【摘 要】近年来，随着我国金属矿藏采集规模的扩大，矿山电气节能技术应运而生，作为矿山开采的主要生产设备，其节能技术的拓展不但为矿产开采行业提供了可持续发展的重要保障，也降低了电气消耗成本，并达到了理想的开采环保效果。本文围绕有色矿山——铜矿山为背景，探讨了铜矿山电气节能技术在供配电系统、用电设备以及照明节能等方面的现实应用。
【关键词】电气节能技术 铜矿山 供配电系统 用电设备 照明系统 应用
在铜矿山这样的有色金属矿区中，用电设备相对容量大而集中，很容易造成电气耗能的高负荷状况，影响矿山开采技术的顺利展开。为了响应国家“节能降耗”的基本国策，大力发展节能技术与节能节电设备已经成为了目前矿山开采工作的当务之急。根据铜矿山的开采特点及节能技术特点来看，目前应该以供配电系统、用电设备与电气照明三方面为主展开工作，为矿山施工工作的长期稳定运行而奠定低能耗基础。
1 供配电电气系统的节能技术应用
1.1 供电系统的节能技术
根据经验来看，铜矿山多处于较为偏远的深山区域，因此在供电系统设置方面每一级变电所之间相差距离都较远，整体处于地区供电系统的末端位置，供电电压保持在35kV、110kV两种架空线路环境下。所以从用电经济角度讲，应该依据用电负荷利用导线截面来校验供电系统的电压降，这种做法能够极大程度的降低线路损耗，同时也满足电气节能的基本要求。但是因为采用了大导线截面，因此在供电架空线路的初期建设过程中必然会增加成本投入。但如果铜矿山供电系统每年最大利用负荷按照Tmax>7000h来计算，铜矿山预估在4～5年时间内就可以收回投资成本。所以从铜矿山开采的长远发展角度来看，依据经济电流来选择线路导线大截面对节能降耗是相当有利的。
铜矿山供电系统所支持的主力用电设备通常都集中于露天矿采矿区域、井内采矿区域以及选矿厂，所以矿区中供电系统和降压变电系统的位置应该选择位于采矿区域和选矿厂为最佳，因为一方面它要考虑到变电所的进出线方向，另一方面也要考虑到架空线路及电缆在线路功耗方面的消耗损失原则，确保矿区能够在一次性投资与节能降耗两方面都可以产生较为理想、直接的经济效益。
1.2 配电系统的节能技术
1.2.1 高压低压电气设备的节能配电选择
依据铜矿山用电负荷的基本特征，应该结合电气设备的投资、运营及管理策略来设计配电系统，运用合理的节能技术实现对配电系统运行效率的优化，正确构造配电系统。就以矿区的选矿厂为背景，对选矿厂的配电系统节能设计应该首先考虑它所拥有的生产功能。比如对一些6kV左右的高压用电设备如破碎机、球磨机等就应该按照它们的容量与工作特征来设立高压供电分区，进而实现对电气节能生产的具体要求。而对220/380V的低压用电设备如给料机、浮选机、起重机、砂泵来说，也要根据它们的工作容量和特点来实现低压供电分区配备。比如将每一台变压器都设定为一个低压供电分区，另外将变压器设置于选矿厂的负荷中心位置，进而降低低压侧线路长度和线路损耗降水平，这种对线路的技术改良也能达到一定的节能节电目的。
1.2.2 无功补偿技术
无功补偿技术就是通过高压并联电容器与低压静电电容器来实现对电气设备的无功补偿过程，并提高可供供配电系统所正常运行的功率因数，它也是铜矿山乃至所有有色金属矿山在节约电能能源方面的最有效途径之一。
（1）无功补偿提高功率因数。由于利用到了高压并联电容器与低压静电电容器技术，为了提高功率因数，应该选择适合于工程的电动机及变压器，并合理制定容量，以便于快速提高配电系统的自然功率因数。如果不能及时达到配电系统功率因数要求，则要根据负荷来进行功率因数计算，并利用电容器进行无功补偿从而提升功率因数。（2）无功补偿的基本原则。无功补偿要符合5项基本原则，以下将进行一一阐述。
第一，在无功补偿原则中，要遵循高压电气设备由高压电容器补偿，而低压电气设备由低压电容器补偿的相对应原则。第二，如果在高低压自动补偿装置无功补偿效果相当时，应该考虑采用低压自动补偿装置进行无功补偿。第三，在对高低压的电容器组进行无功补偿过程中，最好选择在变配电所中进行集中补偿。第四，对于一些容量较大且能够长期负载稳定运行的电气设备要进行单独的、就地的无功功率补偿。第五，在无功补偿过程中也要考虑谐波因素的影响，所以高压及低压电容器应该选择串联形式及参数都适当的电抗器进行无功补偿。
1.2.3 对无功补偿技术的计算
首先基于功率因数进行无功补偿容量的计算，其公式应该表示为：
在公式（1）中，P表示有功功率（kW）、S表示视在功率（kV·A），而则为功率因数。在对有效功率输出进行增加时，要相应进行补偿容量计算。此时也要明确变压器有功功率输出能力与负载功率因数之间的变量关系，其表达公式应该为：
