探析電氣工程節能設計

邱尚青

上海電力設計院有限公司，中國·上海 200000

1 引言

在現代信息技術和經濟飛速發展的時代大背景下，電氣工程的水平越來越高，將傳統節能環保的設計思想應用于電氣工程中，既能有效地減少對電能無故浪費，緩解目前能源日漸匱乏而枯竭的危機，也同樣可以有效地保證電氣工程體系中各項家用電力設備的穩定性和正常運行，降低了故障事件發生的概率。

總而言之，大力發展電氣工程節能技術，是環保意識落實的主要途徑，更加符合的基本國情，具有非常重要的意義。基于此，開展電氣工程及其節能設計應用的探討就顯得尤為必要。

2 電氣工程節能設計的意義

隨著科技的快速發展，人們對物質生活追求不斷提高，過度依賴能源消費經濟發展的模式為社會環境造成很大負面影響。隨著社會經濟的快速發展，能耗問題日益加重，能耗量急劇增多，單純依賴常規能源不利于社會可持續發展，提高能源利用率成為亟需解決的問題。只有找到有效降耗方法才可以創造更大的社會價值。將節能技術規范結合，可以有效解決電氣工程節能問題[1]。

3 電氣工程發展現狀

目前，電氣工程系統基本都是采用光纖技術來進行傳輸相關數據，這就需要使用到大批量的光纖，電纜設施正在逐年增加，有效地節約了光纖的材料，同時也減少了對能源和生產成本的需求，符合節能環保理念的要求。電氣工程的廣泛應用可以促使智能設備的性能和功能在網絡中得到充分體現，并可以實現線上監測和遠程監控，達到“無人值班或者少人值班”的新型現代化技術發展。雖然目前電氣工程取得了傲人成績，但是也存在一定的問題亟待解決。

3.1 運行中集成性比較差

每個結構都處于獨立運行狀態，相互之間缺乏必要的聯系和融合，而且應用性能也比較單一，致使電氣工程的總體功能相對較差。

3.2 能耗大

能耗大是電氣工程存在的主要問題，雖然目前電能已經能夠滿足人們生活和生產的需求，但仍然比較匱乏，尤其是在用電高峰期，經常發生電能不夠用的問題。一方面，用電戶多，用電設備多；另一方面，電氣工程結構復雜，設備眾多，存在嚴重的浪費現象。前者是客觀存在的，解決控制難度較大，后者只要加大節能設計的應用就能很好地解決。

3.3 員工工作能力不高

在電氣工程節能設計中，許多設計人員對電氣運行特點缺乏深入了解，在設計電氣系統時往往照搬以往設計經驗，有的設計人員盲目追求采用新技術，如多數建筑節能設計標準未把電氣節能系統納入其中，不少工程項目由于負荷計算不合理導致變壓器選擇過大，造成浪費較大。

4 電氣工程節能設計的應用

4.1 合理降低電能的傳輸消耗

電能在運輸過程中，導線因其自身特性，決定了必然存在一定的有用功率損耗，此種問題是客觀存在的，難以從根本上得到避免。在所有的電力系統中，電能必須經過導線才能順利傳輸，為降低電能損耗，就必須減少導線的電阻。根據物理學知識分析可知，導線的電阻與其橫向和縱截面之間存在一種負向相關的電阻和交流相互作用關系，在進行節能電氣工程設計中就已經可以通過此種相互作用關系來大幅度地降低電氣工程的能耗，達到節約資源和降耗的主要目的[2]。

例如，通過選擇一種電導率更小的材料來進行制作導線，減少電能在整個導線上傳輸時的損失和消耗量，或者通過增大整個導線橫截面積，降低導線的電阻，減少對于電能的消耗。也就是可以合理地減少引腳和導線的長度，在進行設計時將電氣工程盡可能地布置在一條垂直的導線上，避免造成過多的曲折，以降低導線的總長度。在布設變壓器時，變壓器應該要盡可能地靠近供電系統和工程中的負載為主點，降低與供電系統的距離。

