電氣工程自動化及其節能設計的應用探究

蔣謙

摘 要：伴隨著社會各個方面的快速發展，人民的生活水平在不斷提高，電氣工程自動化技術的重要性越來越顯突出。而且根據國家的能源戰略要求，更是對節能減排的強烈要求。本文從電氣工程自動化的現狀介紹，電氣自動化的存在的問題以及解決措施，以及電氣自動化及其節能技術，并分析了在電氣系統中的節能技術，為電氣自動化節能技術的實際應用提出了一些意見或建議。

關鍵詞：電氣工程 自動化 節能 設計 應用

中圖分類號：F407.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0076-02

1 電氣工程自動化的概述

電氣工程（Electrical Engineering，簡稱EE）是現代科學研究領域中的熱門學科。從某些層次上來講，電氣工程的發達程度甚至可以代表一個國家的科學進步水平。電氣自動化（Electrical Automation）的專業全程一般為電氣工程及其自動化，它的應有是十分廣泛的，涉及生活的方方面面，因而它的重要意義不言而喻。隨著社會的發展，電氣工程也不斷發展，形成了比較完整的體系。電氣工程的自動化也變得更加人性化，為我國的工業建設帶來了比較大的經濟效益。

對于電氣自動化而言，未來其發展趨勢基本體現在以下三方面：一次設備的智能化發展、一次設備在線監測的實現、電力互感器向光互式方向發展。一次設備在線監測的實現，指的是由多個以微處理器為核心的過程控制采集站，分別分散地對各部分工藝流程進行數據采集和控制，并通過數據通信系統與中央控制室各監控操作站聯網，對生產過程進行集中監視和操作的控制系統。其在電氣工程中的應用主要是采取數據高速公路采用的網絡技術，利用交叉冗余容錯環網或網狀網絡結構的網絡服務器對電氣工程進行區域管理，然后以站為基本單位進行數據庫引擎，提高電氣工程系統的安全性以及運行效率。智能控制已逐漸成為一種具有電工學、電子學、信息學以及自動化控制技術等交叉學科特征的標準化技術。

2 電氣工程自動化的現狀分析

電氣自動化有更高校的工作效率和經濟效益，工作的可靠性及環境條件都得到了顯著的提升。電氣自動化是企業在市場競爭中獲勝的一項有力的支持。目前的電氣自動化正處在飛速進步的階段，在發展中仍存在一些問題需要改進。

2.1 電氣工程自動化現在的狀況

（1）電氣自動化系統集成性不強。電氣自動化系統集成是電氣自動化系統功能提升的必經之路，我國目前一些電氣自動化還處在多島自動化的層次，多島自動化具有互不連接、功能單一、信息獨享的缺陷，不能充分發揮電氣機動化的功能和作用。

（2）電氣自動化的網絡構架不統一。電氣自動化的發展方向是建立高效、快捷的電氣工程師及自動化系統，但目前很多企業自身網絡構架不盡相同，使得依托于網絡結構而發展的電氣工程自動化的發展受到了阻礙。另外不同企業和商家在軟、硬件產品交換過程中，因為程序接口的不一致，影響企業數據和信息的傳輸交流，進而阻礙了企業數據和信息的共享，使電氣工程及自動化系統在實際運行中無法發揮應有的效應。

（3）電氣自動化技術的使用過于受主觀支配。不同的企業在對電氣自動化技術的實際應用和開發中，由于技術人員思想理論及技術掌握程度的不同，過分根據技術人員主觀習慣和意識支配，系統的開發平臺各有不同，進而導致電氣工程及自動化的實際設計、實施、運行和維護中的程序和成本增加，增加了系統整體的運行費用和負擔。

2.2 電氣工程自動化的應對和改進措施

（1）從科技化方面，科技化是指電氣自動化的發展應當出現實用性新技術、新材料、新產品。本著自主創新的思想，以節能降耗為切入點，積極推廣應用節能降耗新技術、新方法、新工藝，在材料的使用，技術的使用等方面力求創新，采用信息技術、計算機技術、網絡技術與自動化技術等高新技術，研發新產品。

（2）從信息化方面，信息化則是指信息技術在電氣自動化的地位應更加突出。電力設備的設計、制造和運行中廣泛應用的計算機優化與仿真技術，人工智能分析的廣泛應用以及電氣工程中廣泛使用的網絡通信技術，都充分展現了信息技術愛電氣自動化中起到的重要作用。

（3）從開放化方面，開放化則是要與外界建立一個接口，實現與外界網絡的連接。計算網絡是實現信息實時交換和共享的重要基礎設施，也是實現管理、決策、設計、控制和制造一體化的關鍵，它已廣泛應用于電力系統各元件和局部系統的管理、監視、調節和控制上，是電力系統信息管理、遠動技術、調度自動化等方面的核心。

3 電氣工程自動化系統中的節能技術

（1）選擇合適的變壓器。變壓器會因銅損、鐵損、空載損耗和負載損耗等因素造成許多電能的浪費，但是變壓器在供配電系統中的運用又非常廣泛，所以變壓器選擇得好可以有效地實現節能的目標。總的來說，選擇變壓器可以從以下幾個方面考慮：首先是要將變壓器自身的消耗降到最低，這就是選用單相的自動補償設備，使流經的三相電電流保持平衡，消除或降低負載的不平衡性，從而實現變壓器自耗最小；其次是要選擇有較好節能特征的變壓器，進一步減少變壓器有功功率的耗能。

