略論電氣自動化節(jié)能技術(shù)

吳磊

摘 要：伴隨經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展以及信息技術(shù)的進(jìn)一步提高，電力系統(tǒng)在自動化程度不斷提高的同時，正逐漸推廣運(yùn)用節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)。并且節(jié)能技術(shù)將是將來的發(fā)展趨勢。本文從電氣自動化著手，分析并探討了電氣自動化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)，認(rèn)為電氣工程的設(shè)計(jì)及電氣系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)兩個方面入手，可以使得節(jié)能技術(shù)能夠在電氣自動化系統(tǒng)當(dāng)中發(fā)揮出最理想的效果。

關(guān)鍵詞：電氣自動化；節(jié)能技術(shù)；分析

1.電氣自動化及節(jié)能設(shè)計(jì)概述

電氣自動化是電氣信息領(lǐng)域的一門新興學(xué)科，它和人們的日常生活及工業(yè)生產(chǎn)有著密切聯(lián)系。它在提高工作效率、運(yùn)行成本、勞動生產(chǎn)率以及改善勞動條件等方面起著重要的作用。近年來，隨著“綠色工業(yè)革命”的興起，節(jié)能成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要目標(biāo)?？梢哉f，先進(jìn)的自動化技術(shù)正是推動各行業(yè)節(jié)能減排的有效武器。未來全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢是誰率先掌握節(jié)能的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)，誰將主導(dǎo)未來的全球經(jīng)濟(jì)。對于電氣自動化系統(tǒng)來說，由于城市電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，電力也不斷增容，因此會使用很多的變頻器、整流器等，而這樣會造成大量的諧波產(chǎn)生，從而危害到電網(wǎng)。由此，為了消除諧波，從節(jié)能的方向考慮，電氣自動化應(yīng)主要從變壓器、無功補(bǔ)償、有源濾波器等技術(shù)上下功夫，可以利用減少電路的傳輸損耗、優(yōu)選變壓器、補(bǔ)償無功、使用有源濾波器等方法來使電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中達(dá)到節(jié)能的目的。也只有這樣，才能使電氣自動化系統(tǒng)使用時達(dá)到節(jié)能的效果。

2.電氣自動化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1 電氣工程的設(shè)計(jì)

①優(yōu)化配電設(shè)計(jì)。電力系統(tǒng)就是要為安裝這個電氣系統(tǒng)的工程中需要用電的設(shè)備提供一個必要的動力。因此，在整個配電設(shè)計(jì)的過程中首先就要考慮到電力系統(tǒng)的適用性。對于適用性而言，應(yīng)該滿足用電設(shè)備對負(fù)荷容量與供電設(shè)備等可靠性的要求，還應(yīng)該保證電氣設(shè)備對控制方式的要求等。在配電的過程中，除了要滿足用電設(shè)備與電氣設(shè)備的要求之外，還要保證電力系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、易控、靈活、可靠等。在配電設(shè)計(jì)的過程中其次要考慮到的就是電力系統(tǒng)的安全性。而對于電氣系統(tǒng)的安全性而言，首先就必須保證導(dǎo)線的絕緣性良好，然后在進(jìn)行走線的時候應(yīng)該保證各導(dǎo)線之間的絕緣距離。另外還要保證導(dǎo)線的負(fù)荷能力、熱穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定的裕度，以確保在電氣系統(tǒng)運(yùn)行的過程中用電設(shè)備與配電設(shè)備的安全。除此之外，還要做好電氣系統(tǒng)的防雷與接地。

②提高電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在電氣系統(tǒng)中最好選用節(jié)能設(shè)備，從設(shè)備的選擇就開始為電氣系統(tǒng)的節(jié)能打下基礎(chǔ)。另外，我們可以利用均衡負(fù)荷、補(bǔ)償無功、減少電路損耗等方法來使得電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中達(dá)到節(jié)能的目的。比如，在進(jìn)行配電設(shè)計(jì)時可以合理的調(diào)整負(fù)荷以及選取合理的設(shè)計(jì)系數(shù)。在電氣系統(tǒng)的安裝或是運(yùn)行過程中采用這些方法能夠提高電源的綜合利用率與設(shè)備的運(yùn)行效率，從而間接或直接減少電能的損耗。

2.2 電氣系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)

①降低電能的傳輸消耗。電能傳輸時，因?yàn)閷?dǎo)線有電阻從而會產(chǎn)生有功功率的消耗。但是線路上的電流是不變的，所以，為了降低電能在線路上的傳輸消耗，只能降低導(dǎo)線的電阻。事實(shí)上，導(dǎo)線的電阻和導(dǎo)線的截面積之間的關(guān)系是成反比關(guān)系，而和電導(dǎo)、導(dǎo)線長度成之間成正比關(guān)系。即要想降低導(dǎo)線的電阻，就必須從如下幾方面著手：首先，選擇電導(dǎo)率比較小的材質(zhì)當(dāng)作導(dǎo)線，從而降低電能在電路上的消耗；其次，縮短導(dǎo)線的長度。從而在布線的時候，讓導(dǎo)線盡可能走直路，以免過走的彎路太多，以縮短導(dǎo)線的長度；最后，變壓器盡可能接近負(fù)荷中心，以縮短供電的距離。其四，加大導(dǎo)線的橫截面積。所選擇的導(dǎo)線的橫截面積盡可能大一些，利用降低電阻減少消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

