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[摘 要]本文主要从煤矿供配电系统节能设计的必要性，以及供配电系统的节能途径，论述了供配电系统总体设计的节能措施，最后提出了必须加强煤矿企业供配电节能管理。
[关键词]煤矿；供配电；节能设计；措施
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0279-01
电能作为煤矿企业的主要动力能源，每年有55%～70%的能源消耗都是电能，电费支出占煤矿企业每年成本支出的15%左右，管理不到位的企业甚至更高。由于大部分煤矿企业还处于粗放式生产，对日常生产中电能的浪费不是很在意，尤其是在井下“大马拉小车”的现象非常普遍，造成井下电能的利用率也只有50%左右，经济效益非常差，增加了原煤成本。传统供配电系统设计中仍然存在着能源利用率低等问题影响到了整体设计水平，为了更好地利用电能，最大限度地降低企业成本，在煤矿供配电系统设计时应充分考虑节能措施。以下就煤矿供配电系统设计节能方面进行简单的论述。
1 煤矿供配电系统节能设计的必要性
经过大量的实践研究表明，在原有供配电系统设计中电网损耗占据了总发电率的6%，因而在此基础上煤矿行业在供配电系统设计过程中必须大力倡导节能设计理念，提升能源利用效率，最终达到高效率运行状态。此外，煤矿供配电系统节能设计目标的实现亦有助于缓解社会发展中存在的能源消耗问题，因而在此背景下，各地区政府部门在实施管理工作的过程中应充分运用媒体功能对节能设计的重要性展开广泛的宣传行为，且推动煤矿行业在供配电系统设计中能从照明设备选择入手迎合节能设计目标。
2 供配电系统的节能途径
设备电能损耗是指用电设备和配电设备。用电设备的浪费损耗是由于电动机、弧焊机、热处理、整流设备及照明等的电效率差造成的。仍就属于生产管理范围内需要解决的问题；供配电系统的电能损耗，是指变配电变压器、控制设备和输电线路的电能损耗。
2.1 供电系统的节能
变压器和输电线路是供电系统中的最基本的组成部分，是开展供配电系统管理的主要目标。首先是变压器，应选择新型节能产品。因为变压器有些损耗只和变压器自身因素有关，可选其有功和无功固有损耗低的变压器，另外的损耗不但与变压器自身因素有关外，还与变压器的负荷率的平方成正比。那么合理的选择变压器容量，是供配电系统降损的关键。
2.2 无功电力应就地平衡
目前的工厂多半都采取集中补偿法。在低压系统中，与变压器低压侧并联电容器，它可随着感性负载的变化而自动的切换投入的电容量，虽然此种办法只能使变压器及变压器以上的供电设备及供电线路减少无功传送带来的损耗，而电机线路的损耗仍然存在，但是这种控制比较容易实现，投资相对减少很多。维护费用也随之降低，又可保证电力部门对企业功率因数的要求，节约了电费成本，所以说，这是当前比较行之有效的补偿办法，也能达到无功电力的就地平衡。
2.3 正确的选择电动机的容量，提高自然功率因素
工厂中用电量绝大部分是电动机用电，从经济角度考虑，改善工厂企业设备工艺，提高自然功率因数是从本质上降低电气设备的无功消耗。通常工厂企业所需要用的无功功率中电动机占用的比例较多，达70%左右。因此，应在满足设备稳定运行，电机运行温度允许的条件下。尽量调小电动机容量，使其效率达85%～90%情况下运行，从而提高自然功率因数，减少人工补偿费用。
3 供配电系统总体设计的节能措施
3.1 供电电压等级和线路设计
大截面导线电缆，虽可达到节能目的，但无疑会增加投资，而小截面势必影响线路可靠运行，给安全生产带来危害和隐患，线路设计时应遵循以减少线路损耗为原则。电流通过配电线路时产生功率损耗，在具体工程中，线路上的电流通常维持不变，要减少线损就只能尽量减少线路电阻，因为线路电阻R在通過电流不变时，线路长度越长则电阻值越大，所造成的电能损耗也越大，所以应尽量选用电阻率较小的导线以减小电阻值，如尽量采用铜芯导线，其次考虑使用铝线，且尽力缩减导线长度，尽量敷设直线避免线缆转弯。在低压配电中，尽可能不走或少走回头路。变电所尽量靠近负荷中心，以减少供电半径。对于较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面。另外，可将某些季节性负荷的线路，用作常年使用的供电线路，以减少线路和电阻，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小线路损耗。
