礦山生產(chǎn)中電氣自動化的節(jié)能設(shè)計技術(shù)探索

陳光遠

（河鋼集團司家營研山鐵礦，河北 唐山 063701）

自改革開放以來，我國的工業(yè)和國民經(jīng)濟得到了快速的發(fā)展，對于各類資源的需求量不斷上升，在礦物質(zhì)開采時，如果能夠建設(shè)全自動化的智慧礦山生產(chǎn)體系，將會極大地提高開采效率，還能更好地保證礦山作業(yè)時的安全性。自十八大以來，黨和國家再將強調(diào)了綠色發(fā)展觀的概念，綠色礦山成為了新的關(guān)注點，也是目前的礦業(yè)所必需要面對的問題。所以，礦山的自動化建設(shè)對礦山的未來發(fā)展具有十分重要的應(yīng)用意義[1]。

1 礦山自動化設(shè)備的重要意義

首先，開采作業(yè)的全面實時監(jiān)控。在礦山自動化體系中，電氣技術(shù)和信息技術(shù)的結(jié)合是最為直接有效的手段，電氣自動化技術(shù)與信息技術(shù)的融合可以讓整個礦山的開采工作達到一個新的技術(shù)高度。比如在日常的開采作業(yè)中，通過信息技術(shù)和遠程監(jiān)控技術(shù)，可以對開采的整個過程實施全面的監(jiān)控?，F(xiàn)代化的礦山開采技術(shù)，是多個領(lǐng)域技術(shù)的結(jié)合，先進的監(jiān)控體系和定位技術(shù)可以讓開采作業(yè)得到更多的安全保障，通過礦山自動化設(shè)備來實現(xiàn)礦山工藝設(shè)備的電氣自動化控制，讓整個礦山的各個角度都得到有效的監(jiān)控，快速精準地發(fā)現(xiàn)險情和問題，從技術(shù)的角度來保證礦山開采的整體效率。其次，有效預(yù)防安全事故的發(fā)生。在礦山開采中，安全始終是要放在第一位的，每一個礦山都有嚴格的安全防范制度，但是在實際的作業(yè)過程中，會出現(xiàn)不按規(guī)格開采的情況，如果可以用監(jiān)控體系來加以管理，就可以有效地防止這些情況的發(fā)生，將監(jiān)控管理人員發(fā)現(xiàn)礦工在開采的過程中存在安全方面的隱患時，就可以及時地加以糾正和制止，能夠有效的預(yù)防安全事故的出現(xiàn)。自動化技術(shù)最基本的特點是自動化和先進性，自動化是指在較少人工干預(yù)的情況下，機械可以自主地完成一些復(fù)雜的開采任務(wù)，機械的行為是由計算機控制，通過自動化機械來代替人工開采不僅能夠提高效率，減少人工投入，還能極大地提升生產(chǎn)時的安全系數(shù)[2-5]。

2 自動化技術(shù)在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 在提升設(shè)備中的應(yīng)用

在礦山內(nèi)部開采完礦物之后，都需要由提升設(shè)備來將礦物運輸?shù)骄?，可以說提升設(shè)備是連接礦井上下的重要中間體，如果可以提高提升設(shè)備的安全性和效率，就可以較為直接地提升生產(chǎn)效率。在現(xiàn)代化的提升機中，其控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)是相對獨立的，并且在人工智能的干預(yù)下，控制系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)功能也會讓提升機有自我診斷。對于自動化技術(shù)下的提升機來說，其工業(yè)關(guān)注度和業(yè)內(nèi)認可度都很高，應(yīng)用前景十分廣闊。

2.2 在裝卸礦過程中的應(yīng)用

礦物在開采之后需要進行裝卸運輸，在裝卸的過程中，一是要保障工作人員的安全，二是要提升工作效率和工作質(zhì)量，自動化裝卸可以更好地控制裝卸過程，將人為的錯誤因素降到最低，從客觀上來說可以提升裝卸作業(yè)的效率和質(zhì)量。隨著大型機械以自動化機械的發(fā)展，叉車、鏟車等工具變得更加智能化，裝卸工程對于人工的依賴度也快速下降，在礦山自動化設(shè)備中，裝卸設(shè)備占據(jù)著非常重要的地位，裝卸設(shè)備自動化使得裝卸工作更加快速安全，節(jié)省了大量的人力資源和成本支出。

