探討電氣技術中的節能手段

高力

（中國電建集團河北工程有限公司，河北 石家莊 050021）

工業建筑具有配套性、通用性和集約性特點，在社會經濟飛速發展的新時期下，工業生產也隨之進入了新階段，相應的各種能源與資源的消耗也比以往更多，也因此造成嚴重的環境污染，如何節能減耗成為現階段工業生產急需解決的問題。電氣自動化可在很大程度上降低工業生產成本與能耗，為工業生產的可持續性發展奠定良好基礎。因此，在電氣工程的設計、選擇與施工方面，應遵循綠色節能理念，提高電力資源利用率。

1 工業電氣自動化概述

1.1 技術內涵

工業領域中，利用自動化技術不僅能提高生產效率，增加工業產量，保證生產質量，還能促進技術革新，提高企業的核心競爭力。在電氣自動化設備中加入節能技術，能夠推動節能系統的開發，提高電氣工程的自動化水平與工業生產效率。自動化的工業生產中，電力負荷越來越大，如果可以采用節能技術，就能從不同角度與層面進行調控，減少電能消耗[1]。

計算機編程可為電氣工程自動化提供技術支持，通過收集電子與電氣信息并經計算機處理后，以保證信息判斷的準確性。利用自動化技術可模仿人類的思考方式，完成人類無法完成的高風險作業，排查電氣工程的安全隱患，保證工業生產的安全性。此外，利用自動化技術可極大減少資源消耗，優化工程作業的流程。利用自動報警裝置可及時對安全隱患發出警示，有效處理系統故障，保證電氣系統正常運行。

1.2 技術要求

工業電氣自動化技術的應用，重點在于節能減耗。結合電氣運行功能與工程設計標準，充分考慮物質資源的可轉化率，避免造成資源浪費，降低電氣系統的運行成本，以滿足工業生產的持續性發展要求。在各環節均要保證合理利用資源，根據物質資源的特點與可利用的程度，遵循“節約資源、控制成本”原則指導工作的開展。比如，在設備運行過程中，認真分析投入成本，盡量選擇性價比高、經濟的電氣設備，既節約成本又具有良好的節能效果。同時還要分析新能源的價值，加強節能技術的開發力度，嚴格控制電氣設備的生產成本。

1.3 特點分析

電氣自動化是目前比較先進的系統，主要特點體現在以下2方面：①技術的融合性。現階段，世界各國都致力于工業生產技術的研究。工業電氣生產中所用到的自動化技術及設備類型越來越豐富，為技術的創新與產能的提升創造了有利條件，自動化技術已經被滲透到電氣生產的各個領域，無論是應用范圍還是技術的應用價值都有了質的變化。在電氣系統的自動化升級過程中，需要依賴于計算機與通信系統，只有融合多種技術，才能保證電氣自動化系統穩定運行[2]。②技術的實用性。隨著電氣自動化技術性能的不斷完善與提升，工業生產中電氣技術的應用越來越普遍，自動化技術實用性強的優勢得以充分體現。工業電氣領域應用自動化技術，實現了對機械設備的自動控制，通過全面調控、檢測、分析電氣設備及系統，合理配置電氣設備，優化生產流程，極大提高了工業生產的時效性與生產質量。

2 電氣自動化技術的應用優勢

2.1 高效性

利用自動化技術可高效處理數據，通過分析開關量與模擬量，獲得符合電氣工程的具體數據。

2.2 安全性

電氣自動化技術主要的控制內容有收集、整理與工業生產相關的數據信息，從中提取有價值的信息。智能控制比傳統控制器具有更好的控制性能，比如，針對電氣工程的某個項目，傳統控制器需要工作人員親臨現場進行調控，有一定的危險性。而自動化系統只需要調整相關參數即可，工作人員不需要抵達現場，在不接觸高危設備、元件的情況下便能控制電氣項目，充分保障了電氣系統運行的安全性。