4.2 選擇高質量的變壓器

變壓器設備是組成各種電氣工程的主要裝置，對于電氣工程系統高效、安全、穩定運行有較大影響，同時變壓器也是能耗比較大的電氣設備。所以，在具體設計中，為降低電能損耗量，在選擇變壓器時要盡量選擇節能效果顯著、質量高的變壓器。

例如，通過對變壓器型號的合理規定來降低變壓器有功功率損耗。尤其在設計變壓器時，最好能配合一種單相自動調速補償裝置，以此用于維持變壓器三相電之間的電流均衡，也有利于減少變壓器本身的消耗。

4.3 合理選擇無功補償設備

就電氣工程系統來說，無功功率損耗僅僅占據了供配電裝置很大一部分的容量，電能傳輸時就存在著嚴重的無功功率損耗，這是引起電壓不穩、電壓降低等問題的主要原因，從而直接影響著整個電氣工程運行的社會經濟效果和電能質量。對于用戶而言，無功功率的主要表現之一是由于功率因數過低，致使其需要向相應的供電企業較大的費用進行增加，用戶使用成本進行增加，供電系統的社會和經濟效益隨之減少，為保障在電氣工程系統中，無功功率始終保持平衡狀態，降低能耗，可以在系統中適當地增設無功補償裝置，以提高其經濟效益和社會效益[3]。在設計電氣工程系統時，為提升節能效果，需要高度重視一下這些內容：

第一，在選擇使用相應的電容器進行補償時，需要按照具體應用參數合理地確定各種電容器的供應容量，通過對這些供應參數進行計算和分析結果，來正確地選擇和適應相應的供電容器。

第二，可以考慮采用一種定位準確、適應范圍廣泛的一體化模糊投切方法，從而提升模糊補償效果。傳統的補償式電容器大多采用分擔投切方式，或者是按照編碼配置方式進行投切，此種分擔投切方式不能達到良好的節能效果。在實際設計過程中，電氣工程運行低壓補償狀態下可采用投切負荷開關，高壓補償狀態下，可選擇真空接觸器，可大幅度提升節能效果。

第三，在進行投切參數的物理量設計中，需要綜合的考慮投切振蕩、無功倒送等問題的可能性和事故發生概率及實際情況，合理地選擇了無功功率值作為投切參數的物理量。此外，無用功補償線路設計的位置最好是選擇就近的原則，以便直接進行補償，從而有效減少了線路上所有無用功的傳輸，提升節能效果。

4.4 選擇有源濾波器

電氣工程系統結構比較復雜，在實際運行過程中，難免會形成諧波，諧波對電氣工程造成的影響和危害都比較大，為消除諧波的影響，就必須應用有源濾波器。和無源濾波器相比，有源濾波器具有更加優異的動態性能，應用到電氣工程系統中，可有效過濾諧波，在設備發生誤操作之前就及時阻止，避免引發更大的安全問題。

例如，可選擇多元有源濾波器，以增大電氣工程運行時的功率范圍，提升運行效率，獲得更大的節能效果。

5 結語

綜上所述，論文充分地結合了理論和實踐，分析了在電氣工程及其節能環保設計領域的研究和應用，電氣工程是一種具有良好發展前景的技術，加大對電氣工程的研究力度，有助于提升科學技術水平，更好地為社會經濟發展謀福利。在綠色節能建筑設計技術理念愈發深入人心的信息時代發展環境下，將綠色節能建筑設計技術理念的廣泛運用推廣融入實踐到現代建筑電氣工程中已經成為大勢所趨，對于有效降低能源消耗惡化情況，提升當前現代電氣工程設計技術水平等諸多關鍵方面皆將更加具備重要現實意義，值得進一步在中國大范圍內進行研究和應用推廣。