淺析電氣自動化工程中的節(jié)能設(shè)計技術(shù)

朱玉穎

（蚌埠電力規(guī)劃設(shè)計院有限公司，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個新階段，其中很多行業(yè)的高速發(fā)展都在極大程度上依賴于能源行業(yè)的大力支持，但是傳統(tǒng)能源即將耗盡這一現(xiàn)象已經(jīng)引起了我國相關(guān)從業(yè)人員對可持續(xù)性發(fā)展以及環(huán)境優(yōu)化等問題的關(guān)注。因此，在這樣一個大背景下，和能源產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的電氣自動化領(lǐng)域，其節(jié)能設(shè)計技術(shù)的研究就被提上了日程。節(jié)能設(shè)計技術(shù)是具有極其重要的指導(dǎo)意義的，其會促進(jìn)節(jié)能減排精神的落實。節(jié)能減排的概念，近年來已廣泛應(yīng)用于電氣自動化項目，促使電氣自動化設(shè)備的設(shè)計越來越注重節(jié)能設(shè)計，這將促進(jìn)電氣自動化工程的工作效能顯著提高。在節(jié)能技術(shù)的設(shè)計研究成果中，其技術(shù)設(shè)計理論知識和相關(guān)實踐經(jīng)驗都取得了很好的結(jié)果，為進(jìn)一步實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了很大的技術(shù)貢獻(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步了解和掌握電氣自動化工程設(shè)計和技術(shù)應(yīng)用的節(jié)能策略，進(jìn)一步促使節(jié)能設(shè)計技術(shù)在電氣自動化工程的應(yīng)用效果更顯著，本文進(jìn)行了節(jié)能設(shè)計技術(shù)在電氣自動化工程領(lǐng)域中的應(yīng)用策略探討。

1 節(jié)能設(shè)計技術(shù)在電氣自動化工程領(lǐng)域中的應(yīng)用概念及意義

1.1 電氣自動化工程節(jié)能設(shè)計概念

隨著信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及人工智能等技術(shù)的高速發(fā)展，不僅大量應(yīng)用智能化、信息化技術(shù)的電氣自動化設(shè)備已經(jīng)被應(yīng)用于很多行業(yè)中，而且電氣自動化設(shè)備已然經(jīng)常出現(xiàn)在每個人的生活中，和人們的生活息息相關(guān)。基于此，在電氣自動化領(lǐng)域中落實節(jié)能減排的精神，就可以在很大程度上降低人們的生活成本，并且會改善人們的智能化生活體驗、極大地提高生活能源利用效率。故而，電氣自動化工程中的節(jié)能設(shè)計概念也由此而來，其主要應(yīng)用目的是為了提高能源利用效率、提升電氣自動化設(shè)備的工作效能并改善人們的智能生活體驗。在我國不斷推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型發(fā)展的今天，越來越多的城市不僅會關(guān)注GDP的提高，更會關(guān)注城市生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。在此基礎(chǔ)上，電氣自動化行業(yè)節(jié)能技術(shù)的引入將有效改善城市生態(tài)環(huán)境，促使城市生態(tài)建設(shè)理念的落實[1]。

1.2 電氣自動化工程節(jié)能設(shè)計意義

目前，節(jié)能設(shè)計已成為電氣自動化工程的主流，電氣自動化工程取得了很好的發(fā)展，切實實施了節(jié)能減排戰(zhàn)略。電氣自動化工程節(jié)能的設(shè)計首先具有以下意義。

首先，使用的任何電氣設(shè)備都會耗電。現(xiàn)階段，我國電能資源屬于常規(guī)能源。近年來，能源短缺對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響日益顯著，使得節(jié)能減排成為電氣工程領(lǐng)域廣泛探索的問題之一。通過將節(jié)能理念融入電氣自動化工程設(shè)計中，我們可以提高工作效率，降低能耗，幫助企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益[2]。

其次，電氣自動化工程對平穩(wěn)運行有很高的要求。過去采用的技術(shù)雖然可以在一定程度上提高工作效率，但實際運行過程中的安全性和穩(wěn)定性不足，容易導(dǎo)致供電和輸電網(wǎng)絡(luò)癱瘓。近年來，隨著節(jié)能設(shè)計理念在電氣自動化工程中的深入應(yīng)用，電氣自動化技術(shù)不僅可以減少能源浪費，而且可以確保電力系統(tǒng)和輸電系統(tǒng)的運行安全[3]，這對提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

