電氣自動化工程中的節能技術

馬理想 張晶

（青海綜合能源服務有限公司，青海 西寧 810000）

現階段，面臨“能源緊缺、能源需求量”等現實問題，電氣行業如何解決能源耗費量大的問題，需要給予高度的重視。尤其是2020 年9 月“雙碳戰略”的提出，能源綠色低碳轉型、加快可再生能源替代和技術更新等成為大勢所趨。而電氣自動化工程的出現，一定程度上降低了電能的損耗和能源的損耗，也在提升系統安全運轉和高速運轉等方面發揮出重要作用。面對當前電氣自動化工程中存在的自動化程度不高、線路傳輸損耗高等問題，使電氣自動化工程中開展節能技術開發和應用尤為重要。本文針對電氣自動化工程的節能技術進行了深入分析和探究，旨在為電氣自動化工程走向可持續發展等提供重要的參考。

1 電氣自動化工程中的問題

1.1 自動化程度有待提升

相對于其他發達國家，我國電網調度領域還不夠成熟，電氣工程自動化的程度不高，其主要表現在：電網的各個環節不能集成在一起，在整體上進行控制方面只能單一地對某一個設備或者系統進行控制。同時相關人員在對這些系統或者設備進行控制時主要應用人工協調的方式。這就充分說明當前電氣自動化工程面臨結構單一、性能單一等方面的不足，如果在人工協調時出現人工錯誤，也將會導致能源消耗較大。

1.2 線路傳輸出現耗損大的問題

電網在運行過程中，電力電纜、變壓器、傳輸期間的無功損耗相對較大，這些損耗產生的主要原因與流過的導體電流有直接關系。并且導體所存在的電阻，也將會產生更多的損耗，針對這些問題，我們可以采取有效的措施，在保障電網安全運行基礎上，還能降低能源的消耗，以此達到節能減排的目的。

2 電氣自動化工程中的節能技術

2.1 變頻節能技術

變頻節能技術作為一種綜合性的技術，其集合了電力電子技術、傳動技術、計算機技術，涵蓋著電力系統和機械設備等多個方面的知識[1]。這種技術將工頻電流的信號頻率借助相應的操作轉化成為其他的頻率，這一過程可以利用半導體元件進行操作，頻率在轉換時就能對機電設備的能耗進行有效控制，使電氣設備持續保持省電的狀態，保障電機處于相對穩定的情況。同時，自動化還能呈現出快速處理、減速的功能，一定程度上使能源消耗問題得到控制。例如：利用變頻調速實現對電機轉速的精準控制，保障電機能在最節能的狀態下運行。以風機水泵為例，結合流體力學的原理，軸功率與轉速三次方形成了正比。如果風量在逐步地減少或者風機轉速在降低時，功率也會隨之下降到轉速的三次方，這就能看出精確調速節電效果是十分顯著的。與此同時，對于一些變動負載電機，在生產時都會按照最大需求來確定最后的容量，一般情況下設計的量與實際相比還會大出許多。而在實際的運行過程中，輕載運行的時間占據的比例較高，因此應用變頻器可以一定程度上使輕載運行工作效率得到顯著的提升，變動負載節能潛能變大，電氣自動化工程中使用變頻器就相當于開展了節能措施。

2.2 在線監測的技術

在線監測技術主要是指電氣自動化工程中電力系統是否正常運行、電容設施介質的損耗等開展有效的監督和監測，保障電氣自動化能處于最佳的運行狀態。這一技術類型主要有：局部的監測、損耗監測[2]。局部的監測主要是指變頻裝置之中局部放電的信號監測，這一類的技術包括超聲波監測、超高頻監測、脈沖電流監測，借助這些技術能對節能情況、電氣自動化運行情況開展實時的監測和控制。例如：電力高頻數據碳排放智能監測分析平臺的線上運行，利用大數據監測的功能、以“大數據+云計算+區塊鏈+移動互聯”為主要技術支撐，監測用電量和碳排放量，通過借助監測分析的模型，了解用電量與碳排放之間的趨勢和規律，然后開展智能在線分析和提出解決的對策。而損耗監測主要是指電容設施介質損耗的監測、電容量的監測，為了彌補之前電流傳感裝置存在的不足之處，我們需要合理應用自動反饋零磁補償技術，這一裝置最大的功能就是具備深度反饋技術，能對電氣自動化運行的情況開展自動的追蹤，使電氣自動化運行效率得到有效的保障。

