節能設計理念在電氣自動化工程中的應用

金建軍

（云南德勝鋼鐵有限公司，云南 祿豐 651299）

引言

現階段，電氣工程的自動化水平越來越高，其工作效率也在逐漸提升，為了保證電氣自動化工程能夠長期、穩定的運行，應合理利用各項能源，減少不可再生能源的消耗。所以，在電氣自動化工程設計階段，工程設計師需要充分認識到節能設計理念的重要性，結合工程實際情況及能源消耗需求將現代化節能設計理念滲透到電氣自動化工程各設計環節中，制定出科學、安全且高效的節能設計方案，在保證電氣自動化工程設計質量的基礎上盡可能節省工程成本，緩解我國目前能源供應的壓力，突破能源短缺制約社會經濟的局面，真正體現出節能設計理念的價值。

1 電氣自動化工程節能設計重要性

電氣自動化工程是當前一項新型技術，其應用時間短，但工作效率高，對工業生產及人們的生產生活都有著十分顯著的積極作用。然而，隨著電氣自動化工程的高效應用，各項能源的消耗量快速提升，那么如何在節能減排、保護資源的理念下將電氣自動化工程進行優化，是工程設計師需要考慮的重要問題。工程設計師在對電氣自動化工程進行設計時，可對電氣自動化工程的發展趨勢進行分析，結合能源消耗情況，將節能設計理念融入到各專業項目的設計過程中，利用先進的節能設計技術改善電氣自動化工程的性能指標，切實將節能設計技術的作用發揮出來，讓電氣自動化工程在后續運行過程中能夠真正實現節能減排的目標，降低能源損耗、減少環境污染問題[1]。通過科學、合理的設計方案，增強電氣自動化工程的經濟效益和社會效益。

2 電氣自動化工程節能案例

某鋼鐵企業在2010年前完成生產系統改擴建，在改擴建時未對供電系統進行完整規劃，導致電能損耗較高。近期在國家節能政策的影響下，進行了電氣工程的節能改造，取得了較好的經濟效益。該公司接線圖見圖1。

2.1 優化項目一

該企業使用6 kV電壓，負荷較重，系統容量也較高，為限制系統短路電流，采用在ⅡⅢ段母線段間串聯限流電抗器的方式，以求達到限制短路電流的目的。雖然這在一定程度上起到了控制效果，但卻不可避免的存在電抗器限流帶來的損耗，損耗費用見下面計算。

XKK-6-3000-10%電抗器的電能損耗：

1）有功損耗功率查電抗器參數表得到PK=12.2×3=36.6 kW=45.75 kW。

3）年總損耗=β2ΔP∑T=β2（ΔP=PK+0.10QK）T。

以下計算按照：負荷率β=0.7，年運行T=8 000 h，每kWh按照0.50元。

由表1可得出，限流電抗器每年電能損耗高達140.2 MWh，而電能消耗所需支付的費用為70萬元/年。現在該電抗器上并聯快速開關，正常時快速開關合上，短接電抗器減少損耗。系統發生故障時，快速開關斷開電抗器投入，限制短路電流。

表1 變電抗器常年串在電路中的損耗

2.2 優化項目二

根據該企業供電網絡結構，可通過負荷轉移后減小變壓器總容量及減少變壓器損耗，現從供電安全、經濟等方面考慮，對運行方式進行如下優化：22 MW發電機負荷經過4號主變升壓到110 kV母線，再經變壓器降壓到6 kV電壓后供電，22 MW的電能在升壓、降壓輸送過程中產生損耗。

輸送22 MW發電機負荷電能4號變壓器損耗：ΔP=ΔP0+KqΔQ0+（ΔPK+KqQN）×（S/Se）2=25.38+0.5×48+（138.864+0.5×5 804）×（22 000/40 000）2=969 kW。

現將新ⅠⅡ段改為4號主變低壓側直供，改造后發電機負荷直接在6 kV側供電，降低電能輸送過程的損耗。1號、2號、3號主變負荷也相應減少22 MW，可以停運2號主變。通過優化后，不僅減少損耗，還降低了變壓器的容量。