2.3 在檢測活動中的應(yīng)用

在檢測活動中，井下人員的作業(yè)情況和出勤情況都在考察范圍之內(nèi)，并且為了充分保障安全作業(yè)。在自動化技術(shù)中的動態(tài)目標監(jiān)控定位系統(tǒng)中，通過通信技術(shù)等多項技術(shù)的使用，可以實現(xiàn)全自動化的控制，包括對圖像進行實時的采集和通信，對于車輛等設(shè)備的自動化監(jiān)測控制等，可以實時掌握人員及車輛的位置信息，便于調(diào)控。

3 礦山電氣自動化節(jié)能設(shè)計原則

3.1 安全性

電氣自動化工程開展過程中，電氣設(shè)備的安全運行是非常關(guān)鍵的，這不僅僅是為了更好的完成節(jié)能，在很大程度上也關(guān)系著生產(chǎn)作業(yè)的安全性，因此要將電氣自動化的相關(guān)技能設(shè)計應(yīng)用在實際的電氣自動化工程中，一定要保證相關(guān)節(jié)能設(shè)計的安全性，這樣才能更好的保證礦山電氣自動化工程的有效運行。首先從材料來說，礦山電氣自動化節(jié)能設(shè)計中所應(yīng)用的相關(guān)材料要有相應(yīng)的安全標準其次，在相關(guān)設(shè)計應(yīng)用過程中要進行安全檢測，避免其中出現(xiàn)問題，影響最終的電氣自動化工程質(zhì)量。

3.2 先進性

當前科學(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展越來越多，新的節(jié)能設(shè)備和技術(shù)涌現(xiàn)出來，在很大程度上推動了我國當前礦山電氣自動化工程的發(fā)展。因而在相關(guān)節(jié)能設(shè)計的應(yīng)用過程中，也要盡可能結(jié)合實際情況，引進相對先進的節(jié)能技術(shù)，保證相關(guān)節(jié)能設(shè)計走在行業(yè)前端，保證最終電氣工程節(jié)能效果可以最大化實現(xiàn)。

3.3 可持續(xù)性

新時期，我國重點強調(diào)實施可持續(xù)發(fā)展理念，為了與時代發(fā)展相適應(yīng)，礦山電氣工程自動化設(shè)計也需要以可持續(xù)性為原則。這就需要從長遠的角度進行考慮，并樹立節(jié)能觀念，最大限度降低能源的消耗，以便為企業(yè)長遠發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3.4 優(yōu)化性原則

對礦山電氣自動化設(shè)計的目的進行分析，主要體現(xiàn)在對相關(guān)功能的優(yōu)化之上。具體地，在對電氣設(shè)備進行優(yōu)化處理時，相關(guān)人員需要嚴格做好對設(shè)備的實時檢測、查看以及分析與應(yīng)對工作，針對當前在運行上表現(xiàn)出一定劣勢的老舊設(shè)備，做好更換工作，或是通過科學(xué)而又合理的維修，達到對設(shè)備的優(yōu)化處理目的。如果礦山電氣設(shè)備的老舊程度太高，必須用新的、表現(xiàn)出更加優(yōu)異性能的設(shè)備將其替換，以此避免由于老舊設(shè)備運行不當或效率太低導(dǎo)致的能源浪費現(xiàn)象的發(fā)生?？偟脕碚f，優(yōu)化處理與替換可以促進礦山企業(yè)工作效率的有效提升，助力自動化節(jié)能目標的實現(xiàn)。

3.5 創(chuàng)新環(huán)保原則

為了更好地與城市的發(fā)展相適應(yīng)，礦山電氣自動化應(yīng)在設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用上緊緊貼合時代的發(fā)展及變化，不僅在技術(shù)的研發(fā)上追求創(chuàng)新性，還要在技術(shù)應(yīng)用上彰顯節(jié)能環(huán)保理念。因此，礦山電氣自動化工程節(jié)能技術(shù)設(shè)計人員應(yīng)在設(shè)計工作的開展過程中嘗試運用各種新技術(shù)，使用那些可以切實優(yōu)化設(shè)備運行技能、提高其運行效率的技術(shù)。

