電氣自動化的節(jié)能設(shè)計技術(shù)探索

馬曉辰

天津津濱威立雅水業(yè)有限公司 天津 300300

在電氣領(lǐng)域中，電氣自動化屬于一種新型的技術(shù)。這是科技發(fā)展的重要成果之一。現(xiàn)階段，電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用范圍極其廣泛，在電氣自動化工程中，運用節(jié)能設(shè)計技術(shù)，有利于減少資源的浪費，提高資源的利用率，提高工作效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，為企業(yè)創(chuàng)造良好的效益。當(dāng)前，我國在經(jīng)濟建設(shè)的過程中，非常重視節(jié)能減排。因此應(yīng)該重點研究節(jié)能技術(shù)，促進不同行業(yè)的節(jié)能工作。

1 電氣自動化和節(jié)能設(shè)計概述

電氣自動化是電氣信息發(fā)展中的一門分支學(xué)科，把電氣自動化的相關(guān)理論運用到工業(yè)生產(chǎn)中能夠顯著提高工業(yè)生產(chǎn)的效率，為人們的日常生活提供諸多便利。電氣自動化和節(jié)能技術(shù)運用在工業(yè)生產(chǎn)中能有效降低工業(yè)企業(yè)的運作成本，改善工作環(huán)境和工作條件，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，減少勞動時間，提高整體的社會生產(chǎn)率。隨著“五位一體”思想的提出，節(jié)能技術(shù)應(yīng)運而生，環(huán)保逐漸被全社會廣泛重視。隨著世界能源緊缺問題愈演愈烈，我國要全方位實現(xiàn)綠色節(jié)能，必須要調(diào)動高新科技，通過合理的技術(shù)改進來減少能源消耗。在電氣自動化生產(chǎn)領(lǐng)域，一方面要保證生產(chǎn)過程和設(shè)備系統(tǒng)正常運作，消除諧波因素的影響；另一方面，在生產(chǎn)過程中必須把節(jié)能要素放在首位，利用多種類型的節(jié)能技術(shù)，提高電氣自動化系統(tǒng)的運行質(zhì)量和節(jié)能效果[1]。

2 電氣自動化節(jié)能設(shè)計原則

電氣自動化節(jié)能設(shè)計的原則可以表示為圖1。在設(shè)計原則的指導(dǎo)下：

（1）優(yōu)化供電和配電系統(tǒng)設(shè)計。電氣自動化設(shè)備在使用過程中會消耗大量電能，這將導(dǎo)致電力短缺并增加生產(chǎn)成本。要保證電氣自動化工程的正常運行，需要給予其足夠的動力支持，所以對供電和配電的要求就是盡可能進行優(yōu)化以降低電能的損耗。要積極引進先進的節(jié)能技術(shù)，以確保電氣自動化項目的節(jié)能效果最大化同時要保證生產(chǎn)效益技術(shù)遙遙領(lǐng)先。在當(dāng)前經(jīng)濟不斷發(fā)展且城市化進程不斷擴大的現(xiàn)實條件下，需要充分考慮供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備用電需求以及社會用電需求的不斷提升，優(yōu)化設(shè)計供電和配電是的能夠?qū)崿F(xiàn)電能的合理利用，以最小的能源消耗創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

（2）加強電氣設(shè)備管理。在電氣設(shè)備生產(chǎn)過程中，大多數(shù)電氣設(shè)備并不總是以高于額定功率狀態(tài)運行的，而是更多地在低于額定功率的條件下運行，這就造成電能在大多數(shù)時間里是浪費的。因此需要加強電氣設(shè)備的管理來提升設(shè)備的運行效率，或者通過無功補償來調(diào)節(jié)其運行狀態(tài)，使得能源的利用效率從根本上大大提高。

（3）設(shè)計合理的負(fù)荷系數(shù)。在電氣設(shè)備生產(chǎn)設(shè)計過程中，其運行的負(fù)載系數(shù)是不可馬虎的，只有合理設(shè)計負(fù)荷系數(shù)，電氣設(shè)備的運行負(fù)荷率和用電效率才能顯著提高。但是，電氣設(shè)備的設(shè)計需要滿足安全性的先決條件，尤其是在設(shè)計某些特殊的電力和電氣設(shè)備的負(fù)載系數(shù)時，電氣設(shè)備需要根據(jù)電氣設(shè)備的具體運行條件進行調(diào)整，以確保電氣設(shè)備不會發(fā)生安全事故[2]。因此，在設(shè)計電氣工程時，必須設(shè)計合理的負(fù)載系數(shù)，以便在確保安全的同時還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目的。

