電氣工程自動化信息技術及其節能設計探討

左云龍 郭健 季紅春

Discussion on Automatic Information Technology of Electrical Engineering and Its Energy Saving Design

ZUO Yun-long， GUO Jian， JI Hong-chun

（Zhengzhou Bonuli Computer Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China）

【摘? 要】在經濟社會高速發展的宏觀背景下，電氣工程作為一項高新技術產業，逐漸趨向于自動化、信息化發展，并積極推動社會各行各業的持續發展。現階段，在電氣工程自動化信息技術多元發展的過程中，諸多安全問題接踵而來，電氣工程系統的多維普及使用，加劇了能源消耗的情況出現。論文以其技術的簡介與發展為理論基礎，有針對性地闡述電氣工程自動化信息技術發展中的困局與設計原則，結合案例分析法探索電氣工程自動化信息技術中的節能設計。

【Abstract】Under the macro background of rapid economic and social development， electrical engineering， as a high-tech industry， gradually tends to develop in automation and information technology， and actively promotes the sustainable development of all walks of life. At present， in the process of multi-dimensional development of electrical engineering automation information technology， many security problems are coming one after another， and the multi-dimensional popularization of electrical engineering system has intensified the situation of energy consumption. Based on the brief introduction and development of electrical engineering automation information technology， this paper expounds the dilemma and design principles in the development of electrical engineering automation information technology， and explores the energy-saving design of electrical engineering automation information technology with case analysis.

【關鍵詞】電氣工程;自動化信息技術;節能設計

【Keywords】electrical engineering; automatic information technology; energy saving design

【中圖分類號】TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2022）02-0165-04

1 引言

隨著我國工業化高速發展的推進，社會各行各業對電氣工程系統的使用黏性與日俱增，給予該領域發展機遇的同時，還存在著一系列難以忽視的能源問題。現階段，我國電氣工程自動化信息技術面臨著功能不全、能耗較高、信息化建設不足等問題，在如今能源儲量日漸緊張的宏觀背景下，諸多問題亟待解決。基于此，有針對性與系統性地開展電氣工程自動化信息技術的研究，以多維度的融合節能的設計理念為切入點，并以此探討節能設計的最優路徑，有助于促進我國經濟的綠色可持續發展。

2 電氣工程自動化信息技術簡介與發展現狀

電氣工程學作為新時代背景下的一個核心專業領域，對工業化國家的社會經濟發展進程具有難以取代的主推能力。電氣工程系統的穩定與便捷，致使其應用范疇逐漸普及于社會各行各業，并與當前的諸多產業，如能源動力、推進控制系統、信號傳遞、現場管理等，都具有非常高的結合程度，而且早已成為這些產業中很重要的一部分。換言之，電氣工程的自動化信息水平直接反映著我國當前階段工業發展的質量。電氣工程自動化技術對于實現電氣工程及其自動化領域的自動化、智能化等工作目標有著重要的幫助，而且相對于普通電機工程科技的優越性也非常突出，主要集中表現在兩方面：首先是日漸自動化的電氣工程系統能有效地在運行及使用的過程中降低其中的人力消耗與時間消耗，進而避免量化資源的浪費，在一定程度上提高了作業單元的效益;其次，有利于電氣工程系統的資源共享、信息采集與儲存等，并在原有的基礎上實現創新，有利于各種先進技術手段的交織互融，最大化彰顯該系統的智能化與自動化效益。基于此，電氣工程自動化信息技術已成為經濟可持續發展的必然趨勢。

3 電氣工程自動化信息技術發展中的困局

3.1 功能不全

在經濟社會高速發展的宏觀背景下，我國的電氣工程自動化信息水平受到多維社會發展因素制約，集中體現在其建設過程中的使用功能不全，無法基于全面需求滿足整體工作單元的電氣工程系統的需要。對現階段已有的智能化電機工程設備而言，通常一個裝置可以進行一至兩個工作，但對一個工作過程復雜的項目而言，就需要多套智能化電氣工程裝置協同工作，而多套裝置內部的信息交換受限，缺乏系統化的信息獲取與管理，這也影響了電氣工程與智能化裝置的智能化水平，加劇了工作的難度與負荷量，由此降低運行效率。因此，需要優化電氣工程自動化信息技術的運行結構，科學統籌資源，多維度提高工作效率。