②選取變壓器。在設(shè)計(jì)過程中對于變壓器的選擇，必須滿足如下幾方面的要求：第一，應(yīng)當(dāng)選擇節(jié)能型的變壓器，從而降低變壓器的有功功率的消耗；第二，為了使得通過的三相電的電流維持平衡，應(yīng)當(dāng)降低變壓器自身的消耗，最好采取一定的措施比如三相四線制的供電方式、單相自動補(bǔ)償設(shè)備、將單相用電設(shè)備分別接在三相電源上等方式從而減少負(fù)荷不平衡。

③無功補(bǔ)償。在電力系統(tǒng)中，無功功率占有供配電設(shè)備的很大一部分容量，因此增大了線路的損耗，從而造成電網(wǎng)的電壓下降，也因此影響了電能質(zhì)量和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而對于用戶而言，無功功率的直觀表現(xiàn)為功率因數(shù)偏低，而當(dāng)功率因數(shù)小于0.9時，用戶就會向供電部門繳納一定比率的罰款，因此用戶用電的成本也增高，經(jīng)濟(jì)效益就會下降。但是我們?nèi)暨x用恰當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償設(shè)備的話就可以實(shí)現(xiàn)無功就地平衡，提高功率因數(shù)，從而事項(xiàng)節(jié)能減耗、提高電能質(zhì)量、穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的目的，而且能夠提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。比如，在受導(dǎo)電抗的作用下，電機(jī)發(fā)出的交流電流和交流電壓的相位角不為零，因此電機(jī)發(fā)出的電能不能完全被用電器吸收，不能被吸收的部分則在電機(jī)和用電器之間往返變化而不會釋放出來。又因?yàn)殡娙萜鳟a(chǎn)生的是超前的無功，因此采用電容器補(bǔ)償可以與無功率的電能進(jìn)行抵消，即Q=QL-QC。

在采用無功補(bǔ)償設(shè)備對電力系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償時，對于無功補(bǔ)償設(shè)備的要求有以下幾點(diǎn)：1）在使用電容器補(bǔ)償時，電容器容量的確定應(yīng)該根據(jù)配電電壓的容量、負(fù)荷、三相電壓的平衡度、自然功率因素、目標(biāo)功率因數(shù)等參數(shù)經(jīng)過計(jì)算來確定。而若是在補(bǔ)償處產(chǎn)生了諧波的話就要串聯(lián)一定量得電抗器，濾除線路上的諧波。2）為了有效的防止投切振蕩、過補(bǔ)償和無功倒送，在電容器的功率參數(shù)、無功電流、無功功率這些投切物理量中最好選擇無功功率作為投切參數(shù)物理量。3）在很早以前的補(bǔ)償電容組中電容器的分擔(dān)方式和投切開關(guān)的方式普遍采用等容量分組和循環(huán)投切；后來又采用了按比例分配、按編碼配置、投切開關(guān)按級投切。但是這些方式都不能達(dá)到我們想要的補(bǔ)償效果。

因此，現(xiàn)在所采用的是模糊投切，其適應(yīng)面廣、調(diào)節(jié)平滑、跟蹤準(zhǔn)確而且效果很好。在使用過程中，低壓的時候投切開關(guān)則選擇投切復(fù)合開關(guān)，而高壓補(bǔ)償柜中選真空接觸器。

④使用有源濾波器。為了有效避免與電網(wǎng)聯(lián)結(jié)電氣設(shè)備的誤動作，就必須消除諧波，而消除諧波最有效的方法就是使用有源濾波器。誤動作主要是由于電氣設(shè)備數(shù)量的增加，產(chǎn)生的諧波越來越多，又由于這些諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生的電壓與基波電壓重疊，就會引起電壓的畸變，從而造成電氣設(shè)備產(chǎn)生誤動作。概括起來，有源濾波器主要以下特性：具有優(yōu)異的動態(tài)性能；反應(yīng)快；能使功率范圍更寬大等，能使無功補(bǔ)償達(dá)到更好的效果。一般情況下，采用有源濾波器對產(chǎn)生的諧波進(jìn)行過濾，在電氣設(shè)備誤操作之前就能夠?qū)⑵渥柚?，使電氣設(shè)備的運(yùn)行更加有效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3電氣工程的設(shè)計(jì)

在電力工程中，要達(dá)到節(jié)能的目的首先要做的就是做好電氣工程的安裝、設(shè)備等的設(shè)計(jì)。只有在第一步都做好了才能保證整個工程其后的設(shè)計(jì)與完成后使用時達(dá)到節(jié)能的作用。