（2）減少電能在傳輸中的消耗。電能在進行傳輸的途中，導線里的電阻就會造成一定有功功率損耗，這是無法避免的。但是，整個途中線路上的電流是保持不變的，因此要想減少電能在途中的浪費，只能使導線所帶的電阻盡可能的小。由電阻的推導公式可知它和電導以及導線的長度是正比關系，和導線的橫截面積是反比關系，所以可以通過以下的途徑來減少導線的電阻：第一，合理的布局，避免導線走彎路或回頭路，盡可能降低導線的長度；第二，選擇電阻率比較小的材料制成導線；第三，同等條件下要選擇一些橫截面面積比較大的導線，這樣可以有效降低電阻；第四，使變壓器和負載中心盡量靠近，使供電的距離減少。

（3）使用有源濾波器。在實際的操作中常常會發生誤動作，所以要消除諧波來避免或減少電氣設備的誤操作，而最高效的方法就是運用濾波器。造成誤動作的因素主要就是越來越多的電氣設備，其帶來的諧波也隨之增加，但是產生的諧波與基波在電網阻抗上會重疊，從而使電壓形成畸形，由此導致電氣設備誤動作的產生。endprint

（4）采取無功功率補償。整個供配電系統是由升降壓變壓器、輸配電線路、用戶電力負荷以及配電變壓器等多個環節形成。電能通過電流的形式流動于整個電力系統，為終端客戶提供電能的同時必不可免的會有能量的浪費，其中無功功率占據著比較大的比例，不僅降低了整個電路的電壓，而且會影響電網的經濟運行和降低電能的輸送質量。而無功功率在終端客戶那里最直觀的反映就是功率因數降低。若其功率因數低于0.9，那用戶就要繳納罰款，從而增加了用戶用電的成本。所以實際操作時可以選用合適的無功補償設備來增加功率因數，讓無功就地實現平衡，從而使電力系統的電壓能夠保持相對穩定，進一步提高電能的質量，實現綠色節能的目的，還可以使經濟效益提高并為社會效益提供支撐與保證。在電力系統運行時，若使用無功功率補償，就要達到如下要求：首先就是后來的投切開關和在舊的補償電容里的循環投切要按比例進行分配，這些都沒有辦法達到理想補償效果；其次是電容器的容量大小，要參照配電電壓容量以及自然功率因素等參數，并且加以計算而得來，若在補償時會產生諧波，就要串聯相應數量的電抗器，借此來消除線路中的諧波；最后就是在確定投切參數的時，最好是選用無功功率，這是為了能有效地避免過度補償、無功倒送和投切震蕩。目前使用較多的模糊投切就取得了很好的效果，不僅能有效調節平滑，并且跟蹤準確性很高，應用范圍很廣。

4 電氣自動化節能設計技術的實際應用

要想實現電氣自動化節能的目標，最重要也是最先要完成的就是要很好的完成電氣工程的電氣設備以及安裝工藝的設計。只有完成了這些才能在未來成功的利用電氣自動化來實現節能的目的。

（1）提高電氣系統的運作效率。在選擇電氣系統的設備時，最好選用那些節能設備，這是為以后節能減排做好了基礎和鋪墊。同時實際操作中還可以運用補償無功、均衡負荷和降低電路損耗等途徑來實現在電氣系統運作過程中的節能目標。比如說，可以在配電設計過程中，利用適當的調整負荷以及選用合理的設計系數等方法來達到目的。通過這種途徑能確保電力系統在安裝以及運作的過程中，有效提升電源的綜合利用率并提高設備的運作效率，從而實現減少電能損耗的目的。

（2）優化配電系統的設計。電力系統的服務宗旨就是為安裝此電氣系統過程中要用電的設備提供所需的動力。所以，在整個配電設計過程中首先要實現的最低要求就是要將電力系統的適用性充分考慮在內。適用性，簡單來說就是能對電氣設備的有效控制做出相應的保障，還要達到用電設備對供電設備以及負荷容量等因素可靠性的要求。在整個配電的途中，不僅要滿足電氣設備以及用電設備等設備的要求，而且要確保電力系統運行時有一定的穩定性、高效性、可靠性、易控性以及靈活性等特征。在設計配電時其次就是要將電力系統的安全性考慮在內。為保證電氣系統的安全性，不僅要確保導線具有良好的絕緣性，以及在走線的過程中要確保各導線間有一定的絕緣距離，而且要確保導線的熱穩定性、負荷能力以及動態穩定的裕度，以此來保證電氣系統運作時配電設備和用電設備的安全性。最后，要安排好電氣系統的接地和防雷設施。

5 結語

電氣自動化雖然在我國得到了較大的發展應用，但多多少少還存在著一些問題，為此還需要在電氣自動化方面做出更多的努力才行。電氣自動化的節能技術的應用更是一個發展的初級階段，所以在以后的經濟發展中，必須要以節約能源，減少能耗為出發點，盡可能降低電氣自動化所損耗的能源，將其對環境的污染程度降到最低，為用戶提供一個更加健康、舒適的生活以及工業環境。值得慶幸的是我國在“節能技術”方面的自主創新能力正迅速提升，相信在不久的將來電氣自動化的節能技術的使用會越來越廣泛。希望在目前的大好環境中，我國的電氣自動化企業能夠抓住機遇，研發出更多電氣自動化的技術以及產品，促進我國節能經濟的發展。

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