＿装备应用与研究◆ｚｈｕａｎｇｂｅｉ ＹｉｎｇＹｏｎｇ Ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ 超级电容在煤矿提升机节能中的应用 杨宏峰 （桦南县煤炭事业管理局，黑龙江佳木斯１５４４００） 摘要：提升机在煤矿中的地位和作用十分重要，是煤矿中主要的运输工具之一。传统的提升机能耗较大，为积极响应国家节能减 排的政策要求，对减少能耗和节约资源作出贡献，有必要开展提升机节能研究。应用超级电容可以实现煤矿提升机节能，现首先介绍超 级电容相比蓄电池的优势，然后分析超级电容的工作原理，最后对超级电容在煤矿提升机节能中的具体应用作了较为详细的阐述。 关键词：超级电容；提升机；节能 ０ 引言 随着社会经济的发展以及资源的紧缺、环境的恶化，世界 各国纷纷开始倡导低碳经济，经济的发展不能以牺牲环境为 代价。节能是低碳经济的一个重要组成部分，尤其是对于大型 工业生产企业来说，如何减少能耗是其需要重视的问题。对于 煤矿企业，提升机是生产运营过程中的一种常用运输工具，主 要用于矿产、工具、材料及工作人员的运载，由于其使用频繁、 任务多，能耗相对来说较大。因此，在保证提升机原有工作效 率的基础上减少其能耗成为了煤矿企业研究的一个重点。 超级电容是一种新型储能装置，其由于能量密度较高、使 用寿命较长而在各个领域得到了广泛的应用，在煤矿提升机 中应用超级电容可以提高节能效果，从而节约成本，减少资源 浪费。 １ 超级电容的内涵及特点 超级电容从本质上讲是一种静电型能量储存元件，具有 上下两个电极板，电极板的表面聚集了大量电荷，能够进行放 电和充电。电容的大小与电极板的面积和电极电位有关。与蓄 电池相比，超级电容的优点更为突出，因此也受到各个领域的 青睐，尤其是在电动汽车领域应用非常广泛。 超级电容的储能模式与蓄电池相比，区别在于由于感应 电流的产生而具有较高可逆性。电容器在充放电过程中不会 发生化学反应，电子流入或流出电极，电解液的阴阳离子传输 到带电界面，因此具有非常高的可逆性；而蓄电池在储存化学 能的过程中，阴阳极之间材料会发生化学反应，通常这个过程 是不可逆的。 超级电容与蓄电池相比，其性能更高，具体来说，体现在 以下几个方面： （１）超级电容循环寿命长，充放电循环次数在５０万次以 上，而铅酸蓄电池循环寿命只能达到２ ０００次以下，超级电容的 使用寿命远远高于传统蓄电池。 （２）超级电容充放电速度快，比起铅酸蓄电池几个小时甚 至十几个小时的充放电时间，超级电容充放电在几十秒甚至 更短的时间内便可完成。超级电容电阻较小，因此充放电速度 很快，可节省大量充放电时间。 （３）超级电容正常工作允许环境温度范围更广（一４０～ ７０℃），在高温和低温环境下均可运行，性能不会因受温度影 响而下降。相比之下，蓄电池对环境温度的要求较高，一般在 室温条件下运行。因为蓄电池无论是在高温还是低温环境下 都可能发生化学反应而导致性能下降，从而影响其正常使用。 （４）超级电容功率密度高，可达９０％￣９７％，适用于需要大 功率放电的场景；而铅酸蓄电池功率密度只有７０％￣９０％，远 远不如超级电容。 ２超级电容的工作原理 对于煤矿提升机来说，其上下运动的总量应当是一样的。 提升机在向上运动的过程中，电动机是“拖动用电”；提升机在 向下运动的过程中，电动机是“制动用电”。提升机的整个工作 过程就是在这两种用电模式的交替下进行。回收制动电能，是 当前研究人员进行提升机节能研究的主要方向。 