①優(yōu)化配電設(shè)計(jì)。電力系統(tǒng)就是要為安裝這個電氣系統(tǒng)的工程中需要用電的設(shè)備提供一個必要的動力。因此，在整個配電設(shè)計(jì)的過程中首先就要考慮到電力系統(tǒng)的適用性。對于適用性而言，應(yīng)該滿足用電設(shè)備對負(fù)荷容量與供電設(shè)備等可靠性的要求，還應(yīng)該保證電氣設(shè)備對控制方式的要求等。在配電的過程中，除了要滿足用電設(shè)備與電氣設(shè)備的要求之外，還要保證電力系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、易控、靈活、可靠等。在配電設(shè)計(jì)的過程中其次要考慮到的就是電力系統(tǒng)的安全性。而對于電氣系統(tǒng)的安全性而言，首先就必須保證導(dǎo)線的絕緣性良好，然后在進(jìn)行走線的時候應(yīng)該保證各導(dǎo)線之間的絕緣距離。另外還要保證導(dǎo)線的負(fù)荷能力、熱穩(wěn)定和動態(tài)穩(wěn)定的裕度，以確保在電氣系統(tǒng)運(yùn)行的過程中用電設(shè)備與配電設(shè)備的安全。除此之外，還要做好電氣系統(tǒng)的防雷與接地。

②提高電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在電氣系統(tǒng)中最好選用節(jié)能設(shè)備，從設(shè)備的選擇就開始為電氣系統(tǒng)的節(jié)能打下基礎(chǔ)。另外，我們可以利用均衡負(fù)荷、補(bǔ)償無功、減少電路損耗等方法來使得電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中達(dá)到節(jié)能的目的。比如，在進(jìn)行配電設(shè)計(jì)時可以合理的調(diào)整負(fù)荷以及選取合理的設(shè)計(jì)系數(shù)。在電氣系統(tǒng)的安裝或是運(yùn)行過程中采用這些方法能夠提高電源的綜合利用率與設(shè)備的運(yùn)行效率，從而間接或直接減少電能的損耗。

降低電能的傳輸消耗。電能傳輸時，因?yàn)閷?dǎo)線有電阻從而會產(chǎn)生有功功率的消耗。但是線路上的電流是不變的，所以，為了降低電能在線路上的傳輸消耗，只能降低導(dǎo)線的電阻。事實(shí)上，導(dǎo)線的電阻和導(dǎo)線的截面積之間的關(guān)系是成反比關(guān)系，而和電導(dǎo)、導(dǎo)線長度成之間成正比關(guān)系。即要想降低導(dǎo)線的電阻，就必須從如下幾方面著手：首先，選擇電導(dǎo)率比較小的材質(zhì)當(dāng)作導(dǎo)線，從而降低電能在電路上的消耗；其次，縮短導(dǎo)線的長度。從而在布線的時候，讓導(dǎo)線盡可能走直路，以免過走的彎路太多，以縮短導(dǎo)線的長度；最后，變壓器盡可能接近負(fù)荷中心，以縮短供電的距離。其四，加大導(dǎo)線的橫截面積。所選擇的導(dǎo)線的橫截面積盡可能大一些，利用降低電阻減少消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

4.結(jié)束語

總之，現(xiàn)今國家強(qiáng)烈要求發(fā)展“節(jié)能經(jīng)濟(jì)”的大好形勢，有志于發(fā)展“節(jié)能經(jīng)濟(jì)”與“節(jié)能經(jīng)濟(jì)”的中國“工業(yè)自動化”的企業(yè)與單位，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“節(jié)能”理念。國家也已經(jīng)注意制定發(fā)展“節(jié)能經(jīng)濟(jì)”的戰(zhàn)略，制定優(yōu)惠發(fā)展“節(jié)能經(jīng)濟(jì)”企業(yè)的政策，并積極支持“節(jié)能經(jīng)濟(jì)”的研發(fā)。同時，也應(yīng)看到，我國在“節(jié)能技術(shù)”領(lǐng)域里的自主創(chuàng)新能力正在快速提高，新的更有效的“節(jié)能技術(shù)”正在國家的大力支持下研發(fā)出來，并被產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。中國電氣自動化的企業(yè)與單位，應(yīng)當(dāng)奮發(fā)圖強(qiáng)迎接挑戰(zhàn)，使電氣自動化技術(shù)及其產(chǎn)品為“節(jié)能經(jīng)濟(jì)”發(fā)展戰(zhàn)略增輝！

參考文獻(xiàn)

[1] 周丹.我國工業(yè)節(jié)能電氣自動化的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2008，（17）.

[2] 孫柏林.中國自動化與可持續(xù)發(fā)展――自動化技術(shù)進(jìn)入“節(jié)能經(jīng)濟(jì)”新時代[J].自動化博覽，2010

（作者單位：武漢輕工大學(xué)）