環保領域電氣工程及其自動化應用

丁功安

（山東紅楓環境能源有限公司，山東 濟南 250101）

目前，我國電氣工程的發展有著較為完整的體系，伴隨著科學技術的不斷進步，電氣工程也逐漸實現了自動化，但是從環保的領域來看，電氣工程的節能技術還有著更為廣闊的發展空間。

1 節能環保技術

1.1 變壓器的選擇

當出現空載或者負載損耗的情況時，往往會對電氣工程中的變壓器造成很大程度上的電能浪費，因此，科學合理地選擇變壓器有助于電氣工程實現節能環保的目標。具體來說，可以通過以下幾個方面實現對變壓器的選擇：第一，盡可能地降低變壓器自身對電能的消耗量，也就是利用單相補償保持三相電流的基本平衡，這種方式可以在很大程度上降低變壓器中因負載電流不平衡而產生的電流浪費，實現節約電能的目的。第二，市面上有很多有著節能環保設計的變壓器，雖然相較于普通變壓器的成本略高，但是在實際應用中所體現出的節能環保的價值非常大，所以可以有目的性地選擇變壓器。例如，西門子變壓器就是利用了節能環保技術所生產的一種變壓器設備，通常來說，電能從發電站輸送到用戶的過程中，需要通過4到5級變壓器才能完成整個過程的電能輸送，西門子變壓器就選取了單向補償設備，極大程度上保持了三相電流的平衡，消除了負載不平衡時所產生的電能浪費等情況，也就是我們上述的變壓器節能原理，如圖1所示，由于西門子變壓器具有良好的節能效果，因此也被廣泛應用于很多的電氣工程領域中。

1.2 降低電能消耗

圖1 西門子變壓器節能原理電路圖

眾所周知，在電力工程中，電能的傳遞會損失非常大的電能，因此在電力工程傳輸過程中，如何降低電能消耗是實現電力工程自動化環保目標的重要前提。針對這種情況，筆者提出幾點建議：第一，通過分析線路周圍環境的基本情況，設計出最短的方案，盡可能地減少傳輸導線的長度，避免出現不必要的電能損失。第二，制作傳輸導線時要盡可能地選擇電阻率小的材料，這樣也可以減少電力工程傳輸時的電能損耗。第三，對于同一種材料和同一長度的導線而言，還可以通過增加其橫截面積來降低電阻率，從而實現減少電能損失的目的。第四，在最大程度上縮短變壓器和負載之間的直線距離，這樣可以減少電能損耗，實現節能環保的基本戰略目標。

1.3 設置濾波器

在電力工程的實際應用中，無法避免地可能會出現一些誤動作，此時就需要通過在電力系統中設置濾波器來降低因失誤而產生的電能損耗，隨著電力設備數量的不斷增加，設備之間會產生一些諧波，這些諧波與電氣設備的基波會發生阻抗，使電力系統中的電壓出現誤動作，從而增加了電能損耗，具體原理如圖2所示。因此在電力系統中，設置濾波器對于節能環保而言非常重要。例如，施耐德濾波器就是在電氣工程中應用較為廣泛的一種節能環保的電氣設備，其工作原理主要是通過濾波器外部的Cte部分進行電流信號的收集，再將所收集到的信號傳送至諧波分離模塊處，該模塊可以將諧波進行分離，再將其送至調節模塊和監測模塊中，這些模塊通過對諧波成分與補償電流進行對比，將差值作為驅動電路，從而觸發逆變器，最后再將補償電流注入電網，從而進一步實現濾除諧波的目的，在這個過程中，施耐德濾波器消除了電流中絕大部分的諧波，有效提高了電能利用率，是環保領域中電氣工程的重要電氣設備之一。

圖2 濾波器原理簡化圖

1.4 無功功率補償

在整個電力系統的正常運行中會涉及到很多個環節，其中包括變壓器、配電網、電力負荷等。這些環節中的電能都是以電流流動的方式進行傳遞，為了能夠滿足用戶用電的同時，還能夠有效降低電能傳遞過程中的損耗，技術人員可以科學合理地運用無功功率的方式來降低能耗，如圖3所示。在實際應用中，可以通過無功功率的補償平衡功率的基本因數，從而使得整個系統中的電壓保持在一個相對穩定的狀態，這樣不僅可以有效提高電力系統所傳遞電能的質量，同時還能夠實現綠色環保的基本理念，提高我國的社會效益和經濟效益。

圖3 無功功率補償系統圖

在這里我們也要重點強調一下無功功率補償在電力系統的使用中所需要遵循的一些基本原則：第一，新添加的投切開關應與原有的循環投切開關按照設計標準的比例進行合理分配，否則不能達到理想的補償效果。第二，通過科學地分析電壓和自然功率等數據信息，得到電容容量的大小。第三，如果在無功功率的補償過程中出現大量的諧波時，一定要按照所有串聯的電抗器進行有效地消除，避免出現電氣設備故障，減少電能損耗。第四，通過對無功功率的科學計算來確定投切開關的基本參數，這樣可以在很大程度上避免出現補償效果過度或者投切開關出現震蕩的情況發生。只有在電力系統運行中，遵循以上這些選擇并進行科學合理的無功功率的補償，才能有效提高電氣設備的傳輸效率、減少能耗。

1.5 提高工程效率

選擇合適的電氣設備是提高電力工程效率的關鍵。選擇電氣自動化設備需要遵循以下幾項基本原則：第一，選擇本身具有節能環保設計的電氣設備，這是為電力系統的節能環保目標奠定良好的基礎。第二，科學合理地運用無功補償和平衡電路負荷等細節去不斷地提高電力系統的節能環保性能。第三，降低電能傳遞過程中的能源損耗。第四，選擇合適的設計系數去調整整個電路中的負荷，從而在一定程度上提高電氣設備的使用效率，進一步降低能源消耗。

2 實際應用

電氣工程和自動化技術在實際生產中主要有以下幾個方面的應用實例：第一，工業生產。電氣工程自動化技術在工業生產中主要通過對繼電器以及感應器等機械相關的電子元件進行有效控制，從而進一步實現對整個工業生產流程的控制。第二，建筑行業。電氣工程自動化技術在建筑行業中也有著非常廣泛地應用，在很大程度上提高了建筑工程施工的效率和質量。第三，電力系統。電氣工程自動化技術在電力系統中的應用非常普遍，在電力系統正常運行的過程中，電氣工程自動化技術可以將該電力系統中的運行數據進行實時監控，從而進一步加強對電力系統運行的掌控，與此同時還能夠有效保證電力系統工作人員的人身安全，最大程度上降低電力系統管理過程中發生安全事故的概率，從這個角度上來看，電力部門引進電氣工程自動化技術已經成為了必然趨勢。

3 結語

總之，雖然現階段電力工程自動化在我國有著非常廣泛的應用，但是很多電力工程在實際的應用過程中，還存在著一些不足之處，相信在相關技術研究人員的不斷改進和完善下，這些不足之處一定會得到解決，電力工程也一定會有更廣闊的發展空間。與此同時，為了能夠更好地實現我國一直以來所倡導的“節能環保”的基本理念，電力工程還應該不斷提高電能的傳遞效率，在實現電氣設備自動化的同時，也要盡可能去降低能源消耗，早日實現電氣工程的可持續發展，為我國的工業發現提供一個健康、環保的發展環境。