最后，在長期使用過程中，很明顯，電氣自動化系統(tǒng)在運行過程中容易產(chǎn)生諧波，這將對電網(wǎng)造成重大損害，不利于電氣設(shè)備的保護(hù)。為了有效地解決這一問題，我們需要結(jié)合當(dāng)前形勢從節(jié)能入手。在近幾年的實際使用中，許多節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于電氣自動化項目，可以有效降低電氣系統(tǒng)運行中的能耗，在諧波消除方面具有非常顯著的優(yōu)勢，并能在更大程度上避免對電網(wǎng)的破壞，這對實現(xiàn)電網(wǎng)設(shè)備的可持續(xù)利用具有重要意義[4]。

2 節(jié)能設(shè)計技術(shù)在電氣自動化工程領(lǐng)域中的應(yīng)用原則

電氣自動化工程涉及很多專業(yè)知識。事實上，它在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計時會發(fā)現(xiàn)更多的困難。如何確保節(jié)能概念能夠在電氣自動化工程中得到有效實施尤為關(guān)鍵。因此，在開展電氣自動化工程節(jié)能設(shè)計工作時，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)原則，才能充分發(fā)揮節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢。一般來說，在電氣自動化工程中應(yīng)用節(jié)能設(shè)計技術(shù)時，應(yīng)充分把握以下四個原則。

2.1 安全性原則

在電氣自動化工程的實際運行過程中，安全運行是極其重要的，這是工程必須嚴(yán)格遵循的原則之一。節(jié)能設(shè)計作為近年來自動化設(shè)計的重要內(nèi)容和嚴(yán)格要求之一，與當(dāng)今城市發(fā)展的焦點有著很好的契合度。然而，盡管節(jié)能設(shè)計的重要性不言而喻，但安全第一的原則是需要在節(jié)能設(shè)計時必須優(yōu)先考慮的。

因此，設(shè)計人員在執(zhí)行設(shè)計任務(wù)時，應(yīng)遵循安全第一的原則，做好相應(yīng)工程模塊的節(jié)能設(shè)計，在切實保證人員、環(huán)境等相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行技術(shù)改造和創(chuàng)新，確保電氣自動化工作在安全可靠的環(huán)境中進(jìn)行。此外，電氣自動化項目的開發(fā)也必須遵循安全性原則，對各種電氣設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，以確保設(shè)備的安全可靠運行[5]。

2.2 優(yōu)化高效性原則

電氣自動化項目的優(yōu)化主要體現(xiàn)在相關(guān)功能的優(yōu)化上。具體來說，在優(yōu)化電氣設(shè)備時，相關(guān)人員要求嚴(yán)格做好設(shè)備的實時檢測與分析工作，并做好目前運行中存在一些弊端的舊設(shè)備的更換工作，或通過科學(xué)合理的維護(hù)達(dá)到優(yōu)化設(shè)備的目的。如果電氣設(shè)備太舊，應(yīng)更換性能更好的新設(shè)備，以避免因舊設(shè)備操作不當(dāng)或效率低下而造成能源浪費。一般來說，把握優(yōu)化原則可以促進(jìn)電氣自動化設(shè)備工作效率的有效提高，有助于實現(xiàn)自動化節(jié)能的設(shè)計目標(biāo)。

從電氣設(shè)備的角度來看，如何有效提高運行效率和設(shè)備質(zhì)量是一個需要考慮的問題。對于電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備，許多操作設(shè)備的功率不是最高值，甚至一些操作設(shè)備的功率會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于額定功率，這直接影響到設(shè)備的運行效率和質(zhì)量。因此，在實際實施電氣自動化工程的節(jié)能工程中，必須做好電氣設(shè)備的高效設(shè)計，將高效性作為設(shè)計的重要原則，能夠確保有效降低電氣設(shè)備的運行能耗[6]。

2.3 創(chuàng)新環(huán)保原則

為了更好地適應(yīng)城市發(fā)展，電氣自動化應(yīng)密切關(guān)注節(jié)能設(shè)計技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展變化，不僅要促進(jìn)研究創(chuàng)新和技術(shù)開發(fā)，同時也突出了節(jié)能環(huán)保理念在技術(shù)上的應(yīng)用。因此，電氣自動化工程技術(shù)節(jié)能設(shè)計人員應(yīng)在設(shè)計工作過程中嘗試使用各種新技術(shù)，并用這些技術(shù)有效優(yōu)化設(shè)備操作技能，提高其運行效率，降低設(shè)備能耗與污染物排放量，最終落實節(jié)能減排精神。