2.3 便于管理

通過自動化系統，管理人員可以迅速查閱所需的電氣工程信息，比如報表、運行曲線、數據、日志等。自動化系統還具有模擬故障錄波、波形捕捉、順序記錄、開關量變位等功能，管理人員能夠迅速定位故障，分析故障類型。此外，自動化系統還可實現實時監控，自動報警安全隱患，記錄故障或事件的發生順序。

3 電氣設計中節能技術的應用原則

3.1 經濟性

在經費有限的前提下，如果電氣工程施工超出預算，便會面臨停工局面，還會造成經濟損失。因此，電氣系統的設計必須考慮經濟問題，把業主的利益放在首位，避免浪費成本。在電氣工程成本中，材料占比非常大，大部分資金都會用來購買材料。采購人員應該進行全面的市場調查，了解市場價格與材料供應商的資質、口碑，在保證材料質量的前提下，控制采購成本。完善現有的施工技術，提高施工效率，避免返工、拖延等現象，保證在工期范圍內完成電氣工程施工。電氣設備需要后期維護，因此，施工前就應該全面檢測設備性能與質量，為后續施工奠定良好基礎。施工結束后，委派專人定期檢查、維護電氣設備，延長設備的使用期限。

3.2 功能性

電氣設計是電氣工程施工的重要環節，充分發揮電氣系統的功能性，是決定工程能否順利開展的關鍵因素。但在實際工作中，電氣系統的設計會受到內部、外部因素的影響，因此必須從整體上規劃電氣設計工作，保證設計的合理性與可行性。與傳統電氣設備相比，現階段的電氣設備功能更加全面，工程人員也應該充分掌握設備的各項功能，并考慮如何將設備功能發揮到極致，在遵循功能性原則的基礎上應用節能技術，充分體現自動化電氣設備的優越性。

3.3 適應性

在電氣工程中應用節能技術，宗旨是節約資源，提高資源利用率，減少消耗，減輕污染。工業電氣的施工比較復雜，需要用到的資源與材料數量較多，控制材料成為節約資源的主要途徑。分析電氣系統的運行特點，根據電氣工程的施工要求來選擇節能技術，讓節能技術能夠很好服務于電氣工程[3]。在滿足電氣工程環保節能的前提下，盡量減少和避免對周邊環境的破壞。尤其是對于可循環利用的資源，更應該合理規劃，保證資源得到充分利用，節約施工成本。

3.4 環保性

應用節能技術的目的之一是實現電氣工程與環境之間的相互協調，保護自然環境不受破壞。因此，需要優化施工技術與方式，合理選擇施工設備，降低施工過程中的噪聲污染與光污染，減少建筑垃圾。在可持續發展的戰略指導下，在電氣工程施工中融入節能技術，最大程度降低對生態環境造成的不良影響，節約施工費用。盡管現階段工業施工的違規行為得到一定控制，但工業對自然環境的破壞仍然是不可回避的現實問題，利用節能技術不僅可規范對工業污染物的管理，同時也為工業工程的綠色、可持續發展提供了保障。因此，施工人員應不斷夯實理論水平，提高技術水平，在施工中充分發揮節能技術的優勢。

4 工業廠房電氣工程中節能技術的應用

4.1 配電網絡的節能設計

4．1．1 變壓器

在供配電系統中，變壓器是一種轉化、分配電能的設備，應用十分廣泛。變壓器本身存在電力損耗，可以從變壓器的選型、數量、位置等幾方面進行控制，以實現節能效果。比如，與S7-1 250 kVA/10 kV的變壓器相比，SCB10-630 kVA/10 kV變壓器的鐵損耗降低了8%，銅損耗降低了25%，非晶合晶變壓器能夠讓變壓器的空載損耗降低60%～80%。設計供配電網絡，應盡量使用低損耗的變壓力，干式變壓器是一種很好的選擇，而且非常適合工業廠房的供配電網絡。而傳統的油浸式變壓器由于含有礦物油脂，在高損耗的情況下很容易發生爆炸、燃燒等安全事故。干式變壓器由串接高壓輸出、控制箱等元件組成，安裝時和其他配電設備共同組成一個外殼，以此來控制供配電網絡的運行，具有效率高、節能、安全、損耗低、抗沖擊能力強、質量輕等優勢，具有較高的經濟價值。

