浅谈电气自动化工程中的节能设计技术

浅谈电气自动化工程中的节能设计技术

黄沛沂

广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞523008

摘要：随着能源的逐步消耗，节能减排已经成为全球关注的焦点。随着我国城镇化建设的发展，同时促进了电气自动化工程的发展。在二者公共发展的背景之下，节能技术在电气自动化工程中的运用也在得到人们越来越多的重视。对电气自动化工程进行节能设计，不仅能够节约资源，而且能够逐步改善人们的生活环境。因此本文主要以节能为目标，对变压器、电力电缆、提高功率因素等节能设计进行分析。

关键词：电气自动化；节能设计；技术应用

引言

目前人们对于日常生产和生活中的节能环保越来越重视。同样，电气自动化工程领域的节能设计也同样得到人们的日益关注。因此，我国亟待在满足电气自动化工程正常生产的效率和质量的前提下，采取必要的节能设计降低电气自动化工程的能源损耗。本文主要以电气自动化工程的节能设计为基础，提出一系列节能的方法和技术，旨在得到人们对于电气自动化工程节能设计重视的同时，也能够对电气工作人员提供方法和指导。

一、电气自动化及节能设计的概念

电气自动化在人们的日常生活和生产活动中发挥着巨大的作用。通过运用电气自动化，不仅能够降低工作人员劳动强度、降低企业运行成本、提高工作效率，而且能够提升和改善工作人员的劳动环境和条件。随着“绿色工业革命”概念的普及，节约能源、绿色低碳的生活方式挣在逐渐深入人心，因此节能已经成为我国目前经济建设发展的重要内容和目标。大力推动电气工程自动化的发展，采取自动化技术推动各行各业的节能减排工作已经是大势所趋。随着《巴黎协议》的生效，对全球和各国政府的节能减排任务和目标均提出了要求，因此谁先掌握节能减排的高新技术产业主导权，谁就将主导未来的全球经济。

二、电气自动化工程的节能设计应用

2.1变压器的节能设计技术

变压器是电力自动化工程中的重要电气设备，主要用于实现电力系统电流、电压和功率的转换工作。变压器在运行过程中需要消耗大量的能源，即使是在空载运行的状况，同样会消耗低压系统大量的能耗。因此必须做好变压器的节能设计。通常来说，变压器的节能设计主要包括以下几个方面：（1）防止变压器型材造成的能源消耗。必须通过优化变压器的材料组合，实现节能效果。如果铜片、硅钢片和绝缘材料的设计不合理，会产生很多不必要的浪费。因此必须在满足变压器正常工作的前提下，选择最为合理的材料和运行介质，一方面降低电气自动化的建设成本，另一方面实现变压器的节能目标；（2）选用具备节能效果的变压器。节能变压器不仅具备传统变压器的功能，而且从长远来看还能起到良好的节能效果。节能变压器的关键在于其内部的接线方式，并且要避免变压器长期处于过载运行的状态，防止变压器出现故障而消耗更多的电力资源；（3）避免变压器放置在能耗中间位置。在工厂或者大型写字楼等建筑中，变压器应当与其余的辅助电气设备安装在一块，不仅便于管理，而且能够缩短电力电缆的长度，起到节约成本、降低电缆损耗和提高供电效率和质量的作用。（4）合理选择变压器容量和数量。应当根据实际所需电量选择变压器的容量，如果变压器的容量太小，可能导致变压器长期处于过载运行状态，缩短其使用寿命；如果变压器的容量过大，则导致变压器长期处于轻载运行状况，会造成电力资源的浪费和变压器使用的冗余。因此，在变压器的实际选型时，应当预留出20%左右的荣誉空间。有关变压器数量的选取，应当综合考虑扩容和过度损耗的情况，不能出现变压器数量过多的情况。实际使用过程中，如果变压器的数量不少于两台，则应当采取并联的措施，不仅能够提高变压器的安全性，而且能够增加电力系统的功率系数，实现节能的目标。

2.2功率因数的管控措施

功率因数是与电力自动化节能设计紧密相关的参数，提高电力系统的功率因数，同时也会增加电力系统的无功功率，从而提升电力系统的电能转换率。目前，常用以下几种方法提高电力系统的功率因数：（1）提高对电力用户负载率的处理能力，例如：在满足电力用户电能需求的基础之上，减少电动机的数量。电动机数量较少的情况下，不急能够提供较大的扭矩，而且产生的电流也较高，能够保证电气设备在较短的时间内处于平稳运行的状态，进而提高作业效率、减少能源消耗、实现节能减排的目标。另外一种提高功率因数的处理方式是电动机的变频自动控制（如图1所示），实现电动机敷在较小的情况下获得较大的功率因数；（2）在低压电力系统中安装可实现无功功率自动补偿的装置，无功功率补偿的额度通常选择变压器容量的三分之一左右，这样不仅能够维持电力系统的安全、稳定运行，而且能够实现节能的目标。

图1：电动机变频自动控制示意图

2.3选择合适的电力电缆

电力电缆是电力系统输配的重要组成部分，是电气自动化投资成本的重要组成部分，并且运行过程中维护检修也占据了大量投资成本。因此在选取电力电缆的过程中，应当根据所在区域的电流密度和电流强度确定电力电缆的横截面；对于电力电缆的材料选择，主要包括铜材和铝材两种，一般选择铝材代替铜材，因为铝电缆的价格低廉。但是从节能和安全的角度出发，铝电缆的以上两项性能远不如铜电缆。因此虽然铜电缆比铝电缆姚贵忠，但是从安全和节能的综合角度出发，推荐使用铜电缆。

2.4合理选用滤波器

在对电力系统进行扩建的过程中，经常会使用大量的非线性电流-电压特性的电气设备，但是这些设备通常会产生较大的谐波电流。谐波电流在电力系统阻抗的作用下会产生一定的电压，如果该电压与基波电压发生叠加，则会产生电压的畸变，进而引发电网系统电气设备的误操作等现象，导致整个电网系统受到影响。因此，必须通过使用滤波器消除非线性电流-电压特性电气设备产生的谐波电流。通常情况下，滤波器具备响应快、动态性能强等特点，在无功补偿的工作模式下，能够高效的消除谐波；在三相补偿谐波电流下能够滤除2~60次谐波。因此，在电力系统的建设过程中，应当运用滤波器对谐波进行过滤，一方面能够提高电气设备的运行效率，另一方面实现较好的无功补偿效果，实现良好的节能目标。

2.5其他节能设计应用

在电气自动化工程中，不仅能够通过使用节能技术进行节能，而且能够通过其他节能方式进行节能，例如：使用高效光源来实现节能的目标。在日常生活和生产过程中，选择光色好、发光率高、显色性能高的高效光源作为照明首先，能够起到节约能源的作用。

三、结论

电气自动化工程设计是一项重要的技术性工作。在“绿色工业革命”的背景之下，节能已经成为电气自动化工程的重要任务和目标。在电气自动化工程的设计和运行过程中，应当充分考虑电气节能问题。只有做到节能，才能最大限度的提高电能的利用率，实现减排的目标。本文主要根据电气自动化工程的特点，对其进行了节能设计和研究，期待在不远的将来，能够迎来材料和工艺的出现，为我国电气自动化技能设计技术提供更多的解决方案。

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作者简介：黄沛沂（1984-），女，东莞人，汉族，本科，工程师，研究方向：电气工程及自动化方面。