例如，在電氣自動化工程的照明系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的照明設(shè)備和使用的技術(shù)需要在能源系統(tǒng)的支持下發(fā)光，但現(xiàn)在，通過相應(yīng)的創(chuàng)新手段，可以于白天吸收和儲存太陽能，經(jīng)過相應(yīng)的處理后，這些能量將轉(zhuǎn)化為照明所需的電能，在夜間，無需直接能源的支持，即可很好地達(dá)到照明的目的。總的來說，創(chuàng)新和環(huán)保應(yīng)該是相輔相成的，兩者應(yīng)該共同發(fā)展而不是互相抵觸。采用這些具備開創(chuàng)性的節(jié)能技術(shù)手段和方法，不僅可以滿足創(chuàng)新的要求，而且可以實現(xiàn)對環(huán)境的保護(hù)。

2.4 經(jīng)濟(jì)環(huán)保原則

在電氣自動化項目的節(jié)能設(shè)計中，經(jīng)濟(jì)原則也是一個基本考慮因素，有必要確保在不增加成本的情況下通過節(jié)能技術(shù)有效降低能耗。在實際構(gòu)想中，必須充分分析電氣自動化工程的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益，尋求兩者之間的平衡點，確保節(jié)能項目能幫助公司獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。在保證經(jīng)濟(jì)性原則實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，電氣自動化工程節(jié)能設(shè)計的基本目標(biāo)是減少不必要的能源消耗，同時環(huán)境保護(hù)原則也始終是需要考慮的原則。在設(shè)計過程中要重點做好兩方面的工作，一是要結(jié)合設(shè)計需求來合理選擇電氣設(shè)備和材料，在保證質(zhì)量的同時確保環(huán)保性能；二是要加強(qiáng)對周圍生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度，在確保電力能源可以滿足供應(yīng)需求的同時，要最大限度地降低環(huán)境污染。

3 節(jié)能設(shè)計技術(shù)在電氣自動化工程領(lǐng)域中的應(yīng)用策略

3.1 電氣自動化工程中變壓器的節(jié)能設(shè)計

變壓器是電氣自動化中非常重要的設(shè)備之一，其功能主要體現(xiàn)在電壓、電流和功率的轉(zhuǎn)換上，即使它們處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，所消耗的能量也非常大，應(yīng)該采用什么有效的技術(shù)、如何進(jìn)行變壓器的節(jié)能設(shè)計，這一問題是值得進(jìn)行深入探究的。

3.1.1 避免變壓器配置的高能源消耗

為了充分有效地實現(xiàn)節(jié)能，必須優(yōu)化各種變壓器相關(guān)材料的設(shè)計和組合。例如，如果硅鋼板、銅板和絕緣材料的設(shè)計存在不合理的問題，可能會導(dǎo)致不必要的能耗。有鑒于此，應(yīng)堅持節(jié)能理念，從滿足變壓器正常工作要求出發(fā)，選擇最合適的材料和操作環(huán)境，從而最大限度地降低電氣自動化建設(shè)的成本，同時也達(dá)到了變壓器降低能源消耗以及提升變壓器工作效能的節(jié)能設(shè)計目的。

3.1.2 節(jié)能材料的高效利用

銅材作為性能好的材料，在變壓器和電線的電氣柜中有很好的適用性，其材料特性要比硅鋼片等其他材料特性更適合節(jié)能設(shè)計的目標(biāo)達(dá)成。雖然銅材的成本較高，但是其可以極大地優(yōu)化變壓器的能源消耗，有效地提升變壓器的工作效能，這種設(shè)計是符合前文所述的經(jīng)濟(jì)環(huán)保原則的。雖然設(shè)計成本有所增加，但是其最終降低的能耗可以很好地降低能源成本，并且可以降低污染物的排放量，達(dá)到節(jié)能設(shè)計的目標(biāo)。

3.1.3 節(jié)能變壓器優(yōu)先

目前，市場上已經(jīng)引進(jìn)了專用節(jié)能變壓器，應(yīng)選擇其作為電力自動化的優(yōu)先類型。總的來說，這類變壓器不但表現(xiàn)良好，并且從長遠(yuǎn)來看其節(jié)能效益也更高。但是，值得注意的是這一類變壓器的價格可能會涉及到成本優(yōu)化問題，所以企業(yè)需要綜合考慮成本和能耗，擇優(yōu)選擇變壓器。對于節(jié)能變壓器來說，它們之間的連接方式是非常重要的，操作員應(yīng)該通過改善連接方式，從而達(dá)到避免變壓器過度使用的節(jié)能設(shè)計目標(biāo)，進(jìn)而減少變壓器磨損，保證了良好的變壓器能耗管理.