3.2 能耗較高

在電氣工程自動化信息技術多元化的發展過程中，由于現階段電氣工程系統尚未健全標準化、統一化的設計原則，進而導致諸多相關企業在運行中往往只是結合自身的發展需求對其進行優化與運用，且優化的目的只是基于表面提高電氣工程系統的實效性，并以此獲取更高的經濟價值，在此過程中諸多企業為了有效地降低設計成本，并未對節能設計環節投入足夠的建設力度，也因此導致此技術的優化與革新存在局限性，相較于其他發達國家還存在一定的差距。因為節能設計的滯后與不足，導致相關企業在該項技術運用時，通常出現諸多能源消耗問題，并由此增加運用的經濟成本。

3.3 信息化建設不足

相對于世界先進的電氣工程系統研究，我國的該領域的研究起步較晚，由于諸多外界因素的干擾與制約，致使我國電氣工程的信息化建設存在滯后性，主要表現在：第一，我國對該領域自動化設備并無統一規范的運行準則，各個使用單位根據自身的工作情況與需求進行個性化的規范與調整，進而造成了各級單位間的溝通困難，且并未獲得相關企業內部的協調支撐;第二，對該領域的信息化建設投入力度尚淺，由于諸多電氣工程機械設備只能淺顯地應付一線工作的基本需求，未能充分考慮到對信息化交流平臺建設的實際需求，并且大量購入此設備，相關企業也不愿意支付額外的經濟費用支撐其信息化設備的購入，因此導致現階段該領域的信息化建設不足。

4 電氣工程節能設計的原則

4.1 適用性

在進行電氣工程節能設計時，各個環節始終要圍繞安全性為基礎原則進行設計與優化。無論是秉持綠色環保的概念進行節能降耗的設計，還是提高電氣設備的工作效益，都應以安全運行為基礎，而后開展實施，以此促進電氣工程企業的高質量發展。設計研究人員在電氣工程的節能設計環節中，應加大對相應電氣產品質量的檢測與關注，不能因為過多節省電力而造成質量出現問題，因為該做法容易造成產品的安全隱患問題。節能設計還應以電氣產品的科學、可行的生產為前提，避免電氣工程系統因自身的運行問題而造成生產故障，從而最大化體現出控制系統本身的節電特性[1，2]。

4.2 環保性

在電氣工程實施過程中，進行節能設計時還應充分考慮到工作環境。盡管其設計根本上是為了節約能源，但終極目的還是要對地球生態環境發揮防護功能，所以電氣自動化系統就應該在環境保護基礎上，運用降低能源的方法實現節電設計目的。此外，還需要設計師具有較強的環境保護意識，使其能基于多元化的視角開展電氣設計工作，包括材料、工藝技術等方面實現節能的環保目標，最終使得電氣工程自動化信息技術得到質的飛躍，切實提高其工作收益，多維度使相關企業的經濟效益最大化[3，4]。

4.3 綜合性

在該技術實際運用的過程中，除必須強調安全性和環保性之外，還應重視綜合性的使用效益，在這里具體是指各企業的綜合經濟效益。以往為保證電氣設備行業的經濟性，常通過“材料替換”的方式減少企業投資成本，而這些方式盡管具有經濟效益優點，但同時也會影響電氣設備的應用效益，從而導致企業后期出現了維修成本增加的問題。所以，在電氣工程自動化技術的節能設計流程中，因地制宜，根據企業的發展實情制定節能設計方案，進而保障自動化信息技術的最大效益。

5 電氣工程自動化信息技術中的節能設計

電氣工程自動化信息技術的節能設計是必然的升級優化方向，意義深重。本文就某制造業企業照明節能設計照度結果實證分析（見表1），有無節能設計的照明效果差異較大，節能設計的運用能最大化減少能耗，進而提高運行生產的效率。