3.2 合理选用变压器和电动机
对于电压波动较大，为改善电能质量，可采用有载调压电力变压器。异步电动机是最常用的工业电动机，其主要经济指标为效率和功率因数，两者密切相关，在改善异步电动机效率的同时也改善了功率因数。异步电动机引起的无功功率约占总无功功率的3/4以上。在异步电动机空载时功率因数只有0.2～0.3，满载时功率因数可达0.85～0.89。设计时要正确选择容量，容量不能过大，应尽可使其能满负荷运行。一般异步电动机的额定功率和功率因数按负荷系数在75%～100%范围内设计，故电动机额定输出功率应选择为负荷功率的1.10～1.15倍为宜。工程实践中，电动机通常已由专业设备配套供给，节能措施必须尽可能的在运行中贯彻，减少电动机轻载和空载运行，采用变频调速控制电动机，使其在负载率变化时自动调节转速使其与负载变化相适应，以提高电动机轻载时的效率达到节约电能的目的。
3.3 提高供配电系统的功率因数
提高功率因数，可以减少线路无功功率的损耗达到节能的目的。输电线路损耗包括线路传输有功功率引起的线损和传输无功功率引起的线损。传输有功功率是为了满足设备功能所必须的，是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，无形中又增加了线路的功率损耗，这部分损耗是可以避免的。可通过减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数来实现，尽可能采用功率因数高的用电设备，如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备，如采用配有电容补偿的荧光灯等。此外，还可用静电电容器进行无功补偿。电容器可产生超前无功电流以抵消用电设备的滞后无功电流，从而提高功率因数。同时减少整体无功电流在具体设计时可采用高压集中补偿、低压分散补偿和低压成组补偿等方式，可根据实际情况选择补偿方式。
3.4 低压电器和照明器件的选择。
低压电器是量大面广的基础元件，就每只低压电器而言，所消耗的电能并不大，但总的用量大，在设计中可采用成熟、有效、可靠的节能型低压电器。照明节能设计要在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，最大限度的利用光能。要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下一般房间应优先采用高效发光的荧光灯及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房及室外照明等宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。此外，要推广使用电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等低耗性优的附件，公共建筑场所内的荧光灯可选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器等。另外，可改进灯具控制方式，根据照明使用特点采取分区控制灯或适当增加照明开关点。
4 加强煤矿企业供配电节能管理
在现代煤矿企业中，随着矿井采区的不断开拓，供电距离不断延伸，井下在用机电设备数量和负荷也不断增多。在实际生产中由于井下机电设备并不是由一个单位负责使用管理，造成井下供配电设备管理相对混乱，无法统计单位耗能量，因此不能实行指标考核办法。一些使用单位缺乏节能措施，机电设备空转及照明灯具长明的现象时有发生，造成能源大量浪费。为了节约电能，现代矿井应当充分利用先进技术，建立起一套完整的电力监控系统。实时掌握地面及井下大型用电设备的运转及耗能情况，并定期制作报表和参数曲线，分析整个矿井的用电量。根据一段时间内的观察制定出相应的措施，合理利用电能，同时还应加强职工管理和思想教育，树立节约用电的理念。
5 结语
综上可知，要求当代煤矿企业在对自身供配电系统进行设计的过程中应着重强调节能设计的重要性，且应从加强照明灯节能设计、提高系统功率因数、加强供配电节能管理及合理选用变压器和电动机等入手满足节能设计条件，并最终由此缓解当代社会发展过程中存在的部分能源较为匮乏的问题，且推动其朝着更为健康稳定的方向发展。