3.1.4 在用電中心放置變壓器

在一些工廠或不同的建筑物，例如大型寫字樓，變壓器電氣自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵部件應(yīng)位于用電中心，中間放置適當(dāng)?shù)妮o助設(shè)備，可提供方便的控制，也可有效控制電纜長度，降低成本和資源利用率，降低電壓以及電纜產(chǎn)生的能量，以達(dá)到有效提高運行效率和質(zhì)量的目的。

3.1.5 對變壓器容量和數(shù)量進(jìn)行合理設(shè)計

選擇變壓器時，必須預(yù)留百分之二十的冗余空間，在其數(shù)量上，需要對變壓器的增多而引起的能源過度消耗進(jìn)行相關(guān)的節(jié)能設(shè)計分析，以合理地增加變壓器的數(shù)量。此外，如果使用的變壓器數(shù)量超過兩臺，則需要采取變壓器并聯(lián)措施，以提高變壓器運行的安全性和可靠性，并實現(xiàn)提高變壓器功能效能的設(shè)計目標(biāo)，真正實現(xiàn)了降低變壓器能耗的節(jié)能設(shè)計目標(biāo)。

3.2 電氣自動化工程中電力電纜的節(jié)能設(shè)計

作為配電系統(tǒng)的一個重要組成部分，電纜是建筑施工的主要成本來源之一，并且成本非常高，為了能夠在以后維護(hù)電纜，也需要大量的成本。因此，在應(yīng)用電力電纜時，應(yīng)結(jié)合相應(yīng)的電流密度、電纜本身強(qiáng)度等指標(biāo)進(jìn)行選擇。一般來說，電纜材料主要由鋼和鋁組成，由于其特性相關(guān)，選擇范圍相對較小。

但是在節(jié)能設(shè)計中，選擇電纜不僅需要將成本作為重要考慮因素之一，而且還需要考慮把節(jié)能安全的目標(biāo)實現(xiàn)，考慮到這兩個指標(biāo)，在鋼纜和鋁纜的對比上，鋼纜無論在安全性還是節(jié)能性方面都明顯優(yōu)于鋁纜。然而，銅纜的材料性質(zhì)要比鋼纜和鋁纜的材料性質(zhì)更適合節(jié)能設(shè)計的需求，在節(jié)能設(shè)計實踐中選擇哪種電纜材料，需要結(jié)合機(jī)電自動化的實際施工條件。從總體上看，目前銅纜的應(yīng)用較為廣泛。

4 節(jié)能設(shè)計技術(shù)在電氣自動化工程領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展展望

為了提高電氣自動化系統(tǒng)的工作能力，有效降低電氣自動化系統(tǒng)的能耗，要抓好節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新和改進(jìn)。

首先，要有針對性地改造節(jié)能技術(shù)。例如，設(shè)計人員可以通過優(yōu)化發(fā)動機(jī)性能，實現(xiàn)對節(jié)能需求的有效滿足，降低發(fā)動機(jī)能耗；可借鑒國外先進(jìn)的節(jié)能經(jīng)驗，科學(xué)合理地設(shè)計性能較高的發(fā)動機(jī)，進(jìn)而需要對不同時期的用電量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過將設(shè)備容量降低到合理使用電力和配置電力資源，從而提高電力系統(tǒng)的性能。

其次，將人工控制和自動化相結(jié)合以提高電氣設(shè)備的節(jié)能效率。在手動控制的支持下，可以有效地平衡各個區(qū)域之間的電力需求，從而提高電氣自動化系統(tǒng)的節(jié)能效率。在自動化方面，有必要通過科學(xué)合理的方法，全面考慮提高電氣設(shè)備自動化中的節(jié)能水平。例如，為了達(dá)到居民用電和生產(chǎn)用電節(jié)能減排的節(jié)能設(shè)計目標(biāo)，就需要人工控制介入，平衡兩方面的用電需求，同時在自動化節(jié)能設(shè)計上要盡可能保證電氣設(shè)備的運行效率，達(dá)到節(jié)約用電的目的。總而言之，電氣自動化工程中的節(jié)能設(shè)計不僅需要自動化設(shè)備節(jié)能技術(shù)的提升，而且還需要人工介入，平衡能源需求，進(jìn)而從技術(shù)和控制兩方面達(dá)到節(jié)能設(shè)計的目標(biāo)。

5 結(jié)語

總體而言，電氣自動化工程的節(jié)能設(shè)計已成為當(dāng)今社會廣泛關(guān)注的熱點問題。有關(guān)部門和單位要從變壓器、電力電纜等方面做好節(jié)能設(shè)計，以更大程度地降低能耗。目前，節(jié)能設(shè)計已成為推動電氣自動化更好發(fā)展的有力手段，并在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。今后，我們必須進(jìn)一步加強(qiáng)研究，以掌握更多關(guān)于電氣自動化系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的知識。