3 實現(xiàn)電氣工程自動化的節(jié)能設(shè)計技術(shù)的策略

3.1 減少傳遞過程中的損耗

電氣中存在電阻。而正是由于電阻的存在，使得電力在傳遞過程中出現(xiàn)了一定的損耗，通過相關(guān)的研究學(xué)者進行分析，加之結(jié)合電線傳遞的類型和概況，可以明顯地看出，在實施工程的各個階段都不同程度損耗了一些資源。從物流學(xué)上來講，電流中電阻由導(dǎo)線長度、電導(dǎo)和橫截面積的大小共同決定。如果想要實現(xiàn)節(jié)能控制，就需要從這些方面入手，對于材質(zhì)的選擇要尤為重視，通過不斷地篩選和判別，最后選擇出電阻能力較小的材質(zhì)運用到實際的應(yīng)用過程中。這樣一來，就可以在一定程度上降低電力傳遞過程中出現(xiàn)的各種類型的損耗。除此之外，在進行后續(xù)的設(shè)計和養(yǎng)護過程中，需要不斷地將電力系統(tǒng)中的電管理工作進行控制，可以有效地結(jié)合負(fù)載中心及電力系統(tǒng)等，爭取做到損耗程度最低化。

3.2 科學(xué)地選用變壓器

在設(shè)計變壓器的過程中，不僅要突出節(jié)能設(shè)計技術(shù)的效果，還要適應(yīng)電氣自動化工程的需要。在實際設(shè)計的過程中，還需要考慮具體情況，確保設(shè)計工作的科學(xué)性與合理性。第一，在實際的操作過程中，相關(guān)人員應(yīng)該選用具備節(jié)能作用的變壓器。節(jié)能的變壓器能夠促進對有功功率的合理控制。第二，還需要考慮具體情況，適當(dāng)?shù)剡x擇具有單向性特征的自動補償設(shè)備，以此確保三相電電流始終具有平衡的功能。在實際工作中合理地運用這種設(shè)備，可以避免發(fā)生負(fù)載不平衡的情況，還能夠有效地控制變壓器本身的損耗，并且確保其在最低的范圍內(nèi)。除此之外，還需要注意盡量減少變壓要求對功率造成的影響，適當(dāng)?shù)剡\用單相自動補償設(shè)備，這樣可以減少變壓器過度負(fù)荷的情況，還可以保證供電效果[3]。

3.3 對于無功效率進行補償

電力設(shè)備工作中效率組成含有無功功率的成分，無功功率可能導(dǎo)致電能消耗過大，甚至導(dǎo)致電壓不平衡的問題，此外在導(dǎo)線安裝的過程當(dāng)中，也會受到電阻的影響從而在傳輸?shù)碾A段造成電力的損耗，使得電能電力在具體應(yīng)用的時候無法發(fā)揮設(shè)計功效。電氣設(shè)備無功功率主要是在設(shè)備低功率的情況下，為此可以使用相關(guān)的功率補償裝置使得功率水平維持在適中，也能保障供電的質(zhì)量。在整體節(jié)能設(shè)計的要求之下，電氣自動化工程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)減少相應(yīng)的工作程序，降低電力能源的損耗，使電氣系統(tǒng)在不同的情況下都能夠正常穩(wěn)定的工作。為了能夠滿足無功補償?shù)囊螅托枰鱾€技術(shù)層面的綜合性運用[4]。電容器在進行無功補償之前，需要通過分析確定設(shè)施的電壓容量和符合等一系列參數(shù)指標(biāo)，從而確定所需要的電容量。在此之外，如果在無功補償?shù)倪^程中產(chǎn)生了諧波，就需要按照相關(guān)的技術(shù)要求使用串聯(lián)定量的電阻器，來進一步消除諧波的負(fù)面影響。最后在進行無功功率和電流參數(shù)的具體分析過程中，需要具體確定相關(guān)物理量的數(shù)值，來避免振蕩問題，在多數(shù)的電氣自動化的工程設(shè)計中，模糊投切的應(yīng)用程度不斷地提高。

3.4 使用節(jié)能的照明系統(tǒng)