2.3 輸電線路節能技術

電氣自動化工程中輸電線路作為主要構成，其在輸配電系統中發揮著重要作用。而輸電線路在電氣自動化工程中需要投入較高的施工成本和維護成本。因此，針對這部分，我們在應用節能技術時需要做好綜合性的分析，在選型上做好選擇，例如：站在成本上的角度，選擇銅線或者鋁線。由于鋁線相對于銅線相比在經濟上占有較大優勢，并且在選擇上還應考慮到材料的耐久性、導線截面積等，通過對比，還是選擇銅線線路，這樣才能獲取更高的經濟效益。根據相關的研究發現，我國輸電線路主要應用鋼芯鋁絞線，導電率達到53%；相比于節能導線，這里我們使用中強度的全鋁合金絞線，導電率相比于鋼芯絞線要高出5.5%。這一導線的優點主要表現在：電阻損耗低、傳輸的容量大、耐腐蝕、造價相對較低等。因此，電氣自動化工程中可以應用這一節能技術。

2.4 供電系統的節能技術

這一技術包含三個方面的技術，主要有：變壓器中的技能技術；線路傳輸過程中的能耗控制技術；無功補償技術。其中變壓器在應用時會產生較大的能源消耗，通過分析了解到負載耗損、空載損耗等成為能源浪費嚴重的主要因素。因此，在對變壓器之中產生的耗損提出解決對策時，可以從以上兩個方面入手，達到節能減耗的目的。例如：變壓器的空載損耗進行控制可以借助改變變壓器設計、制造的工藝、選擇質量好的變壓器等措施。負載損耗進行控制主要是改變繞組電阻、改變變壓器中的繞組電流等方式，通過選擇組織比較小的繞組變壓器，提升節能的效果。同時，對于能耗控制技術，這一技術主要是在線路傳輸中產生的，這一技術又可叫做降低線路的電阻損耗技術。該技術應用時通過選擇合適的導線，即選擇電率較小的導線材質，使電路上的能源損失減少。然后在對導線的長度、導線的截面面積等進行控制，使電路長度在合適的范圍內后達到能源損耗的目的。另外，無功損耗技術主要是指在電氣設計時，設計人員應用功率相對較高的電氣設備，借助靜電容無功補償技術使負載電流或者無功電流等得到有效的控制，增強功率的同時降低電流損耗[3]。

2.5 智能微網技術

智能化配電網主要包括了多種技術成果，主要表現在：儲能技術、可再生資源發電技術、分布式發電技術、新生電氣電子技術[4]。配電網之中在集合更多分布式發電單元和負荷之后，形成了相對獨立的系統，這一系統能為更多的客戶群體提供用電、用熱方面的需求。微網實現了并網運行，還能在運行過程中與主網之間進行相互脫離，這一控制的手段具有明顯的靈活性，使其在孤島的情況下還能正常地運行，進一步削弱電網對優化潮流的限制性。

3 電氣自動化工程中節能技術應用的要點

電氣自動化工程中，做好節能技術的應用工作尤為重要。在應用節能技術時，需要遵從一定的原則和采用多種有效的方法，從而使節能技術發揮出最大的潛能，在保障電氣自動化工程運行成效的同時還能保障電氣系統的安全運轉。

3.1 針對電能損耗問題提出解決對策

電網中開展節能設計能對電網之中產生的較大電能進行控制，降低消耗，保護好電網的正常運行。電氣自動化工程在運行時通過降低電網之中的較大阻力有效降低電能損耗，使電網在傳輸過程中更加的穩定、可靠。為了達到降低電能損耗的目的，我們需要對導線的選擇進行科學的優選：（1）選擇高標準的導線材料，結合電導率，對導線之中產生的電阻率進行降低，保障導線在運輸時更加的穩定，提升導線運輸的整體質量。（2）導線在選擇時，還應注重導線的質量問題，甄選材料，只有導線質量越高，產生的阻力也就越小。并且，導線在布局或者設計時，應該進行鋪設設計，主要借助直線的方式，避免導線出現纏繞。電氣自動化工程之中開展節能設計，可以通過優化選擇導線和利用導線，為電能傳輸提供保障，增強電網的運行效率。

