常规物料试验（如沙子、水泥、矸石）：全速提升或下放，起车加速阶段、等速、减速、爬行各阶段运行良好。
2）提升人员运行时，全速提升或下放，在提升机加速、均速、减速、爬行等各阶段运行良好。人员在罐笼内乘坐时，加、减速阶段重力增加和失重的感觉几乎没有，速度控制的各个阶段运行感觉较为平稳。
3）运行耗电量统计，实测节电率约为30%。从节电效果上是较为明显的。
目前，绞车电控智能化改造技术较为普遍，他的应用极大的提高了绞车控制系统的控制精度、因地制宜的灵活性、控制功能的可靠性及完善可靠的种种保护功能。并 且与外部硬件相结合，可使得系统的控制达到最佳状态，电气控制系统的安全性能得到很大提高。对于目前凡采用工频运行电阻有级调速控制模式的煤矿乃至其它行 业提升机拖动系统采用变频改造，不但从控制的性能上是普通电阻调速方式无法比拟的，在能源利用方面也可显示出非常大的优势，因此，此技术具有在全国推广应 用之前景。
三、生活区节电解决方案技术介绍
（一）生活用水恒压供水节电改造
1、存在问题
井上的二次供水系统，水泵首先打入高位水塔，再由水塔供给终端用户。因此考虑到高峰用水及管路的扬程损耗，水塔保证供水的下限点和上限点必然要使压力高出 实际扬程。这样管路压力必然在波动中，增加了供水的高度，也就多浪费一些电能。管网中水的压力越大，管网中压力损失越大，相应的电能浪费也就越多。
二次供水的泵出量大于一次供水的泵入量，这种条件下就出现了二次供水分时段供水的情况，这样给居民生活带来了一定的不便。在分时段供水的情况下，居民每户 都会储备一定的水量，这样一来, 每户都会存在着一定量的水资源浪费, 如果水管长时间供水，居民需要多少，就放多少水，既方便，又能时时用到清洁的水。
2、解决措施
井上矿区生活用水水泵采用智能恒压供水系统。恒压供水系统是由压力传感器、变频器、智能压力控制器、低压电器等组成。它是适用于生活、工业和消防供水的新 型智能控制系统。此系统根据压力传感器检测到的管网压力值，经调节控制器计算后，通过变频器调整供水系统各电机的工作状态，精确地控制管网中的水的压力， 在保证居民生活用水的情况下, 同时也延长供水系统寿命，并大幅度地节约电能。
3、控制效果
1) 采用变频节能技术，精确控制出水压力，在保证生活需要的情况下，减少泄漏等浪费。
2) 综合节电率在25%以上，并具有电机低速运转休眠功能，节电效果显著。
3) 实现了电机的软启动，避免了对电网的冲击和对电机的电流冲击，延长了电机的使用寿命。避免了对水泵的机械冲击，延长了水泵的使用寿命。
4) 降低了设备的故障率，提高自动化程度，减少了人员工作强度。
5) 具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能；具有电源指示、运行指示、频率显示等功能。
6) 预留通讯接口，可以与原系统或后期系统联系。
（二）燃煤锅炉鼓引风变频改造
1、存在问题
锅炉鼓/引风机启动一般采用星三角降压启动，在启动时电流对电网冲击很大；原有风机在工作时只能进行简单的电气保护，不能完全保证安全运行，增加了设备维 护量；原有风机工作时噪音较大，对现场工作人员影响较大，严重影响了设备寿命，原有风机靠手动调整风门的开口大小来调节用风量，浪费了大量的电能，而且操 作很不方便。
锅炉燃烧需要合理的风煤比，如果风量不足则燃烧不充分，风量过大则带走大量的热量，都是不经济的。合理的风煤比，需要操作工合理调整风量。但是现在操作方式不方便，使风煤比不能最合理。
2、改造措施
本系统主电路原理：在原风机配电柜系统上并联上一台变频控制柜，鼓风机、引风机变频器分别按照操作间内的操作柜（控制电路）设定的频率信号运行，在控制系 统中设计了强电联锁电路（系统只能先启动引风机再启动鼓风机；当引风机失电后鼓风机立即失电）、弱电联锁电路（当引风机变频器频率降为0Hz时，鼓风机变 频器频率立即为0Hz；当引风机变频器跳保护或出现报警后鼓风机变频器立即停机）和引风机变频故障停机联锁功能及声光报警、频率状态显示等功能。变频器连 锁控制系统与原有启动系统并联安装，实现两柜手动切换功能，以便在变频系统有故障时可及时切换于原启动柜工作。
3、控制效果
1) 节电效果明显，节电率在30%到50%。
2) 采用变频器控制电机的转速，取消挡板调节，降低了设备的故障率，节电效果显著。
3) 采用变频器控制电机，实现了电机的软启动，延长了设备的使用寿命，避免了对电网的冲击。
4) 电机将在低于额定转速的状态下运行，减少了噪声对环境的影响。
5) 具有过载、过压、过流、欠压、电源缺相等自动保护功能及声光报警功能；具有电源指示、运行指示、频率显示等功能。
6) 操作简单，具有电气联锁、变频联锁、故障联锁等保护功能，实现锅炉风机的自动保护。
7) 预留通讯接口，可以与原系统或后期系统联系。
（三）厂区路灯照明节电系统
1、存在问题
煤矿为24小时工作单位，夜间需要路灯照明。用电主要消耗在在照明上。实际上设计的照度根据国家标准在+5%～-10%电压波动状态下，都会达到照度要 求。由于电压提升，在用电低峰期灯具的照度大大高于实际需要，而此时往往是单位人流量最少的时候，电能白白的浪费掉。灯具在电压提升时寿命会大幅度缩短， 致使灯具经常损坏，维护费用居高不下。
2、改造措施和控制效果，详见关于酒店节电的整体解决方案中的照明节电。
四、小结
华亿公司是目前节能行业中操作煤矿项目最多的节电公司，针对煤矿的特点提出了一揽子解决方案。节电设备在山东、河北、东北等煤矿应用广泛。