5.1 配電系統的優化設計

基于節能設計理念，必須對配電控制系統進行相對應的優化設計。將配電控制系統和電力智能化技術加以科學、合理的匹配，這樣可以使電氣工程智能化技術的協調性和工作效能獲得明顯的提高。在電氣工程智能化技術的運用過程中，對智能化工作所包含的每個環節，必須加以嚴密的管理與監控，有效保證整個電機工程智能化操作的有效性。并且，就算在工作的流程中發生了故障，也可以有效地進行上報處理，防止因為問題沒有處理而影響電氣工程自動化控制系統的工作。最后，對于配電控制系統中的通信導線，是整個配電控制系統中十分關鍵的部分，在配電控制系統的工作流程中有著效益非凡的作用力[5]。所以，在進行導線選擇的過程中，要秉承因地制宜的原則，依據發展實情選擇通訊導線，最大化彰顯運行效益，避免浪費，進而提高電氣工程系統的工作效率，保障其穩定運行。

5.2 合理選取變壓器

變壓器的選擇是節能設計尤為關鍵的內容，也是制約電氣工程自動化信息技術節能效益彰顯的核心要義，所以，在實施節能設計的過程中，一定要對變壓器做出正確的選型。而由于變壓器的材料不同，其在工作過程中產生的影響也不盡相同，因此，銅質變壓器在工作時期產生的輸出電量消耗問題往往要遠遠小于鐵質變壓器，所以，在進行節電方案設計的過程中，就要盡量地選擇銅質變壓器。而想要更進一步提高其節電效益，就要保證所選用變壓器存在著較小的能源消耗設計，進而能具有針對性地減少運行過程中的能耗。當然，對變壓器的選用也一定要以工程的實際需要和電氣企業節能目標為基準。首先，一定要保證變壓器的節電功效，具備節能效益的變壓器則可有效地降低內部運行的各種因素影響，但一旦不具有良好節電功效時，受多種能源因素的影響就會使變壓器產生功率突然增加的狀況，從而難以獲得一定的效益;其次，要對變壓器中的電壓做好管理，增加其額定電流均衡性，避免因為電壓不平衡對變壓器產生損壞，以此順應節能設計的目的，切實提高其運行效益。

5.3 優選自動化電能裝置

5.3.1 無功補償裝置

無功功率的產生會造成電氣工程自動化系統出現容量空間變小等狀況，影響較為嚴重時可能會導致內部線路質變問題，故因根據電氣工程的實情選擇無功補償設備，以滿足工作所需，已達到最穩定的運行狀態，以此減少能源的損耗。當系統所產生的功率因數小于0.9時，將嚴重加大公司的經營壓力。所以，無功補償設備的安裝是幫助公司節省生產成本的關鍵因素。在制定該設備規格時應以容量要求、設備電壓容量、諧波率為基礎，通過并聯方法實現安裝具有良好的實用價值。

5.3.2 有源濾波器

有源濾波器的有效融合使用是基于保障節能設計效益彰顯的重要設備。通常情況下，當電氣設備系統受到諧波影響時，就會極大程度降低工作運行效率，同時還會提高系統運行故障的產生風險。此時，就應該在有源濾波器的輔助下減少諧波，從而為電氣工程自動化技術的運用奠定基礎。

5.3.3 電阻器

電阻值是影響電氣工程系統能源損耗指數的量化指標，基于此，在進行節能設計時應科學合理地選擇電阻器（400 kVA配電變壓器補償裝置運行記錄如表2所示），以此運用電阻杜絕了系統的短路電流問題，又可從低溫電阻材料、厚度、橫截面等參數控制電阻器的阻值。另外，還應該確保在能量傳遞階段不能產生很大的電流量。因為通常電阻器阻值越大，其功率也會更大。基于此，還應依據節能的需求選擇電阻值較低的電阻器，以此減少能源消耗，并依靠電氣工程系統嚴格設置的線路布置情況準確判斷電阻器的運行性能，進而保持電氣工程設備的穩定性。