作者简介
王洋（1983-），辽宁大连人，毕业于辽宁工程技术大学职业技术学院电子技术专业，研究方向主要为供配电管理方面。
[关键词]煤矿；供配电；节能设计；措施
中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0279-01
电能作为煤矿企业的主要动力能源，每年有55%～70%的能源消耗都是电能，电费支出占煤矿企业每年成本支出的15%左右，管理不到位的企业甚至更高。由于大部分煤矿企业还处于粗放式生产，对日常生产中电能的浪费不是很在意，尤其是在井下“大马拉小车”的现象非常普遍，造成井下电能的利用率也只有50%左右，经济效益非常差，增加了原煤成本。传统供配电系统设计中仍然存在着能源利用率低等问题影响到了整体设计水平，为了更好地利用电能，最大限度地降低企业成本，在煤矿供配电系统设计时应充分考虑节能措施。以下就煤矿供配电系统设计节能方面进行简单的论述。
1 煤矿供配电系统节能设计的必要性
经过大量的实践研究表明，在原有供配电系统设计中电网损耗占据了总发电率的6%，因而在此基础上煤矿行业在供配电系统设计过程中必须大力倡导节能设计理念，提升能源利用效率，最终达到高效率运行状态。此外，煤矿供配电系统节能设计目标的实现亦有助于缓解社会发展中存在的能源消耗问题，因而在此背景下，各地区政府部门在实施管理工作的过程中应充分运用媒体功能对节能设计的重要性展开广泛的宣传行为，且推动煤矿行业在供配电系统设计中能从照明设备选择入手迎合节能设计目标。
2 供配电系统的节能途径
设备电能损耗是指用电设备和配电设备。用电设备的浪费损耗是由于电动机、弧焊机、热处理、整流设备及照明等的电效率差造成的。仍就属于生产管理范围内需要解决的问题；供配电系统的电能损耗，是指变配电变压器、控制设备和输电线路的电能损耗。
2.1 供电系统的节能
变压器和输电线路是供电系统中的最基本的组成部分，是开展供配电系统管理的主要目标。首先是变压器，应选择新型节能产品。因为变压器有些损耗只和变压器自身因素有关，可选其有功和无功固有损耗低的变压器，另外的损耗不但与变压器自身因素有关外，还与变压器的负荷率的平方成正比。那么合理的选择变压器容量，是供配电系统降损的关键。
2.2 无功电力应就地平衡
目前的工厂多半都采取集中补偿法。在低压系统中，与变压器低压侧并联电容器，它可随着感性负载的变化而自动的切换投入的电容量，虽然此种办法只能使变压器及变压器以上的供电设备及供电线路减少无功传送带来的损耗，而电机线路的损耗仍然存在，但是这种控制比较容易实现，投资相对减少很多。维护费用也随之降低，又可保证电力部门对企业功率因数的要求，节约了电费成本，所以说，这是当前比较行之有效的补偿办法，也能达到无功电力的就地平衡。
2.3 正确的选择电动机的容量，提高自然功率因素
工厂中用电量绝大部分是电动机用电，从经济角度考虑，改善工厂企业设备工艺，提高自然功率因数是从本质上降低电气设备的无功消耗。通常工厂企业所需要用的无功功率中电动机占用的比例较多，达70%左右。因此，应在满足设备稳定运行，电机运行温度允许的条件下。尽量调小电动机容量，使其效率达85%～90%情况下运行，从而提高自然功率因数，减少人工补偿费用。
3 供配电系统总体设计的节能措施
3.1 供电电压等级和线路设计
大截面导线电缆，虽可达到节能目的，但无疑会增加投资，而小截面势必影响线路可靠运行，给安全生产带来危害和隐患，线路设计时应遵循以减少线路损耗为原则。电流通过配电线路时产生功率损耗，在具体工程中，线路上的电流通常维持不变，要减少线损就只能尽量减少线路电阻，因为线路电阻R在通過电流不变时，线路长度越长则电阻值越大，所造成的电能损耗也越大，所以应尽量选用电阻率较小的导线以减小电阻值，如尽量采用铜芯导线，其次考虑使用铝线，且尽力缩减导线长度，尽量敷设直线避免线缆转弯。在低压配电中，尽可能不走或少走回头路。变电所尽量靠近负荷中心，以减少供电半径。对于较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面。另外，可将某些季节性负荷的线路，用作常年使用的供电线路，以减少线路和电阻，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小线路损耗。
3.2 合理选用变压器和电动机
