電氣自動化的節(jié)能設(shè)計技術(shù)分析

李 俊

上海市南供電設(shè)計有限公司 上海 201199

引言

作為新型技術(shù)，電氣自動化在生產(chǎn)生活中扮演著重要角色，顯著提升了生產(chǎn)效率、大量節(jié)約了人力、物力。在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，社會深刻認(rèn)識到節(jié)能環(huán)保的重要性，提出經(jīng)濟(jì)效益的增加不能以犧牲環(huán)境為代價。在此背景下，相關(guān)企業(yè)也采取一系列措施對節(jié)約能源表示大力支持。基于此，提升電氣自動化的節(jié)能設(shè)計技術(shù)顯得尤為必要。

1 電氣自動化節(jié)能設(shè)計基本原則

1.1 環(huán)保 對電氣自動化工程進(jìn)行節(jié)能設(shè)計的主要目的是減少對于自然資源的利用，提高能源利用效率，以此實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。除此以外，設(shè)計過程中還需要將其與低碳環(huán)保相結(jié)合。在材料的選取上，技術(shù)人員需要把環(huán)保作為重點(diǎn)選擇依據(jù)，同時兼顧適用性和可靠性，做好維護(hù)檢修工作，一旦發(fā)現(xiàn)老化破損部件或線路應(yīng)該及時更換，更換的同時注意保護(hù)周邊環(huán)境，避免使其受到污染[1]。

1.2 經(jīng)濟(jì) 相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該深入了解企業(yè)的經(jīng)濟(jì)狀況，在設(shè)計過程中應(yīng)該將成本控制考慮在內(nèi)，結(jié)合企業(yè)自身實(shí)際情況制定出可行性方案，避免為了一味追求節(jié)能環(huán)保而超出企業(yè)的承受能力，增加企業(yè)負(fù)擔(dān)。即無論是在設(shè)計環(huán)節(jié)還是在設(shè)備維護(hù)更換環(huán)節(jié)都應(yīng)結(jié)合企業(yè)實(shí)際，通過仔細(xì)斟酌得到最佳方案，確保在節(jié)約能源的同時盡量減少成本投入，盡量保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 可靠 電氣自動化的節(jié)能設(shè)計不能以犧牲企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和人民利益為代價，應(yīng)該最大程度地保證企業(yè)的發(fā)展。單純追求設(shè)計中的節(jié)能無法促進(jìn)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)有效運(yùn)行，工作效率和整體水平也會有所下降。因此，技術(shù)人員必須加強(qiáng)重視設(shè)計的可靠性。

1.4 安全 任何工作，安全都應(yīng)該排在首位，對于電氣自動化節(jié)能設(shè)計來說，雖然著重強(qiáng)調(diào)了節(jié)能的重要性，但是安全問題也應(yīng)引起足夠的重視。在設(shè)計中，相關(guān)人員務(wù)必基于安全原則的基礎(chǔ)展開工作，為此需要加強(qiáng)安全管理力度，以確保設(shè)計工作的順利進(jìn)行。

2 電氣自動化節(jié)能設(shè)計技術(shù)要點(diǎn)

2.1 變壓器的設(shè)計 變壓器能夠通過改變纏繞線圈的數(shù)量比例實(shí)現(xiàn)對電壓或電流的控制，借助一定技術(shù)手段可以盡量減少電能在兩相鄰線圈之間傳輸過程中產(chǎn)生的能量損耗，使傳輸中的功率保持穩(wěn)定。值得注意的是，由于不恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行，變壓器很容易出現(xiàn)空載損耗，造成一定的能量浪費(fèi)，為此，對變壓器進(jìn)行節(jié)能設(shè)計尤為必要。