在提升机的拖动系统中增加超级电容储能模块，在充放 电控制单元中接入变频器。提升机处于制动状态时，变频器收 到反馈的制动电能，此时，充放电控制单元会向超级电容充 电，制动电能得以储存。提升机处于拖动状态时，首先由超级 电容模块供电，即满足要求时，由直流电对提升机的拖动工作 进行供电。超级电容储能是有限的，提升机在制动过程中不可 能无限地对超级电容充电，当超级电容电量充满时，充电就要 停止，这样既能保护提升机元件，也可避免电网发生谐波干 扰。一般情况下，提升机的拖动及制动工作时间均较短，交替 运行周期也较短，对超级电容的容量要求不高，因此其生产成 本较低，经济性较高。 ３ 超级电容在煤矿提升机节能中的具体应用 ３．１ 超级电容放电时间的确定 煤矿提升机最开始运行时是由外部的交流电网供电，提 升机在向上运动至匀速的过程中，即提升系统工作的过程中， 进行的是超级电容的放电过程。对于超级电容放电时间的确 定，可以煤矿提升机运动过程中的速度变化时间作为参考依 据。数据调查显示，提升机系统加速时间大约在４～５ ｓ２＿间，上 升过程中超级电容的平均放电时间为４．６ Ｓ。在选择超级电容型 号时，应当充分考虑放电时间因素。一般来说，放电时间越长， 对超级电容容量大小要求越高；超级电容容量越大，其价格也 越高。因此，在实践中应根据系统的实际需要及可接受的价格 水平，选择型号合适的超级电容。 ３．２超级电容工作模式的选择 为进一步减少能量损耗，曳引电机与超级电容之间的电 压不能有太大差别。因此，超级电容工作电压的确定应充分考 虑提升机的使用频率、使用次数以及超级电容的充放电次数。 超级电容的工作电压应设置为（Ｏ．５～１） ，从而在保证系统正 常运行的基础上，延长超级电容的使用寿命，从另一个角度来 说，这样也节约了能耗。 Ｚｈｕａｎｇｂｅｉ Ｙｉｎｇｙｏｎｇ Ｙｕ Ｙａｎｊｉｕ◆装备应用与研究＿ 高速公路机电系统维护方法与技术标准 张壮Ｉｓ （重庆市华驰交通科技有限公司，重庆４０００５７） 摘要：高速公路机电系统的工作特点和高速公路追求的目标决定了高速公路机电系统必须具有高可靠性和高稳定性；而且随着 高速公路的迅猛发展，高速公路运营单位对机电系统的可靠性、不间断运行状态提出了更高的要求。根据行业管理和规范标准，再结合 高速公路路网机电系统的实际情况，制定出该技术要求，对高速公路机电系统的维护有一定的指导意义。 关键词：机电系统；维护方法；技术标准；原则；要求 ０ 引言 高速公路机电系统是高速公路现代化管理的支撑系统， 设备种类多、数量大、分布地域广，并且绝大部分系统设备都 是全天候工作。高速公路机电系统的工作特点和高速公路追 求的目标决定了高速公路机电系统必须具有高可靠性和高稳 件）发生了直接威胁安全运行的，随时可能造成系统瘫痪、重 要设备损坏、人身伤亡、大面积停电、火灾等事故的，需要立即 处理的故障。（２）严重故障：收费系统、隧道监控系统、主要控 制设备等故障，造成局部失控或暂时尚能坚持运行，但需尽快 处理的故障。（３）一般故障：上述危急、严重故障以外对安全运 定性；而且随着高速公路的迅猛发展，高速公路运营单位对机 电系统的可靠性、不间断运行状态提出了更高的要求。如何管 行影响不大的故障。危急故障原则上要求在８ ｈ内恢复正常，严 重故障原则上要求在１２ ｈ内恢复正常，一般故障原则上可在 ２４ ｈ内恢复正常。如需特殊部件，维修周期原则上可根据备件 的到货时间适当延长。高速公路机电系统设备养护应有具体 的技术标准及要求，以达到定性定量的养护需求 ］。 