電氣自動化工程中的節能設計技術關鍵要點

王 健

貴州省節能監測中心 貴州 貴陽 550000

長期以來,我國采取粗放式模式發展工業生產與電力生產,對于資源、 能源的消耗極大,已經影響了國民經濟的長期可持續發展。因此,國家正在大力轉變經濟發展方式,倡導綠色發展、低碳發展。另一方面,國內各個行業、各個領域的生產、管理效率不高,亟待推廣電氣自動化工程。所以,在推廣電氣自動化工程的過程中,有必要做好電氣自動化工程的節能設計。

一、電氣自動化工程

電氣自動化工程涵蓋電力電子、電力傳動、電力系統、自動化、高電壓、絕緣技術、電機電器及其控制等多門專業技術,電氣自動化工程通過感應器、繼電器等元件,對機電系統動作實施控制。

自二十世紀以來,電氣化已經成為現代工業社會運轉的核心；而電氣自動化工程則可以進一步提升電氣化生產與電氣化管理的效率[1]。——當前,電氣自動化工程在工業生產、高速動車、城市軌道交通、電力生產等各個領域的應用日益廣泛。在電力領域,電氣自動化工程優化了配電網的運行方式,有效降低了電網的損耗,提高了配電網運行的安全性；在工業生產領域,電氣自動化工程實現了工業自動化生產,不僅節約了生產成本,而且提高了產品質量；在交通領域,電氣自動化工程對高速動車、地鐵列車進行自動運行控制,有效緩解了城市交通擁堵。

但電氣自動化工程在實際應用中,也暴露出了能耗大這一短板。因此,如何做好電氣自動化工程的節能設計,已成為電氣自動化學科的熱點問題。

二、電氣自動化工程中的節能設計技術關鍵要點

(一)選擇變壓器。傳統變壓器損耗中的空載損耗,發生在變壓器鐵芯疊片內,屬于鐵損。其計算公式為

其中,P0=變壓器鐵芯空載功率損耗,單位為KW。Kc=變壓器鐵芯制造工藝系數,一般在1.15～1.70之間；Pc=變壓器鐵芯單位質量的電功能損耗,單位為k W/kg；Gc=變壓鐵鐵芯總質量,單位為kg。

根據以上公式,可以一目了然地發現:變壓器鐵損與變壓器制造工藝、鋼片單位損耗與鐵芯質量存在正相關。因此,在選擇變壓器時,應當為電氣自動化工程選擇相匹配的節能型變壓器。節能型變壓器在鐵中加入硅、鋁,或選用非晶態合金代替鐵,可以大大降低了空載損耗[2]。為電氣自動化工程選擇適宜的節能變壓器,需要根據電氣自動化工程的具體情況,仔細計算變壓器的有功損耗、無功損耗、空載無功損耗、變壓器額定容量、變壓器磁化功率,變壓器額定負載時繞阻漏抗漏磁功率、平均負載系數、負載波動損耗系數,無功經濟當量等參數。在條件允許的情況下,可為電氣自動化工程配置2臺容量、特性相同的節能變壓器,進行并列運行。

(二)選擇導線。線損同樣也是電氣自動化工程能耗的一個重要方面。線損的計算公式為

其中,R=每相導線的電阻,單位為Ω；L=導線長度,單位為Km；ρ=導線材料電阻率,單位為Ω·mm2/km；S=導線截面積,單位為mm2。

做好電氣自動化工程的節能設計,需要盡可能選擇電阻率較低的導線,并合理設計導線的截面積[3]。據分析,不同材質的線纜電阻率不同,且隨著導線截面積的上升,其電阻值會出現下降。在20℃下,截面積50mm2的銅絞線電阻為0.39Ω/km,截面積50mm2的鋁絞線電阻為0.64Ω/km,截面積為50mm2的鋼芯鋁絞線電阻為0.65Ω/km；截面積240mm2的銅絞線電阻為0.078Ω/km,截面積240mm2的鋁絞線電阻為0.132Ω/km,截面積為240mm2的鋼芯鋁絞線電阻為0.132Ω/km[3]。

由此可見,為電氣自動化工程選擇截面積較大的絕緣銅芯導線有利于降低線損,但這也可能增加敷設導線的成本,所以必須根據現場的實際情況,選擇適宜的導線及適宜的導線截面積[4]。

在條件允許的情況下,還應盡量選用節能導線。使用節能導線,可以在總截面相等的條件下,減少導線直流電阻。當然,節能導線的價格較為昂貴,這就需要運用價值工程,盡量選擇性價比較高的節能導線。

為電氣自動化工程敷設導線時,應盡量選擇新型導線,合理布局線路走徑,有意識地縮短線路長度,降低線路的電流密度。

(三)選擇濾波器。電氣自動化工程由各個電氣設備構成,在它們的運行過程中,又會產生諧波。諧波不僅會增大導線線路損耗,還會影響變壓器等設備的運作。因此,需要為電氣自動化工程選擇適宜的濾波器。采用有源濾波器可以有效減少諧波含量。此外,還可采用靜止無功補償裝置、可控串聯補償電容器治理諧波。

結束語

電氣自動化工程對于提高生產效率,促進國民經濟長期可持續發展具有重要意義。做好電氣自動化工程的節能設計,則有利于電氣自動化工程的推廣與發展,有助于加快工業體系與電力體系生產方式的轉變。因此,這一方面的問題值得進一步深入研究。