引言矿井集中式降温系统在地面制冷机房安装制冷机组及相关机电设备，将2.5~5.0 ℃冷冻水输送至井下工作面，经过空冷器换热，工作面的环境温度下降5~8 ℃左右，湿度下降40%~50%，从而改善矿井作业环境，提高矿井生产效率。目前，降温系统制冷机组普遍采用电制冷机组，系统运行主要耗能为电能。根据热负荷情况，系统在夏季运行4~6个月。煤矿企业是用电大户，供电部门对工矿企业提出了严格的峰谷比、节能减排等要求，要求企业通过节电工作使各种产品耗电指标达到国内和国际先进水平，以提高企业经济效益。1电气节能技术的原则和措施1.1节能的原则工业生产采用的工艺各不相同，生产设备多选用专用设备。选择节能技术时，需要根据生产特点、经济效益等方面均衡考虑，以保证系统的合理性与科学性。主要包括以下原则[1]：（1）适用性。节能工作必须满足现有生产工艺需求，不影响产品的质量、性能和产量，不造成环境的恶化。（2）经济性。节能工作在原系统存在提升效率的基础上进行，通过更先进的技术、效率更高的设备等方式实现。因此，节能措施的投资应能够在3~5年收回。（3）可行性。节能工作不能造成其他费用的提高和额外工作的增加，如新增设备或系统虽然能够降低能耗，但同时会增加运行检修人员和时间，增加了成本。1.2节能的措施（1）电气系统设计优化。需要根据用电性质、用电容量选择合理的供电电压和供电方式，变配电站的位置应接近负荷中心，减少配电环节，配电级数一般不大于3级。电气主接线设计简单，以节省断路器、隔离开关、互感器、导体等一次设备投资。中压配电系统由传统的10 kV升至20 kV时，输送容量、供电半径增加1倍，线路上的功率损耗可以降低75%[2]。（2）合理选择电气设备。变压器运行过程存在空载损耗和负载损耗，根据工艺需求设计变压器的数量和容量，选择低损耗变压器，尽量控制变压器的负载率为70%~80%。还可以配置无功补偿装置，使系统功率因数为0.9~1.0，降低无功功率，提高用电效率。工业企业厂区面积较大，照明灯具数量多、功率大。传统光源多为钠灯、汞灯，具有能耗高、效果差、寿命短等不足，可以采用新型LED光源[3]。（3）合理选择用电设备。终端用电设备如风机、水泵、输送机、压缩机等的用电量及损耗占据很大比例。选择高效节能的产品，综合功率计算、功率损耗以及启动转矩、过载能力的校验，在满足机械负载要求的条件下，使电动机工作在经济运行范围内，可以实现节能。2案例概况某矿井制冷机房用电负荷主要包括电制冷机组、冷冻水循环泵、冷却水循环泵、冷却塔风机等。其中，一级电制冷机组为高压负荷，其余均为低压负荷。制冷机房内设10 kV变电所，系统采用单母线分段形式，以10 kV电压供电一级电制冷机组，同时设置2台2 000 kVA配电变压器（预留后期低压容量），为低压负荷供电，两台变压器互为备用。制冷机房电气主接线方式如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.002.F001图1制冷机房电气主接线方式经统计，地面制冷机房用电计算负荷约1 985 kW，高压计算负荷731 kW，低压计算负荷1 254 kW。制冷系统夏季运行5个月，正常生产时每月用电量约100万kWh，年总用电量约500万kWh。用电成本约占总生产成本的90%以上。案例工程制冷机房的电气设计和运行过程中的电气节能尤为重要。3电气节能技术应用3.1变压器节能变压器损耗主要有空载损耗、负载损耗、介质损耗和杂散损耗。其中，介质损耗和杂散损耗数值相对较小，可忽略不计。空载损耗主要是铁芯损耗，由磁滞损耗和涡流损耗组成，与铁芯的磁通密度、材料性能、芯片厚度等有关，是变压器的固有特性。负载损耗主要为负载电流通过绕组时产生的损耗，其值与负载电流的二次方成正比，与变压器运行状态有关。选用节能型变压器，型号为SCB13-2000/10/0.4 kV，与SCB11型变压器相比，空载损耗和负载损耗降低明显。变压器有功功率损耗ΔPT为：ΔPT=P0+β2PK (1)变压器无功功率损耗ΔQT为：ΔQT=Q0+β2QK (2)变压器年综合有功电能损耗WP为：WP=HpyΔP0+τβ2ΔPK (3)式中：P0——变压器空载有功损耗，kW；β——变压器负荷率，%；PK——变压器负载有功损耗，kW；Q0——变压器空载无功损耗，kW；QK——变压器负载无功损耗，kW；WP——变压器年综合电能损耗，kWh；Hpy——变压器年带电时长，取3 600 h；τ——变压器年最大负载损耗时长，取2 200 h。变压器参数取自《三相配电变压器能效限定值及能效等级》（GB 20052—2020）[4]。cosφ=0.92。变压器节能效果比较如表1所示。选择节能型低损耗变压器，变压器损耗全年可以节约电能3.83 MWh。