電氣工程自動化及其節(jié)能設(shè)計的應(yīng)用探究

蔣謙

摘 要：伴隨著社會各個方面的快速發(fā)展，人民的生活水平在不斷提高，電氣工程自動化技術(shù)的重要性越來越顯突出。而且根據(jù)國家的能源戰(zhàn)略要求，更是對節(jié)能減排的強(qiáng)烈要求。本文從電氣工程自動化的現(xiàn)狀介紹，電氣自動化的存在的問題以及解決措施，以及電氣自動化及其節(jié)能技術(shù)，并分析了在電氣系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)，為電氣自動化節(jié)能技術(shù)的實際應(yīng)用提出了一些意見或建議。

關(guān)鍵詞：電氣工程 自動化 節(jié)能 設(shè)計 應(yīng)用

中圖分類號：F407.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（c）-0076-02

1 電氣工程自動化的概述

電氣工程（Electrical Engineering，簡稱EE）是現(xiàn)代科學(xué)研究領(lǐng)域中的熱門學(xué)科。從某些層次上來講，電氣工程的發(fā)達(dá)程度甚至可以代表一個國家的科學(xué)進(jìn)步水平。電氣自動化（Electrical Automation）的專業(yè)全程一般為電氣工程及其自動化，它的應(yīng)有是十分廣泛的，涉及生活的方方面面，因而它的重要意義不言而喻。隨著社會的發(fā)展，電氣工程也不斷發(fā)展，形成了比較完整的體系。電氣工程的自動化也變得更加人性化，為我國的工業(yè)建設(shè)帶來了比較大的經(jīng)濟(jì)效益。

對于電氣自動化而言，未來其發(fā)展趨勢基本體現(xiàn)在以下三方面：一次設(shè)備的智能化發(fā)展、一次設(shè)備在線監(jiān)測的實現(xiàn)、電力互感器向光互式方向發(fā)展。一次設(shè)備在線監(jiān)測的實現(xiàn)，指的是由多個以微處理器為核心的過程控制采集站，分別分散地對各部分工藝流程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與中央控制室各監(jiān)控操作站聯(lián)網(wǎng)，對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視和操作的控制系統(tǒng)。其在電氣工程中的應(yīng)用主要是采取數(shù)據(jù)高速公路采用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用交叉冗余容錯環(huán)網(wǎng)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器對電氣工程進(jìn)行區(qū)域管理，然后以站為基本單位進(jìn)行數(shù)據(jù)庫引擎，提高電氣工程系統(tǒng)的安全性以及運行效率。智能控制已逐漸成為一種具有電工學(xué)、電子學(xué)、信息學(xué)以及自動化控制技術(shù)等交叉學(xué)科特征的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。

2 電氣工程自動化的現(xiàn)狀分析

電氣自動化有更高校的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，工作的可靠性及環(huán)境條件都得到了顯著的提升。電氣自動化是企業(yè)在市場競爭中獲勝的一項有力的支持。目前的電氣自動化正處在飛速進(jìn)步的階段，在發(fā)展中仍存在一些問題需要改進(jìn)。

2.1 電氣工程自動化現(xiàn)在的狀況

（1）電氣自動化系統(tǒng)集成性不強(qiáng)。電氣自動化系統(tǒng)集成是電氣自動化系統(tǒng)功能提升的必經(jīng)之路，我國目前一些電氣自動化還處在多島自動化的層次，多島自動化具有互不連接、功能單一、信息獨享的缺陷，不能充分發(fā)揮電氣機(jī)動化的功能和作用。

（2）電氣自動化的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架不統(tǒng)一。電氣自動化的發(fā)展方向是建立高效、快捷的電氣工程師及自動化系統(tǒng)，但目前很多企業(yè)自身網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架不盡相同，使得依托于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而發(fā)展的電氣工程自動化的發(fā)展受到了阻礙。另外不同企業(yè)和商家在軟、硬件產(chǎn)品交換過程中，因為程序接口的不一致，影響企業(yè)數(shù)據(jù)和信息的傳輸交流，進(jìn)而阻礙了企業(yè)數(shù)據(jù)和信息的共享，使電氣工程及自動化系統(tǒng)在實際運行中無法發(fā)揮應(yīng)有的效應(yīng)。

（3）電氣自動化技術(shù)的使用過于受主觀支配。不同的企業(yè)在對電氣自動化技術(shù)的實際應(yīng)用和開發(fā)中，由于技術(shù)人員思想理論及技術(shù)掌握程度的不同，過分根據(jù)技術(shù)人員主觀習(xí)慣和意識支配，系統(tǒng)的開發(fā)平臺各有不同，進(jìn)而導(dǎo)致電氣工程及自動化的實際設(shè)計、實施、運行和維護(hù)中的程序和成本增加，增加了系統(tǒng)整體的運行費用和負(fù)擔(dān)。