5.4 融入PLC自動控制理念

在進行節能設計環節時，若是能融合PLC自動控制理念，則電氣工程系統的節能運作將事半功倍。其中PLC技術是現階段節能特性尤為顯著的一種自動化信息技術，其是根據人類的思考方法進行模仿，因此當運用到電氣工程及其自動化系統時，不僅可以加快電機工程信息化建設，同時還可以有效提升工作效率，從而為電氣工程及其自動化系統提供重要的安全保護，主要體現在如下方面：第一，遠程控制管理和智能化系統故障診斷服務，利用PLC技術可為電氣工程以及自動化生產中的智能化控制系統進行自動化管理。例如，可以對隔離開關、斷路器等設備進行科學的數據處理，并按照具體分析結果對有關設備實現遠程管理，以此避免安全隱患。故障診斷以通過PLC技術進行對電氣工程系統的合理且全面的內在安全隱患評估，并通過評估數據加以修正，以保證確定安全問題出現的故障段的同時最大化保障企業的經濟效益，多層面地幫助工作人員準確判斷故障段，減少在此浪費的時間，以此提高產品運行生產的效率。第二，實現融合發展，現階段PLC技術已與先進的信息化、自動化的技術進行融合，PLC技術將可以作為企業智能化管理設備，為電氣工程企業實現節能目標提供了巨大助力，從而帶動電機工程的高效發展。

5.5 提升應用效率

相關企業若是想提升內部的運行與使用效率，需以相關的信息技術為應用基礎，在多維度提高工作效率的同時，有針對性地將系統的運用成本做反比計算。為了在節能工程中實現這一目標，首先，需要客觀分析其中的資源運用情況，并強化其中各類設備的聯系，由此來提高系統電力的傳遞效率與輸出質量，并改善各種裝置的工作效率，同時盡量減少輔助環節和人工作業，這對效率的提高和節能降耗效果的達成有著十分積極的意義，并可以在降低設備消耗的同時，將設備使用壽命適當延伸。其次，要在裝置內部形成一種自動化的控制系統，減少系統開關次數，并以此實現了降低其能源消耗的目的。最后，在實施節電設計的過程中，必須針對負載數值加以考量，并且要根據各裝置的實際工作狀況，進行負荷的調節工作，以使得負載之間能一直處于均衡狀態下，在提高電力輸送效能的同時，也使消耗問題有效地減少。

5.6 降低自動化設備損耗

節能設計的主要目的是妥善解決運行過程中的能源消耗問題，進而促使電氣工程系統具有更高質量的節能性能。首先，在導線的選擇方面，應對諸多導線類型進行對比，進而選擇電導率較低的導線，以順應節能設計的目的，以此延長使用的壽命。其次，還可以企業的照明設備為節能設計的切入點，予以降耗處理。一般而言，在照明設備上進行節能設計能夠有效幫助企業減少35%的經濟投入，其中在電光源上可選擇節能的LED、熒光燈等。據實證資料分析，250 W的納燈所產生的能耗僅僅只有20 W。在照明方法的節能設計上，可基于實際運行情況選擇混合照明、局部照明等方式，同時利用白墻的反射性能，多維度增加光的使用率，以達到節能的目的。最后，可基于設計方法與實際運行布置照明線路，減少經濟投入，例如，220 V電壓，可以按照單相二線或三相四線進行供電設計，以此減少能源消耗，最大程度契合節能的設計目標。

6 結語

基于電氣工程自動化信息技術的節能設計研究，能最大化彰顯其運行價值，并在提高相關企業生產運營的同時，有效解決能源損耗的問題，這對推動相關電氣企業的可持續發展具有積極的促進作用。基于此，電氣工程系統的優化與升級應以節能為介入點，客觀分析當前的不足，合理強化其節能設計，科學統籌資源，優化運營配置，強化運行效益，并為相關研究與運行領域提供多元化的技術支撐。

【參考文獻】

【1】孟晨晨.電氣工程自動化信息技術及其節能設計探討[J].山東工業技術，2017（2）：73，241.

【2】薛露.電氣工程自動化信息技術及其節能設計探討[J].中國住宅設施，2017（9）：127-128.

【3】阿達來提·阿布力克木，帕爾哈提·麥麥提.電氣工程自動化信息技術及其節能設計分析[J].電子測試，2020（18）：127-128.

【4】林良智.電氣工程自動化信息技術及其節能設計研究[J].科技風，2020（1）：18，26.

【5】張官鵬.電氣工程自動化信息技術及其節能設計探討[J].環球市場，2017（20）：71.

【作者簡介】左云龍（1989-），男，河北保定人，從事電氣信息化研究。