首先，要嚴(yán)格控制材料的組合和選擇。通常情況下，生產(chǎn)變壓器的必需材料包括銅片、硅鋼片和其它絕緣材料，加工過程中需要按照科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配比，如果某種材料比例低于或高于理論水平，整體性能就會受到很大影響，能量損耗現(xiàn)象隨之發(fā)生。因此，在材料配制階段，應(yīng)依據(jù)嚴(yán)格要求科學(xué)計算出每種材料的理論用量，并按照計算結(jié)果進(jìn)行選擇和使用，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行和節(jié)能效果。采用銅質(zhì)導(dǎo)線作為配電柜和導(dǎo)線的主要材料，并采取恰當(dāng)?shù)拇胧?dǎo)線進(jìn)行換位處理，同時控制好硅鋼片的薄度，使之達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)便可以有效降低變壓器出現(xiàn)空載運(yùn)行的可能性，減少能量損耗。

其次，控制變壓器的運(yùn)行時間。任何設(shè)備運(yùn)行過程中都不可能完全避免能量損耗，節(jié)能變壓器長時間使用也會產(chǎn)生熱量，久而久之就會對設(shè)備造成損壞；同時，運(yùn)行過程中會受到其它外部環(huán)境影響增加設(shè)備的老化程度。加強(qiáng)設(shè)備保護(hù)就是在節(jié)省材料，進(jìn)而節(jié)約能源。

再次，選擇正確的安放位置。變壓器應(yīng)該選擇安放在用電高度集中的地點(diǎn)，可以縮短設(shè)備之間的距離，減少電纜的使用量，以此降低成本；此外，設(shè)備相對集中的放置方式可以給管理帶來便利，提升管理效率，增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

最后，需要根據(jù)實(shí)際需求合理配置設(shè)備的容量。如果容量過小，設(shè)備便會經(jīng)常處于滿載狀態(tài)，長期的運(yùn)行會加速老化，縮短使用壽命；若容量過大，設(shè)備會經(jīng)常處于輕載狀態(tài)，降低了能量利用率，產(chǎn)生大量的資源浪費(fèi)。在數(shù)量方面也應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置，數(shù)量過少無法滿足使用需求，過多又會造成浪費(fèi)。因此在投入使用之前應(yīng)該深入了解電氣自動化工程系統(tǒng)的詳細(xì)情況，實(shí)現(xiàn)變壓器數(shù)量和容量的科學(xué)分配。

2.2 減少線路損耗 電流在流經(jīng)線路時會出現(xiàn)一定程度的電能損耗，該現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)在電氣自動化系統(tǒng)中，由于構(gòu)成輸電線路的材料中存在電阻，其會對電流產(chǎn)生一定程度的阻礙作用，由此將電能轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)出去。電阻越大，能量損耗越大，而電阻的大小同時由導(dǎo)體的長度和橫截面積決定，對于不同種材料而言，電阻率會有所不同，即便長度和橫截面積一定，電阻也會產(chǎn)生差異[2]。為了減少輸電線路中的能量損耗，需要從三個方面著手加以改善:

第一，采用電阻率較低的材料作為導(dǎo)線首選材料，由于銅材料電阻率較小，導(dǎo)電性能較好，而且價格相對低廉，因此實(shí)際應(yīng)用中銅導(dǎo)線出現(xiàn)的概率較高；第二，通過減少線路的長度來減小電阻，為此可以減少線路的纏繞，盡量以直線方式設(shè)置線路，避免增加不必要的線路長度；第三，擴(kuò)大導(dǎo)線的橫截面積，盡量選擇粗導(dǎo)線接入電路中，以便有效減小電阻。

2.3 運(yùn)用無功補(bǔ)償 所謂無功補(bǔ)償即采取恰當(dāng)?shù)姆绞綔p少電路組成中的電源設(shè)備、變壓器以及輸電線路中無用功，提高電能向有用功的轉(zhuǎn)化。目前，無功補(bǔ)償廣泛應(yīng)用于電氣系統(tǒng)中。很多用戶認(rèn)為，無功功率會產(chǎn)生一定費(fèi)用，用電成本有所升高，不僅無法增加經(jīng)濟(jì)效益還會在一定程度上造成經(jīng)濟(jì)損失。為了能夠發(fā)揮無功補(bǔ)償?shù)恼嬲饔?，可以在其中加入相?yīng)設(shè)備，以便能夠達(dá)到無功就地補(bǔ)償?shù)男Ч?，提高功率因?shù)的同時明顯減少了電量損耗。在設(shè)備選擇上應(yīng)該遵循三方面原則:

第一，無功補(bǔ)償中的電容器有關(guān)參數(shù)必須能夠承受實(shí)際需要的最大負(fù)荷以及其他方面的需求，若補(bǔ)償過程中產(chǎn)生諧振波，可以采用相應(yīng)設(shè)備減少其產(chǎn)生；第二，為了盡量消除無功補(bǔ)償中的過量補(bǔ)償或無功倒送等現(xiàn)象，應(yīng)該以無功功率參數(shù)作為基準(zhǔn)選擇電容器；第三，傳統(tǒng)電容器采用的等容量分組方式、投切開關(guān)采用的循環(huán)投切方式等均未能在無功補(bǔ)償中顯示出顯著效果，因此，經(jīng)過不斷優(yōu)化，現(xiàn)在的投切方式采用模糊投切，該方式具有較好的適用性和跟蹤效果，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方式的不足。

2.4 選擇有源濾波器 隨著用電需求的進(jìn)一步加大，電氣自動化設(shè)備也大幅增加，因此其中產(chǎn)生的諧波電流呈現(xiàn)明顯的增加趨勢。諧波電流的振動能夠產(chǎn)生磁場，磁場的振動又產(chǎn)生電壓，通過該電壓與原有電壓的重合產(chǎn)生了畸變電壓，電壓的畸變現(xiàn)象極易引起設(shè)備的錯誤運(yùn)作。為此需要采取有力措施消除諧波電流的產(chǎn)生，有源濾波器在此方面作用明顯。有源濾波器的使用需要為其提供電源裝置，可以對諧波電流進(jìn)行動態(tài)抑制，同時具有無功補(bǔ)償?shù)淖饔?。有源濾波器可以在進(jìn)行無功補(bǔ)償過程中消除其中的諧波電流，而且不會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，效率較高，效果明顯。但是，由于其技術(shù)含量較高，價格方面處于劣勢，因此在用電量需求較大的場合非常少見。此外，有源濾波器對于電壓的承受能力較低，通常情況下不能超過690V，因此實(shí)際應(yīng)用受到限制。

2.5 提高系統(tǒng)功率 一方面，提升自動功率和負(fù)載能力，在滿足正常需要的基礎(chǔ)上盡量減少電動機(jī)的使用，以此減少電能消耗。另一方面，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的變頻控制，當(dāng)負(fù)載較小時自動降低運(yùn)行頻率，減少無用功。以上方法無需添加額外設(shè)備，通過減少無用功來提高系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化效率，降低成本投入，高效簡捷。此外，借助人工補(bǔ)償?shù)姆绞教岣呦到y(tǒng)的功率因數(shù)，并且通過安裝補(bǔ)償設(shè)備實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償，有效減少了無功傳輸，具有較好的節(jié)能效果。

2.6 加強(qiáng)電纜設(shè)計 電氣工程中，電纜占據(jù)成本中的大部分比重，而且，在后期維護(hù)中還會產(chǎn)生一定費(fèi)用。在電纜的設(shè)計階段應(yīng)該綜合多方面進(jìn)行考慮。一方面通過控制橫截面積、長度對電阻加以控制，盡量避免傳輸過程中的能量損耗；另一方面應(yīng)該重視電纜的安全性，降低安全事故的發(fā)生概率?，F(xiàn)階段，由于受到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面的約束，可供選擇的電纜材料主要有銅、鋁和鋼，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的材料[3]。

結(jié)論

電氣自動化技術(shù)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，并且體現(xiàn)出巨大的價值。在經(jīng)濟(jì)效益提升的同時，社會越來越重視節(jié)能環(huán)保，為了順應(yīng)發(fā)展，電力企業(yè)也在嘗試多種辦法對電氣自動化設(shè)備進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。通過合理選材、科學(xué)計算設(shè)備的配置數(shù)量和容量、運(yùn)用有源濾波器等實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的節(jié)能性。相關(guān)企業(yè)應(yīng)該大力響應(yīng)社會需求，促進(jìn)電氣自動化的節(jié)能環(huán)保，提升社會發(fā)展的整體水平。