2.2 電氣工程自動化的應(yīng)對和改進(jìn)措施

（1）從科技化方面，科技化是指電氣自動化的發(fā)展應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)實用性新技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品。本著自主創(chuàng)新的思想，以節(jié)能降耗為切入點，積極推廣應(yīng)用節(jié)能降耗新技術(shù)、新方法、新工藝，在材料的使用，技術(shù)的使用等方面力求創(chuàng)新，采用信息技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與自動化技術(shù)等高新技術(shù)，研發(fā)新產(chǎn)品。

（2）從信息化方面，信息化則是指信息技術(shù)在電氣自動化的地位應(yīng)更加突出。電力設(shè)備的設(shè)計、制造和運行中廣泛應(yīng)用的計算機(jī)優(yōu)化與仿真技術(shù)，人工智能分析的廣泛應(yīng)用以及電氣工程中廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，都充分展現(xiàn)了信息技術(shù)愛電氣自動化中起到的重要作用。

（3）從開放化方面，開放化則是要與外界建立一個接口，實現(xiàn)與外界網(wǎng)絡(luò)的連接。計算網(wǎng)絡(luò)是實現(xiàn)信息實時交換和共享的重要基礎(chǔ)設(shè)施，也是實現(xiàn)管理、決策、設(shè)計、控制和制造一體化的關(guān)鍵，它已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)各元件和局部系統(tǒng)的管理、監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制上，是電力系統(tǒng)信息管理、遠(yuǎn)動技術(shù)、調(diào)度自動化等方面的核心。

3 電氣工程自動化系統(tǒng)中的節(jié)能技術(shù)

（1）選擇合適的變壓器。變壓器會因銅損、鐵損、空載損耗和負(fù)載損耗等因素造成許多電能的浪費，但是變壓器在供配電系統(tǒng)中的運用又非常廣泛，所以變壓器選擇得好可以有效地實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)?？偟膩碚f，選擇變壓器可以從以下幾個方面考慮：首先是要將變壓器自身的消耗降到最低，這就是選用單相的自動補(bǔ)償設(shè)備，使流經(jīng)的三相電電流保持平衡，消除或降低負(fù)載的不平衡性，從而實現(xiàn)變壓器自耗最小；其次是要選擇有較好節(jié)能特征的變壓器，進(jìn)一步減少變壓器有功功率的耗能。

（2）減少電能在傳輸中的消耗。電能在進(jìn)行傳輸?shù)耐局?，?dǎo)線里的電阻就會造成一定有功功率損耗，這是無法避免的。但是，整個途中線路上的電流是保持不變的，因此要想減少電能在途中的浪費，只能使導(dǎo)線所帶的電阻盡可能的小。由電阻的推導(dǎo)公式可知它和電導(dǎo)以及導(dǎo)線的長度是正比關(guān)系，和導(dǎo)線的橫截面積是反比關(guān)系，所以可以通過以下的途徑來減少導(dǎo)線的電阻：第一，合理的布局，避免導(dǎo)線走彎路或回頭路，盡可能降低導(dǎo)線的長度；第二，選擇電阻率比較小的材料制成導(dǎo)線；第三，同等條件下要選擇一些橫截面面積比較大的導(dǎo)線，這樣可以有效降低電阻；第四，使變壓器和負(fù)載中心盡量靠近，使供電的距離減少。

（3）使用有源濾波器。在實際的操作中常常會發(fā)生誤動作，所以要消除諧波來避免或減少電氣設(shè)備的誤操作，而最高效的方法就是運用濾波器。造成誤動作的因素主要就是越來越多的電氣設(shè)備，其帶來的諧波也隨之增加，但是產(chǎn)生的諧波與基波在電網(wǎng)阻抗上會重疊，從而使電壓形成畸形，由此導(dǎo)致電氣設(shè)備誤動作的產(chǎn)生。endprint