开展维护工作时，需要遵循以下要求：须加强设施的检查 理好、使用好现有机电设备，确保机电设备处于比较良好的工 作状态，充分发挥其使用功能，不仅仅取决于设备本身，更取 决于对设备的维护管理。因此，机电设备的维护显得尤为重 要。近年来，交通部提出了“公路建设是发展，公路养护也是发 展，而且是重要的发展”的观点，把公路的养护管理提到了一 和维修，掌握设备使用情况，根据实际情况制定维修计划，必 要时安排大中修和改建计划；对所有设施应加强管理与监督， 加强维护经费的经济核算和成本分析；依靠科技进步，加强技 个新的高度来认识，传统的“重建轻养”的思想将逐渐淘汰。 １ 机电系统维护管理原则 高速公路机电系统可分为收费系统、通信系统、监控系 统、供配电与防雷接地系统、隧道内设施及消防系统等“ 。根 据路网机电系统的运营情况，机电设备故障按以下分类：（１） 危急故障：主干通信系统、节点设备或其关键设备（含系统、软 ３．３超级电容器组均压装置 超级电容单体之间串并联使用就组成了超级电容器组。 理想状态下每个超级电容单体应完全一样，但在实践中这种 理想情况是无法实现的，由于受生产工艺等限制，超级电容产 品单体之间在内阻方面存在一定差异，内阻不同会导致超级 电容器组分压不均，从而造成每个超级电容单体使用寿命缩 短，且在低于额定电压时超级电容单体的工作效率也会下降。 因此，为提高超级电容单体的使用寿命及工作效率，考虑在超 级电容器组中加入均压装置，目的是使每个超级电容单体获 得相同的电压，从而发挥出最理想的效能。 ３．４ 回收再生制动反馈能量 提升机处于下降状态，也就是制动状态时，会产生势能， 术管理，采用先进的检测技术，正确评价使用状况，提出科学 的维护对策。积极推广应用新技术、新设备、新工艺和新材料； 设施维护必须贯彻“安全第一”的方针，制定安全技术措施，加 强安全教育，严格执行操作规程，确保安全生产、文明施工。各 运营公司应根据相关高速公路机电运营维护管理制度的要 多领域得到了广泛应用。通过对电能的存储，可以将本来要浪 费的能量利用起来，从而达到节能的目的。煤矿提升机使用频 率高、能耗大，在煤矿提升机上应用超级电容可有效减少能 耗，为国家节能减排作出贡献。 本文首先对超级电容的特点及原理进行分析，然后从超 级电容放电时间的确定、超级电容工作模式的选择、超级电容 器组均压装置及回收再生制动反馈能量四个方面，介绍了超 级电容在煤矿提升机节能中的具体应用，对相关人员有一定 的参考价值。 ［参考文献】 ［１］秦静华，高昕，成恒珍．超级电容在提升机系统中的应用［Ｊ］ 煤矿安全，２０１４（１２）：１３５—１３６． 势能通过再生制动转化为电能，通过向超级电容充电储存这 部分能量。传统的提升机中没有电能存储装置，提升机下降过 ［２］宫成，焦然，迟忠君，等．超级电容在电梯节能中的应用［Ｊ］ 电气应用，２０１４（２２）：５３—５８． 程中产生的能量被消耗在制动电阻上，势能转化成热能而白 白散失浪费。当使用超级电容时，这部分再生制动反馈能量可 被吸收存储，从而实现节能的目标。 ［３］刘博宇．基于超级电容的电梯节能控制系统研究与设计［Ｄ］ 南京：南京理工大学，２０１０． 收稿日期：２０１７—０卜ｌ９ ４结语 超级电容是一种新型的电能存储装置，具有循环使用寿 命长、功率密度高、充放电时间短、绿色环保等优势，现已在许 作者简介：杨宏峰（１９７６一），男，黑龙江桦南人，助理工程师 研究方向：工业自动化技术。 机电信息２０１７年第６期总第５０４期３３