舉例而言，在礦山電氣自動化工程的照明系統(tǒng)中，采用的傳統(tǒng)照明設(shè)備及技術(shù)需要借助于電力系統(tǒng)的支持而發(fā)出光亮，但是在現(xiàn)如今，通過采取對相應(yīng)創(chuàng)新手段，可以應(yīng)用太陽能這一新能源，白天對太陽能能量的吸收及儲存操作，并經(jīng)過相應(yīng)的處理將這些能量轉(zhuǎn)化為照明所需的電能，到了晚上，便可以不以直接的電力供應(yīng)為支撐很好地達到照明的目的，總得來說，這種技術(shù)手段及方法的采用不僅可以滿足創(chuàng)新要求，還十分得環(huán)保。

4 實現(xiàn)電氣工程自動化的節(jié)能設(shè)計技術(shù)的策略

4.1 合理選擇變壓器

變壓器在礦山電氣節(jié)能體系中起到重要作用，理論上變壓器不僅能夠承擔較重的供電任務(wù)，同時自身在運行過程中也會產(chǎn)生顯著的運行成本。控制變壓器運行成本、降低變壓器運行過程中的能量消耗同樣體現(xiàn)礦山電氣的節(jié)能理念。企業(yè)在選擇變壓器的過程中要考慮到諸多性能因素以及變壓器的使用成本，部分變壓器在初期使用成本方面具有一定優(yōu)勢，自身容量性能也能夠滿足設(shè)備使用需求，但是在后續(xù)使用過程中的節(jié)能與成本控制效果并不理想。由此可見企業(yè)選擇變壓器時要秉承全周期思想，通盤考慮變壓器整個使用周期中的運行、保養(yǎng)等多個環(huán)節(jié)，綜合計算礦山電氣使用的全部成本，從而達到控制變壓器運行成本的效果。若企業(yè)生產(chǎn)模式耗能較高，則應(yīng)當選擇環(huán)保型變壓器，盡量減少變壓器使用過程中的能量消耗并達到節(jié)能效果。另外企業(yè)礦山生產(chǎn)體系中往往配置有多臺各種型號的變壓器，不同變壓器的服役時間、工作時間各異，因此變壓器當前的狀態(tài)也是不同的。企業(yè)應(yīng)當建立對現(xiàn)有變壓器設(shè)備的完整臺賬，對使用時間較長的變壓器進行必要的技術(shù)改造，從而發(fā)揮變壓器在礦山電氣節(jié)能體系中的潛力，充分發(fā)揮變壓器在礦山電氣體系中的作用[6]。

4.2 提升AVC系統(tǒng)性能

在電網(wǎng)中，AVC系統(tǒng)指的是電網(wǎng)的自動電壓無功控制，其能夠保證電能質(zhì)量、輸電效率，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，使供電系統(tǒng)穩(wěn)定、經(jīng)濟地運行。因此，如果對該系統(tǒng)稍加改動，即可提升電網(wǎng)的節(jié)能運行性能。而目前我國的AVC系統(tǒng)缺乏全局運行的監(jiān)視、系統(tǒng)數(shù)據(jù)太多人工處理麻煩，使得工作效率低等問題。所以要想發(fā)展AVC系統(tǒng)則需要改進系統(tǒng)的界面，使得數(shù)據(jù)更加直觀；提升AVC系統(tǒng)的分析功能，使其達到人工智能的水平，能在不斷的分析結(jié)果中不斷學(xué)習(xí)，從而達到精確的自我分析來幫助工作人員判斷。

4.3 更換線路傳輸

線路中的傳輸損耗主要由導(dǎo)體發(fā)熱產(chǎn)生。而導(dǎo)體發(fā)熱的主要原因是由于電阻阻值偏大，導(dǎo)致流過的電能被轉(zhuǎn)化為了熱能，因此只要合理降低傳輸線路上導(dǎo)體的電阻即可降低損耗。降低導(dǎo)體的電阻，一般可以采用適當增大導(dǎo)體截面積的方法。目前在我國的配電網(wǎng)中，部分線路還存在著導(dǎo)體截面小、線路老化、線損率較大的情況。此外，配電網(wǎng)中的變壓器也存在基本參數(shù)偏大的情況。所以，應(yīng)更換老化的設(shè)備與高能耗的線路和變壓器，還要加強建設(shè)出更加合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