很多電能損耗都是由不恰當(dāng)?shù)碾姎庹彰飨到y(tǒng)造成的，如果忽視電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計，就有可能影響電能的總體供應(yīng)。電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能可以從以下幾方面實現(xiàn)[5]。首先，加強技術(shù)改進，使用先進的節(jié)能照明技術(shù)。工作人員要做好對照明系統(tǒng)的研究開發(fā)工作，以研究出有效的節(jié)能照明設(shè)備。如果企業(yè)本身的研發(fā)能力有限，也可以邀請科學(xué)院的專家改進照明系統(tǒng)，優(yōu)化照明設(shè)備，降低由于照明帶來的電能損耗。其次，采用自然光照明。自然光照明是節(jié)約能耗的有效方法。如果能充分收集太陽光設(shè)計照明提供設(shè)備，就能充分提高電氣自動化節(jié)能技術(shù)的運用質(zhì)量。當(dāng)白天天氣晴朗時，工作人員可以不用照明系統(tǒng)，盡可能地使用自然光。當(dāng)然，在不同的電氣自動化生產(chǎn)行業(yè)的分支中，也可以根據(jù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和生產(chǎn)設(shè)備的實際情況，圍繞節(jié)能環(huán)保的宗旨，采取一定的有效措施，加強對自然光線的利用，降低由于照明帶來的能源損耗[6]。

3.5 實現(xiàn)新能源并網(wǎng)

隨著新能源的普及，其在電氣自動化工程中的供電所占成分也越來越高。為了保證用電的安全性和穩(wěn)定性，如何將新能源連接到電網(wǎng)成了當(dāng)前的首要任務(wù)。諸如太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的這樣的新能源發(fā)電方式，其工作模式高度依賴于天氣，發(fā)電質(zhì)量也與天氣狀況直接相關(guān)。例如，一旦用戶端的電力需求急劇增加，但是當(dāng)?shù)氐奶鞖鈼l件不能支持如此大的電力消耗，這就必然要增加周圍火力發(fā)電廠的電力供應(yīng)，這將破壞電力供應(yīng)的平衡，甚至更嚴(yán)重地將導(dǎo)致整個電網(wǎng)的重大事故。當(dāng)電力需求突然下降時，情況也是如此，如果不采取相應(yīng)措施，新能源產(chǎn)生的電能將過剩并以其他形式釋放，從而造成嚴(yán)重浪費。由于這些不確定性都與天氣有關(guān)，因此只要將天氣中一些可測量且有效的數(shù)字參數(shù)與發(fā)電輸出相關(guān)聯(lián)，就可以獲取新能源發(fā)電規(guī)律的曲線并將其反饋給電網(wǎng)調(diào)度員，從而實現(xiàn)新能源的并網(wǎng)運行。

4 自動化節(jié)能技術(shù)的展望

未來電氣自動化節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，可以通過以下幾個角度來拓寬發(fā)展思路：

（1）在應(yīng)用的過程中使用軟啟動器來達(dá)到節(jié)能的目的，軟啟動器能夠在工作的過程中控制啟動的時間，同時還能實時監(jiān)督電壓的變化。通過實踐發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用軟啟動器之后能夠節(jié)約大量的電能，同時還能保證運行過程的穩(wěn)定性。

（2）平衡三相電負(fù)荷。三相電負(fù)荷的不平衡是目前電氣自動化節(jié)能技術(shù)在應(yīng)用的過程中最常見的一種情況，在設(shè)計過程中要盡可能保持三相電負(fù)荷的平衡減少能量損失的情況發(fā)生，最終達(dá)到節(jié)約電能的目的。

（3）通過使用交流變頻調(diào)速裝置的方式來達(dá)到節(jié)能的目的，在使用變頻調(diào)速裝置的過程中可以通過負(fù)載的情況來自動進行調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)節(jié)能的目的[7]。

（4）通過控制節(jié)能燈具的使用情況合理地控制照明系統(tǒng)最終讓節(jié)能燈具達(dá)到智能控制的目的，以此來實現(xiàn)燈具節(jié)能的效果。

5 結(jié)語

當(dāng)前階段電氣工程的節(jié)能設(shè)計成為電力發(fā)展的重點之一，相關(guān)單位和組織應(yīng)該為電氣工程的節(jié)能設(shè)計提供充足的保障，從選擇變壓器、控制功率因素和電力電纜線節(jié)能設(shè)計的角度出發(fā)，降低電能能耗。此外，通過選取合適的變壓器，實現(xiàn)不同變壓器之間的優(yōu)化組合以及處理功率因素和無功功率關(guān)系的方式，達(dá)到了電氣工程的整體優(yōu)化設(shè)計，提升了工程的效率和質(zhì)量。