对于电压波动较大，为改善电能质量，可采用有载调压电力变压器。异步电动机是最常用的工业电动机，其主要经济指标为效率和功率因数，两者密切相关，在改善异步电动机效率的同时也改善了功率因数。异步电动机引起的无功功率约占总无功功率的3/4以上。在异步电动机空载时功率因数只有0.2～0.3，满载时功率因数可达0.85～0.89。设计时要正确选择容量，容量不能过大，应尽可使其能满负荷运行。一般异步电动机的额定功率和功率因数按负荷系数在75%～100%范围内设计，故电动机额定输出功率应选择为负荷功率的1.10～1.15倍为宜。工程实践中，电动机通常已由专业设备配套供给，节能措施必须尽可能的在运行中贯彻，减少电动机轻载和空载运行，采用变频调速控制电动机，使其在负载率变化时自动调节转速使其与负载变化相适应，以提高电动机轻载时的效率达到节约电能的目的。
3.3 提高供配电系统的功率因数
提高功率因数，可以减少线路无功功率的损耗达到节能的目的。输电线路损耗包括线路传输有功功率引起的线损和传输无功功率引起的线损。传输有功功率是为了满足设备功能所必须的，是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，无形中又增加了线路的功率损耗，这部分损耗是可以避免的。可通过减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数来实现，尽可能采用功率因数高的用电设备，如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备，如采用配有电容补偿的荧光灯等。此外，还可用静电电容器进行无功补偿。电容器可产生超前无功电流以抵消用电设备的滞后无功电流，从而提高功率因数。同时减少整体无功电流在具体设计时可采用高压集中补偿、低压分散补偿和低压成组补偿等方式，可根据实际情况选择补偿方式。
3.4 低压电器和照明器件的选择。
低压电器是量大面广的基础元件，就每只低压电器而言，所消耗的电能并不大，但总的用量大，在设计中可采用成熟、有效、可靠的节能型低压电器。照明节能设计要在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，最大限度的利用光能。要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下一般房间应优先采用高效发光的荧光灯及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房及室外照明等宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。此外，要推广使用电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等低耗性优的附件，公共建筑场所内的荧光灯可选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器等。另外，可改进灯具控制方式，根据照明使用特点采取分区控制灯或适当增加照明开关点。
4 加强煤矿企业供配电节能管理
在现代煤矿企业中，随着矿井采区的不断开拓，供电距离不断延伸，井下在用机电设备数量和负荷也不断增多。在实际生产中由于井下机电设备并不是由一个单位负责使用管理，造成井下供配电设备管理相对混乱，无法统计单位耗能量，因此不能实行指标考核办法。一些使用单位缺乏节能措施，机电设备空转及照明灯具长明的现象时有发生，造成能源大量浪费。为了节约电能，现代矿井应当充分利用先进技术，建立起一套完整的电力监控系统。实时掌握地面及井下大型用电设备的运转及耗能情况，并定期制作报表和参数曲线，分析整个矿井的用电量。根据一段时间内的观察制定出相应的措施，合理利用电能，同时还应加强职工管理和思想教育，树立节约用电的理念。
5 结语
综上可知，要求当代煤矿企业在对自身供配电系统进行设计的过程中应着重强调节能设计的重要性，且应从加强照明灯节能设计、提高系统功率因数、加强供配电节能管理及合理选用变压器和电动机等入手满足节能设计条件，并最终由此缓解当代社会发展过程中存在的部分能源较为匮乏的问题，且推动其朝着更为健康稳定的方向发展。
作者简介
王洋（1983-），辽宁大连人，毕业于辽宁工程技术大学职业技术学院电子技术专业，研究方向主要为供配电管理方面。