4.4 實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計控制

電氣行業(yè)會隨著時代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生新的突破，所以，實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計控制也是電氣行業(yè)發(fā)展的必然現(xiàn)象。目前，在我國的一些電氣工程中，已經(jīng)實現(xiàn)了部分節(jié)能設(shè)計化。但是，由于一些地區(qū)經(jīng)濟落后，所以在電氣工程節(jié)能設(shè)計化設(shè)計上，沒有進行較多的投入，所以整體的節(jié)能設(shè)計化發(fā)展受到了一定程度上的制約，未能實現(xiàn)全部節(jié)能設(shè)計化。不過，由于我國科學(xué)發(fā)展十分迅速，相信不久后，節(jié)能設(shè)計化的范圍就會被不斷擴大，而且節(jié)能設(shè)計化的應(yīng)用也會不斷地被普及。

4.5 優(yōu)化節(jié)能設(shè)計方案

在對電氣工程進行相關(guān)節(jié)能設(shè)計的過程中，涉及的方面較為寬泛，而且整個操作的過程十分復(fù)雜，這就要求相關(guān)的電氣設(shè)計人員擁有非常足夠的設(shè)計經(jīng)驗以及專業(yè)能力，才能夠?qū)﹄姎夤?jié)能方面的相關(guān)內(nèi)容進行十足的掌握，按照國家規(guī)定的規(guī)范和原則進行科學(xué)合理的設(shè)計。這使得電氣工程最終呈現(xiàn)出來的效果符合國家標準，而且在性能以及外觀上都得到一定程度上的保障。在我國以前的傳統(tǒng)設(shè)計中，主要是依靠人工來實現(xiàn)電氣工程的整體設(shè)計，所以在進行設(shè)計的過程中需要大量的成本，進行人力的投入，而且人工操作難免會產(chǎn)生誤差，不同設(shè)計人員之間也難以實現(xiàn)完美配合。所以，在設(shè)計過程中經(jīng)常會出現(xiàn)問題，由此我國傳統(tǒng)電氣設(shè)計質(zhì)量相對較低。但是，隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)階段，設(shè)計人員已經(jīng)能夠成功地采用CAD技術(shù)，對相關(guān)的設(shè)計進行科學(xué)的優(yōu)化和統(tǒng)籌，在一定程度上，縮短設(shè)計周期，而且也能夠為設(shè)計質(zhì)量提供保障。在進行設(shè)計的過程中，遺傳算法是較常用的，這種算法在先進性、實用性以及高效性上都有較為優(yōu)異的表現(xiàn)。

4.6 應(yīng)用有源濾波器

信息設(shè)備應(yīng)用過程中很容易出現(xiàn)濾波，從而使得設(shè)備的使用性能受到一定影響，甚至?xí)斐稍O(shè)備質(zhì)量的損傷，造成資源浪費。而利用有源濾波器就可以從根源上消除濾波，從而降低能源損耗，是在節(jié)能設(shè)計的過程中，也可以通過應(yīng)用有源濾波器來降低能源損耗。

4.7 電氣自動化工程中電力電纜的節(jié)能設(shè)計

作為輸配電系統(tǒng)中非常重要的組成部分之一，電力電纜是構(gòu)成了工程施工建設(shè)的一項主要成本，且費用支出非常大，而要想做好后期電力電纜的維護工作，同樣需要投入很高的費用。因此，在應(yīng)用電力電纜時，應(yīng)與電流密度、線纜本身所具有的強度等相關(guān)指標相結(jié)合，做好電纜截面的設(shè)計工作。通常，電纜材質(zhì)以鋼、鋁為主，由于受到電纜自身特性的束縛，其可選擇范圍比較小[7,8]。

在電纜的選擇時，應(yīng)將成本作為重要的考慮因素之一，在節(jié)能性以及安全性的基礎(chǔ)上進行選擇，以這兩個指標為考慮視角，鋼材電纜無論是在使用安全性上，還是節(jié)能性上，均明顯優(yōu)于鋁材電纜。相較而言，銅電纜截面要寬于鋼電纜與鋁電纜，到底選用哪種材質(zhì)的電纜，需要與電氣自動化工程的實際施工環(huán)境相結(jié)合，從整體層面上考慮，目前銅電纜的應(yīng)用率要更高一些。