在公式（2）中Q表示无功功率（kW）。总体而言，无功补偿不但可以大幅提升功率因数，也能对降低变压器无功损耗起到正向作用，对变压器工作效率提升相当有帮助，所以铜矿山等有色金属矿山可以考虑这种无功补偿技术来为配电系统进行功率因数方面的优化。在无功补偿之后，一般都会使功率因数>0.9[1]。
1.2.4 变频节能
对没有满负荷的沙泵和水泵继续加装变频节能控制来调节。
2 用电电气设备的节能技术应用
对铜矿矿山选矿厂来说，每一道生产工序都会消耗大量的能源，而且很可能由于供矿能力的不足而造成电气设备处理能力的低下。本文对选矿厂的选矿生产中所涉及的磨矿机（球磨机）进行节能方面的技术应用分析。铜矿山选矿厂选矿生产工艺流程图1所示：
如表1为铜矿山选矿厂选矿时各电气设备的耗能数据状况。铜矿山矿区在选矿生产过程中要实施开路破碎流程，一般开路破碎的最终粉矿粒不但粒度较粗而且难以控制其尺寸，标准的设计要求为-25mm，而在实际生产中，符合开路破碎要求的矿石只能达到75%左右，剩余的25%则只能达到-30～-35mm的矿粒度。所以必须调整磨矿机的生产效率与研磨作业总体能耗，选择适宜于生产的给矿粒度。按照Rowland的节能功耗理论要求，矿山磨矿机的作业效率应该与给矿粒度之间存在紧密关系，所以这里有必要对球磨机作出给矿粒度F0的计算，如下算式：
球磨机：F0b=16000 x 15/Wib （3）
在公式（3）中，F0b代表球磨机的最佳给矿粒度（μm），而Wib则表示球磨机的平均功耗指数（kW·h/t）。按照功耗学标准来看，当磨矿机的给矿粒度达到15mm或以上时，碎磨的总能耗应该达到最低值，所以铜矿山选矿厂应该基于这一标准来考虑磨矿机碎磨车间的粒度数值。为了提升磨矿机作业质量，选矿厂应该选择球磨机进行磨矿作业，因为球磨机的给矿相对比传统的棒磨机更加细腻，基本可以保持在-18mm或者更细，真正能够达到“多碎磨少”的目的。将粉矿粒度控制在-18mm范围内，在提升球磨机效率的同时也降低了碎磨作业的整体能耗，就此磨矿机的整体生产效率就获得了一定水平的提升。
另外还有闭路碎矿，它也是能够将铜矿山粉矿粒度控制在-18mm甚至更好的细腻程度。按照铜矿山磨矿部门的整体预估，如果能够将磨矿机整体处理量提升到20万t甚至以上，选矿厂的总体能耗就会有显著降低，可达到平均每年节约电能400～450万kWh[2]。
3 照明电气设备的节能技术应用
照明电气设备的节能技术主要应该集中在照度标准的选择上，选择适合于矿区生产的照明设备，并采用合理的安装方法。本文依据合理性这一条来阐述照明控制技术的实施。
3.1 照明电气设备的节能原则
首先要根据不同的矿区、不同的场合进行不同照明亮度、照明功率密度与视觉要求的规定选择。其次在电子镇流器的选择方面，应该选择功率因数较高且具有节能效果的镇流器类型。而荧光灯方面其单灯功率因数选择≥0.9为宜，气体放电灯的功率因数则应该≥0.80。最后，在主照明电源线路选取方面应该做到三相供电设计，降低电压的不必要损耗，同时要采用三相照明负荷平衡技术来降低光源发光效率在照明系统运行时所受到的外界影响。
3.2 照明电气设备的技术选择
在照明电气设备的技术选择方面要围绕光源的色温、光效、显色指数等来进行选择，尽量以高效、高功率因数的节能型光源为选择目标，为节约能源奠定基础。通常情况下，矿区照明不应该采用荧光高压汞照明灯，而应该采用金属卤化物灯作为照明替代。从节能技术角度讲，在照度要求相同的情况下，最好采用紧凑型的节能荧光灯作为白炽灯的替代品，因为这样可以取得较为明显的节电效果。比如说用用25W的紧凑型荧光灯就可以代替100W的白炽灯，实现75%的电能节约水平。而荧光灯的光源选择方面则推荐采用T8型紧凑荧光灯为最佳[3]。
4 结语
通过本文简单的剖析可见，诸如铜矿山这样的有色金属矿山在节能技术选择方面已经随着能源需求与矿山开采规模的扩大而扩大，逐渐呈现出了供不应求的发展趋势。所以为了满足当代社会工业发展的基本需求，应该将考虑如何将优先的能源应用到无限的能源开采与创造过程中，形成一种以电气节能意识为主的良性工业发展循环，将更多节能技术与节能应用运用到矿山开采工作中，实现高效率开采、低成本输出的的矿山能源开采体系。
参考文献：
[1] 周宾.矿山电气节能技术及其应用研究[J].黑龙江科技信息，2015（4）：82-82.
[2] 徐进军.电气节能技术在某矿山改造工程中的应用[J].现代矿业，2012（10）：132-133.
[3] 牟曙光.有色矿山电气节能措施的探讨[J].有色矿冶，2012（2）：89-91.
相关热词搜索： 探究 矿山 及其应用 节能技术 电气