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.002.T001表1变压器节能效果比较项目SCB11-2000kVA/10/0.4 kVSCB13-2000kVA/10/0.4 kV空载损耗/W2 4401 760负载损耗/W13 60012 240负载率/%6868有功损耗/kW8.737.42年综合有功电能损耗/kWh22 619.018 787.53.2电动机变频节能变频器通过改变电动机电源频率实现速度调节，是高效率、高性能的调速手段。制冷系统配置3台冷冻泵和3台冷却泵（两用一备），功率均为185 kW，电气配电设计采用变频器供电，降低了启动电流和水泵运行能耗。根据风机、水泵的负载特性，电动机功率P为：P=kcQH/ηηc×10-3 (4)f1/f2=n1/n2 (5)P1/P2=(n1/n2)3=(f1/f2)3 (6)式中：P——电动机功率，kW；kc——备用系数；Q——流量，m3/s；H——扬程，m；η——效率，%；f——频率，Hz；n——转速，r/min。水泵的轴功率与转速、流量、频率的三次方成正比。如果水泵不采用变频控制，一直处于工频(50 Hz)额定功率运行，但是制冷系统的工况根据热负荷不断变化，并非一直处于设计最大热负荷。电动机选型一般会预留裕量，因此水泵运行在额定功率的80%~90%即可满足要求。变频器节能效果比较如表2所示。与工频运行相比，采用变频器启动控制，全年可以节约电能722.9 MWh。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.002.T002表2变频器节能效果比较运行工况运行频率/Hz电动机实际功率/kW电动机数量年运行时长/h年用电量/MWh工频运行50185.043 6002 664.0变频运行45134.843 6001 941.13.3照明节能照明节能是在保证照明质量，为生产、工作和生活创建良好光环境的前提下，尽可能节约照明用电量。照度水平应根据工作、生产的特点和对视觉的实际要求确定，不能盲目追求高照度。案例工程照明采用自然采光和灯具照明相结合、一般照明和局部照明相补充，照明灯具采用LED光源，高效能节能型[5]。制冷车间内，在机房设置30盏工厂灯，在监控室、电气间和办公室等设置48盏双管荧光灯。照明节能效果比较如表3所示。优化灯具布置、选用节能型灯具，全年可节约的电能5.47 MWh。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.06.002.T003表3照明节能效果比较灯具类型灯具功率/W灯具数量/个年运行时长/h年用电量/MWh传统灯具工厂灯150301 80011.940荧光灯40482 000节能灯具工厂灯70301 8006.468荧光灯28482 0004电气节能经济效益分析通过采用各种节能措施，案例工程全年可节约的电能732.2 MWh。案例所在地工业电价为1.2元/kWh，全年可以节约电费87.9万元。选用节能变压器、灯具和对电动机采用变频器增加初始投资约140万，投资回收期约1.6 a，系统正常运行两年即可完成增加投资的回收。5能源管理系统建立建立能源管理系统，对建筑物或工业生产线的实时能耗数据进行采集、监视，具有数据分类、趋势分析、指标追踪等功能，最终形成统计报表[6]。第一，能效目标管理。能源管理系统能够完善能源信息的采集、存储、管理和能源的有效利用，对能源数据进行分析、处理和加工，能源调度人员和专业能源管理人员利用系统能够实时掌握系统状态，进行合理调整，确保系统运行在最佳状态。第二，能效指标管理。从全局角度审视能源的基本管理需求，满足能源工艺系统分散特性和能源管理需要集中的客观要求，以适应工矿企业的战略发展需要，同其他业内企业进行横向对标，为企业能耗决策以及节能措施指明方向。第三，能源成本管理。将对能源管理体制的优化发挥重要作用。能源管理系统的基本目标之一是简化能源运行管理，减少日常管理的人力投入，节约人力资源成本，提高劳动生产率。第四，碳排放计量。能源管理系统能够根据其采集和存储的能耗数据，基于系统内嵌的碳排放因子，为用户自动计算多种能耗介质的分项和综合碳排放信息。第五，权限管理。能源管理系统应提供不同的管理权限和数据权限，方便不同用户进行操作和管理。利用能源管理系统可以掌握能源消耗的数量、分布和流向，了解能源利用的损失情况、利用率和综合能耗，从而发现能源浪费问题，明确节能方向，为企业提供能源设计、运行、维护、使用的全生命周期的管理建议。6结语绿色节能是我国实现长期可持续发展中的关键点。案例工程遵循实用性、经济性和可行性原则，通过优化电气系统、合理选用供电用电设备等方式，完成电气节能的设计和应用，具有良好的经济效益。加强工作人员的运行管理、优化生产流程等方法也可以实现节能，应结合具体项目的特点，分析数据，得出节能方法。应深刻理解节能与建设投资的关系，科学地分析节能投资与投资回收期内消耗电能的关系。