4．1．2 無功補償的設計

如今，工業生產中機械設備的運行功率越來越大，因此需要加強變壓器的單項無功補償功能，以提高配電網絡的功率因數，降低對線路與電纜的消耗。與三相共同補償相比，變壓器的單項無功補償設計需要更多的元件，費用需要增加20%～30%。出于經濟性的考慮，可以將單項無功補償和三相共同補償相互結合，前者應用于配電網絡壓力集中的區域，后者應用于壓力較小的區域，從而提高配電網絡節能技術的性價比。如今，中國的工業廠房通常都采用集單項無功補償、三項共同補償、諧波治理于一體的設計方式，顯著提高了配電網絡的節能效果。

4．1．3 電氣設備的節能

工業使用的電氣設備，盡管耗能大，但同時也具有較大的減耗潛力。比如在電氣設備的選擇上，既有低壓電機（200 kW以下），也有高壓電機（335 kW以上）。在電機的額定功率為200～335 kW時，應根據電機的電阻、電流、電容、電壓等信息來計算電機運行狀態下的消耗情況，經過綜合比較后，選擇能耗較小的電機[4]。在科技飛速發展的新時期下，中國最新研制出的電子元件的價格也越來越經濟，完全可以選擇新型、便宜的電子元件來當作電氣設備的節能器件。

4．1．4 電纜截面的節能

配電網絡的電纜截面，需要在充分了解工業廠房電氣線路最大負荷運行的時間長度的基礎上進行選擇，在最大負荷運行時間少于7 000 h的情況下，可根據電纜的經濟電流密度來選擇電纜型號。如果電力電纜長時間處于高負荷運行狀態下，那么電纜的老化速度更快，使用時間更短，還會增加維護成本，埋下安全隱患。如果電纜的最大負荷運行時間少于4 000 h，可根據導體截流量來選擇電纜截面，如果電纜所在區域的載流量較大，可酌情擴大電纜截面，保護配電裝置，也能提高配電網絡的節能效果。

4.2 供電系統的節能設計

GB 51245—2017《工業建筑節能設計統一標準》明確規定，工業廠房在滿足功能要求、室內與室外環境質量要求的情況下，應積極采用新技術實現零能耗，減少能源消耗，提高能源的利用率。

設計供電系統前，需全面了解工業廠房的負荷中心設備的負荷功率、季節性的負荷變化、周圍環境等情況，然后明確工業廠房的用電總負荷以及電壓需求，綜合設計豎井與機房，選擇節能效果好、高能效的變壓器，同時搭配各種用電設備，優化供電系統。在供電系統負荷中心周圍設置電源，計算系統負荷，確定供電設備的負荷等級。合理設計供電系統濾波，安裝無源濾波裝置與濾波器，避免供電系統受到諧波的嚴重影響，讓供電系統中的設備處于最佳區域，做好設備運行管理，保證節能效果。

4.3 照明系統的節能設計

在工業廠房中，照明系統是用電系統的重要組成部分，應嚴格按照《建筑照明設計標準》統籌規劃照明系統設計。工業廠房的電梯、樓梯、走廊等區域的照明時間較少，如果在不需要照明的情況下，照明系統仍在運行，必然會浪費大量電能。因此，上述區域可以設置感應照明燈，或者通過分區、分組進行集中照明控制，統一熄燈時間[5]。另有一些工業廠房會設置景觀臺，此區域應盡量使用低功率的LED燈以減少電能消耗。大部分照明設備的電壓都是220 V，三相四線制供電模式下，電氣系統的損耗低于28%，節能性、經濟性較強，可供參考。

5 結束語

綜上所述，電氣自動化系統所具有的節能性能，充分滿足了現階段中國工業生產建設的需求。盡管中國工業領域的電氣自動化技術起步較晚，但發展速度卻很快，相信隨著節能技術的創新與完善，必能實現電氣自動化的可持續發展。