3.2 針對無功功率問題提出解決對策

眾所周知，配電設備之中產生的較大無功功率，會使電能耗損情況更為嚴重。當出現這一問題后不僅會對整個電能質量產生不良的影響，還會直接影響到電壓的穩定性。對于使用者來講，無功的功率的具體表現為：功率低。當出現功率過低的情況時，用戶則需要向相關部門繳納一定的罰款。而如果在實際應用時選擇適合的無功補償設備，能對功率的平衡提供一定的保障，使供電質量得到顯著的提高。相關工作人員在操作時盡量對電能產生的損耗進行控制，這樣才能使電氣工程得到安全運轉。例如：導線在受到電阻的影響時，電機所產生的電能很難被變壓器進行吸收，對于一些沒有吸收的電能也會在電流傳輸時被有效地釋放。由于無功功率發生了一定的作用，可以利用無功功率、電容器等進行抵消[5]。借助電氣相關設備開展無功補償時需要對以下方面的內容予以重視：第一，電容器在無功補償時，應結合電壓容量、電壓負荷、自然功率等參數，明確好電容量的容量。對于無功補償中所產生的諧波，應該運用串聯定量電抗器對諧波進行消除。第二，利用計算公式了解參數，確定無功電流和功率參數，使投切振蕩問題得到有效緩解。

3.3 針對變壓器問題提出解決對策

變壓器在電氣自動化工程中扮演著舉足輕重的作用，可以轉換功率、轉換電壓和電流。而實際運行時，變壓器所產生的耗損較大，即便是空載運行產生的能源消耗量也沒有減少，能源浪費的現象比較嚴重。因此，對于變壓器，其在開展節能時應該進行有效設計。（1）選材方面，秉著節省能源的原則，應用絕緣的材料或者銅片等。在保持變壓器的功能時還能全面落實貫徹節能、環保的設計理念。（2）變壓器在制作過程中，對于電線之中的硅材料或者電柜的硅材料可以使用銅材料進行取代，只有這樣才能在改變材質的情況下避免空載過程產生的較大能源消耗[6]。

節能變壓器應用在電氣自動化工程中所占的比例較大。為了使變壓器的功能放大，不僅要對材料進行優選，還應保障接線方法的準確性。利用監測技術和反饋技術，對出現的空載、超載情況進行監測，避免出現不必要的浪費。當變壓器容量減少時，超載現象很容易產生，導致變壓器的運行受到影響，降低變壓器的使用年限；當變壓器容量加大時，空載的現象就會凸顯，產生不必要的能源浪費。電氣自動化工程中還需結合實際的情況，對變壓器的臺數進行合理配置，在滿足節能保障情況時達到降耗的目的。

3.4 針對諧波問題提出解決對策

電氣自動化設備在運行時產生的較高能源消耗，將會產生較大的諧波問題，當出現這一問題后，電氣設備出現損壞的現象也會更加嚴重，導致電氣設備無法正常地運行，電能消耗增大。并且，諧波還會引起電網電壓的不穩定性，當出現操作失誤或者操作不當時，電氣自動化設備是很難穩定運轉的。諧波更會對電動機產生一定的損傷，使得設備壽命降低，影響其他設備的自動化控制。因此，電氣自動化工程可以應用和安裝濾波器設備，主要是因為濾波器運行上有明顯的優勢、有較高的濾波效果，能有效避免出現的諧振問題。而有源濾波器能產生較高的過濾諧波，能對諧波進行抑制，其為之后的供電、輸電提供保障，促進電氣自動化工程的正常運行。

4 結語

電氣自動化、智能化已經成為一種發展趨勢，而電氣自動化工程在實際應用時需要面臨能源消耗問題。電氣自動化工程在設計時需要做出改變，遵循“綠色環保、安全運行”的原則，認識到節能環保設計對推動電氣自動化工程發展所帶來的重要作用。通過合理應用電氣自動化工程中的節能技術，做好電能耗損、能源耗損的工作，從而為達到“雙碳目標”、實現技術更新、改變能源不足現狀、促進經濟效益和社會效益的統一發展等提供堅實的保障。