3 電氣自動化工程滲透節能設計理念的基本原則

3.1 環保性

在節能設計理念的推動作用下，工程設計師在對電氣自動化工程進行設計時，首先應考慮到工程的環保性，依照環保性的基本原則對電氣自動化工程的節能設備設施及相關技術進行設計，保證各項設備、技術的應用都能體現出節能設計的作用。工程設計師要全面分析節能設備、技術對周邊環境的影響，針對各項節能設備設施節省的能源量進行研究，準確計算出各類設備設施的能源消耗量，盡可能將不良因素的影響降到最低[2]。

3.2 安全性

在對電氣自動化工程開展節能設計時，工程設計師除了考慮工程設計的環保性，還應充分考慮到工程的安全性，在充分融入節能設計理念的同時也需秉著安全性原則開展設計工作。工程設計師要在完全掌握節能設計技術的應用方法后，詳細分析電氣自動化工程中各項設備設施的運行情況，保證電氣自動化工程能夠安全運行，確保其生產的安全性及可靠性。

4 電氣自動化工程滲透節能設計理念的有效措施

4.1 合理選擇電氣自動化工程的導體

電能在電氣自動化工程傳輸、運行過程中會存在一定的消耗量，這一現象也是造成能源浪費的重要原因。工程設計師在設計過程中需結合經濟效益對導體的選擇進行全面分析，通過多方面比較選擇合適的材質，優化線纜通道及負荷分配。根據電氣自動化工程的實際情況對導體的橫截面積及長度進行有效調整。由此減少導體長度、提高電能傳輸的效率，實現電氣自動化工程節能減排的目標。

4.2 選擇合適的設備

工程設計師還要結合經濟性原則，合理選擇電氣自動化工程的節能設備，在滿足節能設計理念的同時還要有效保障工程的經濟效益。

變壓器是電氣自動化工程中的重要設備，在其運行過程中會產生一定的空載損耗和負載損耗，導致電能在傳輸過程中被大量消耗。工程設計師要通過全面考慮選擇合適的變壓器及其容量，通常變壓器的容量負荷在65%~75%左右時效率最高，經濟性也最強。工程設計師還負荷其不平衡問題，盡可能將其流經中性點的三項不平衡電流控制在允許范圍內，降低變壓器的自身消耗率，延長其使用壽命。

電抗器等耗能設備在電氣工程中應用較多，隨著科學技術的進步，各種新工藝、新設備的開發使用。在對電氣自動化工程進行設計時，應將節能設計理念融入到各專業項目的設計過程中，降低電能損耗。

在電氣自動化工程照明項目的節能設計環節中，工程設計師可通過高效能光源降低能源的損耗，提高高效能光源的利用率。此外，工程設計師要充分掌握建筑工程的布局構造，結合實際情況合理設計光源。

4.3 優化配電設計

電力系統的服務宗旨是為設備提供可靠的動力源，因此在電氣自動化工程進行設計時既要滿足用電設備對可靠性和負荷容量的要求，又要保證系統具有靈活性、易控性及穩定高效。可以通過合理的設計系數及負荷分配來實現。采用較優的設計，能夠讓系統的運行效率及綜合利用率得到提高，這樣就能有效降低損耗。

4.4 無功補償

在電氣工程自動化系統中，無功功率不僅影響電網質量，還對系統的經濟運行有較大影響，如果功率因數較低，不僅增加損耗還需要繳納額外的電費。選擇合適的無功補償設備及補償方式，可以提高電能質量降低損耗，既提高了經濟效益，還得到了較好的社會效益。

5 結語

在電氣工程自動化及智能化速度逐漸加快的同時，也引發了較為嚴重的能源消耗問題，在一定程度上阻礙了電氣行業的發展。為了迎合我國節能減排的綠色理念，在電氣自動化工程設計過程中，工程設計師還應充分認識到節能設計理念對電氣自動化工程的積極作用，根據電氣自動化工程的運行需求及實際情況，明確節能設計的目標，秉著綠色環保、安全運行等基本原則，開展科學、合理的設計工作。通過高效、實用的節能技術及設備減少電氣自動化工程運行過程中的電能損耗，充分發揮出現代化節能設計的價值，實現我國可持續發展的戰略目標，為促進社會經濟發展奠定良好基礎。