（4）采取無功功率補(bǔ)償。整個供配電系統(tǒng)是由升降壓變壓器、輸配電線路、用戶電力負(fù)荷以及配電變壓器等多個環(huán)節(jié)形成。電能通過電流的形式流動于整個電力系統(tǒng)，為終端客戶提供電能的同時必不可免的會有能量的浪費，其中無功功率占據(jù)著比較大的比例，不僅降低了整個電路的電壓，而且會影響電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運行和降低電能的輸送質(zhì)量。而無功功率在終端客戶那里最直觀的反映就是功率因數(shù)降低。若其功率因數(shù)低于0.9，那用戶就要繳納罰款，從而增加了用戶用電的成本。所以實際操作時可以選用合適的無功補(bǔ)償設(shè)備來增加功率因數(shù)，讓無功就地實現(xiàn)平衡，從而使電力系統(tǒng)的電壓能夠保持相對穩(wěn)定，進(jìn)一步提高電能的質(zhì)量，實現(xiàn)綠色節(jié)能的目的，還可以使經(jīng)濟(jì)效益提高并為社會效益提供支撐與保證。在電力系統(tǒng)運行時，若使用無功功率補(bǔ)償，就要達(dá)到如下要求：首先就是后來的投切開關(guān)和在舊的補(bǔ)償電容里的循環(huán)投切要按比例進(jìn)行分配，這些都沒有辦法達(dá)到理想補(bǔ)償效果；其次是電容器的容量大小，要參照配電電壓容量以及自然功率因素等參數(shù)，并且加以計算而得來，若在補(bǔ)償時會產(chǎn)生諧波，就要串聯(lián)相應(yīng)數(shù)量的電抗器，借此來消除線路中的諧波；最后就是在確定投切參數(shù)的時，最好是選用無功功率，這是為了能有效地避免過度補(bǔ)償、無功倒送和投切震蕩。目前使用較多的模糊投切就取得了很好的效果，不僅能有效調(diào)節(jié)平滑，并且跟蹤準(zhǔn)確性很高，應(yīng)用范圍很廣。

4 電氣自動化節(jié)能設(shè)計技術(shù)的實際應(yīng)用

要想實現(xiàn)電氣自動化節(jié)能的目標(biāo)，最重要也是最先要完成的就是要很好的完成電氣工程的電氣設(shè)備以及安裝工藝的設(shè)計。只有完成了這些才能在未來成功的利用電氣自動化來實現(xiàn)節(jié)能的目的。

（1）提高電氣系統(tǒng)的運作效率。在選擇電氣系統(tǒng)的設(shè)備時，最好選用那些節(jié)能設(shè)備，這是為以后節(jié)能減排做好了基礎(chǔ)和鋪墊。同時實際操作中還可以運用補(bǔ)償無功、均衡負(fù)荷和降低電路損耗等途徑來實現(xiàn)在電氣系統(tǒng)運作過程中的節(jié)能目標(biāo)。比如說，可以在配電設(shè)計過程中，利用適當(dāng)?shù)恼{(diào)整負(fù)荷以及選用合理的設(shè)計系數(shù)等方法來達(dá)到目的。通過這種途徑能確保電力系統(tǒng)在安裝以及運作的過程中，有效提升電源的綜合利用率并提高設(shè)備的運作效率，從而實現(xiàn)減少電能損耗的目的。

（2）優(yōu)化配電系統(tǒng)的設(shè)計。電力系統(tǒng)的服務(wù)宗旨就是為安裝此電氣系統(tǒng)過程中要用電的設(shè)備提供所需的動力。所以，在整個配電設(shè)計過程中首先要實現(xiàn)的最低要求就是要將電力系統(tǒng)的適用性充分考慮在內(nèi)。適用性，簡單來說就是能對電氣設(shè)備的有效控制做出相應(yīng)的保障，還要達(dá)到用電設(shè)備對供電設(shè)備以及負(fù)荷容量等因素可靠性的要求。在整個配電的途中，不僅要滿足電氣設(shè)備以及用電設(shè)備等設(shè)備的要求，而且要確保電力系統(tǒng)運行時有一定的穩(wěn)定性、高效性、可靠性、易控性以及靈活性等特征。在設(shè)計配電時其次就是要將電力系統(tǒng)的安全性考慮在內(nèi)。為保證電氣系統(tǒng)的安全性，不僅要確保導(dǎo)線具有良好的絕緣性，以及在走線的過程中要確保各導(dǎo)線間有一定的絕緣距離，而且要確保導(dǎo)線的熱穩(wěn)定性、負(fù)荷能力以及動態(tài)穩(wěn)定的裕度，以此來保證電氣系統(tǒng)運作時配電設(shè)備和用電設(shè)備的安全性。最后，要安排好電氣系統(tǒng)的接地和防雷設(shè)施。

5 結(jié)語

電氣自動化雖然在我國得到了較大的發(fā)展應(yīng)用，但多多少少還存在著一些問題，為此還需要在電氣自動化方面做出更多的努力才行。電氣自動化的節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用更是一個發(fā)展的初級階段，所以在以后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，必須要以節(jié)約能源，減少能耗為出發(fā)點，盡可能降低電氣自動化所損耗的能源，將其對環(huán)境的污染程度降到最低，為用戶提供一個更加健康、舒適的生活以及工業(yè)環(huán)境。值得慶幸的是我國在“節(jié)能技術(shù)”方面的自主創(chuàng)新能力正迅速提升，相信在不久的將來電氣自動化的節(jié)能技術(shù)的使用會越來越廣泛。希望在目前的大好環(huán)境中，我國的電氣自動化企業(yè)能夠抓住機(jī)遇，研發(fā)出更多電氣自動化的技術(shù)以及產(chǎn)品，促進(jìn)我國節(jié)能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

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