4.8 節(jié)能環(huán)保機制

電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用不僅能提升工藝流程的智能化水平，還能為順利開展節(jié)能環(huán)保工作提供支持，從而維持綜合應(yīng)用效率。特別是在冶煉等環(huán)境污染性較大的產(chǎn)業(yè)體系中，電氣自動化控制技術(shù)能夠發(fā)揮重要作用。在實際冶煉生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生較多的廢料和廢渣，這不僅會對環(huán)境產(chǎn)生影響，還會制約整個行業(yè)的環(huán)保發(fā)展，因此匹配電氣自動化控制技術(shù)以建立對應(yīng)的環(huán)保冶煉模型勢在必行。在冶煉過程中應(yīng)用電氣自動化控制技術(shù)主要是借助該技術(shù)監(jiān)督整個過程，并實時檢測分析工藝流程結(jié)束后產(chǎn)生的廢物，跟蹤監(jiān)管可以重復(fù)回收利用的金屬材料，之后應(yīng)用對應(yīng)技術(shù)和檢測系統(tǒng)回傳相關(guān)信息，然后由控制中心在獲取信號后完成二次冶煉。對于不能重復(fù)利用的廢渣廢料則統(tǒng)一收集處理，從而在一定程度上減少污染物的排放量，為環(huán)境管理工作的全面優(yōu)化提供支持。

另外，在冶煉工業(yè)廢水處理環(huán)節(jié)中應(yīng)用電氣自動化控制技術(shù)也具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢，功能主要是監(jiān)督大功率電氣控制設(shè)備，并配合使用恒波檢測裝置及時匯總廢水的相關(guān)信息。若有害物質(zhì)超標，它能直接操作自動化控制器完成廢渣的過濾處理，從而提升環(huán)保質(zhì)量，避免嚴重的環(huán)境污染影響行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

5 電氣自動化工程中節(jié)能技術(shù)的改進方向

為了強化電氣自動化系統(tǒng)運行能力，有效地降低電氣自動化系統(tǒng)能源消耗，需要做好節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新與改進工作。其一，應(yīng)針對性地改造節(jié)能技術(shù)。舉例而言，設(shè)計人員可以通過對發(fā)動機性能的優(yōu)化達到降低發(fā)動機耗電量的目的，以此實現(xiàn)對節(jié)能要求的有效滿足；可借鑒國外優(yōu)秀節(jié)能經(jīng)驗，對性能更加優(yōu)異的發(fā)動機進行科學(xué)且合理的設(shè)計，這又進一步要求對各個時期用電情況進行調(diào)節(jié)，通過對設(shè)備使用功率的降低達到合理用電以及合理分配電力資源的目的，以此強化電力資源系統(tǒng)運行能力。其二，應(yīng)對手動等方式加以采用提高電氣設(shè)備運行工作效率?？梢栽谌斯げ僮鞯闹С窒聦€人與單位之間的用電需求加以平衡，以此提升電氣自動化系統(tǒng)運行效率，對此，又需充分考慮，采用科學(xué)且合理的辦法，提升電氣自動化節(jié)能水平。舉例而言，為了達到用戶用電效率的提高目標，以滿足生產(chǎn)相關(guān)要求為前提，采用微型電機加以，以此保證電氣設(shè)備運行效率，并達到節(jié)約用電目標。微型電機應(yīng)具有自動變頻控制功能，這可以確保發(fā)動機在一個較小用電負荷下表現(xiàn)出較高的功率。上述方法無需增加校正設(shè)備，并不會增加投資，且成本效益理想，能夠借助于手動支持實現(xiàn)系統(tǒng)功率因素的增加。

6 結(jié)論

總之，隨著我國現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山生產(chǎn)中的電氣工程都在運用節(jié)能技術(shù)進行生產(chǎn)以節(jié)約人力物力財力，幫助企業(yè)高效快捷地進行生產(chǎn)并且節(jié)約資源。我國技術(shù)發(fā)展水平的飛速成長，我國電氣行業(yè)的技術(shù)設(shè)備的完善，為以后礦山生產(chǎn)中電氣自動化的發(fā)展奠定了重要的基礎(chǔ)，為電氣的安全性通過科學(xué)合理的方法做出了保障，提升了礦山電氣工程自動化及其節(jié)能技術(shù)在我國電氣行業(yè)的地位。