探析電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)

邱尚青

上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，中國·上海 200000

1 引言

在現(xiàn)代信息技術(shù)和經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時(shí)代大背景下，電氣工程的水平越來越高，將傳統(tǒng)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)思想應(yīng)用于電氣工程中，既能有效地減少對(duì)電能無故浪費(fèi)，緩解目前能源日漸匱乏而枯竭的危機(jī)，也同樣可以有效地保證電氣工程體系中各項(xiàng)家用電力設(shè)備的穩(wěn)定性和正常運(yùn)行，降低了故障事件發(fā)生的概率。

總而言之，大力發(fā)展電氣工程節(jié)能技術(shù)，是環(huán)保意識(shí)落實(shí)的主要途徑，更加符合的基本國情，具有非常重要的意義?；诖耍_展電氣工程及其節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)用的探討就顯得尤為必要。

2 電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)的意義

隨著科技的快速發(fā)展，人們對(duì)物質(zhì)生活追求不斷提高，過度依賴能源消費(fèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式為社會(huì)環(huán)境造成很大負(fù)面影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能耗問題日益加重，能耗量急劇增多，單純依賴常規(guī)能源不利于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，提高能源利用率成為亟需解決的問題。只有找到有效降耗方法才可以創(chuàng)造更大的社會(huì)價(jià)值。將節(jié)能技術(shù)規(guī)范結(jié)合，可以有效解決電氣工程節(jié)能問題[1]。

3 電氣工程發(fā)展現(xiàn)狀

目前，電氣工程系統(tǒng)基本都是采用光纖技術(shù)來進(jìn)行傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，這就需要使用到大批量的光纖，電纜設(shè)施正在逐年增加，有效地節(jié)約了光纖的材料，同時(shí)也減少了對(duì)能源和生產(chǎn)成本的需求，符合節(jié)能環(huán)保理念的要求。電氣工程的廣泛應(yīng)用可以促使智能設(shè)備的性能和功能在網(wǎng)絡(luò)中得到充分體現(xiàn)，并可以實(shí)現(xiàn)線上監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到“無人值班或者少人值班”的新型現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展。雖然目前電氣工程取得了傲人成績，但是也存在一定的問題亟待解決。

3.1 運(yùn)行中集成性比較差

每個(gè)結(jié)構(gòu)都處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，相互之間缺乏必要的聯(lián)系和融合，而且應(yīng)用性能也比較單一，致使電氣工程的總體功能相對(duì)較差。

3.2 能耗大

能耗大是電氣工程存在的主要問題，雖然目前電能已經(jīng)能夠滿足人們生活和生產(chǎn)的需求，但仍然比較匱乏，尤其是在用電高峰期，經(jīng)常發(fā)生電能不夠用的問題。一方面，用電戶多，用電設(shè)備多；另一方面，電氣工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備眾多，存在嚴(yán)重的浪費(fèi)現(xiàn)象。前者是客觀存在的，解決控制難度較大，后者只要加大節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用就能很好地解決。

3.3 員工工作能力不高

在電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)中，許多設(shè)計(jì)人員對(duì)電氣運(yùn)行特點(diǎn)缺乏深入了解，在設(shè)計(jì)電氣系統(tǒng)時(shí)往往照搬以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，有的設(shè)計(jì)人員盲目追求采用新技術(shù)，如多數(shù)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)未把電氣節(jié)能系統(tǒng)納入其中，不少工程項(xiàng)目由于負(fù)荷計(jì)算不合理導(dǎo)致變壓器選擇過大，造成浪費(fèi)較大。

4 電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用

4.1 合理降低電能的傳輸消耗

電能在運(yùn)輸過程中，導(dǎo)線因其自身特性，決定了必然存在一定的有用功率損耗，此種問題是客觀存在的，難以從根本上得到避免。在所有的電力系統(tǒng)中，電能必須經(jīng)過導(dǎo)線才能順利傳輸，為降低電能損耗，就必須減少導(dǎo)線的電阻。根據(jù)物理學(xué)知識(shí)分析可知，導(dǎo)線的電阻與其橫向和縱截面之間存在一種負(fù)向相關(guān)的電阻和交流相互作用關(guān)系，在進(jìn)行節(jié)能電氣工程設(shè)計(jì)中就已經(jīng)可以通過此種相互作用關(guān)系來大幅度地降低電氣工程的能耗，達(dá)到節(jié)約資源和降耗的主要目的[2]。

例如，通過選擇一種電導(dǎo)率更小的材料來進(jìn)行制作導(dǎo)線，減少電能在整個(gè)導(dǎo)線上傳輸時(shí)的損失和消耗量，或者通過增大整個(gè)導(dǎo)線橫截面積，降低導(dǎo)線的電阻，減少對(duì)于電能的消耗。也就是可以合理地減少引腳和導(dǎo)線的長度，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)將電氣工程盡可能地布置在一條垂直的導(dǎo)線上，避免造成過多的曲折，以降低導(dǎo)線的總長度。在布設(shè)變壓器時(shí)，變壓器應(yīng)該要盡可能地靠近供電系統(tǒng)和工程中的負(fù)載為主點(diǎn)，降低與供電系統(tǒng)的距離。

4.2 選擇高質(zhì)量的變壓器

變壓器設(shè)備是組成各種電氣工程的主要裝置，對(duì)于電氣工程系統(tǒng)高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行有較大影響，同時(shí)變壓器也是能耗比較大的電氣設(shè)備。所以，在具體設(shè)計(jì)中，為降低電能損耗量，在選擇變壓器時(shí)要盡量選擇節(jié)能效果顯著、質(zhì)量高的變壓器。

例如，通過對(duì)變壓器型號(hào)的合理規(guī)定來降低變壓器有功功率損耗。尤其在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，最好能配合一種單相自動(dòng)調(diào)速補(bǔ)償裝置，以此用于維持變壓器三相電之間的電流均衡，也有利于減少變壓器本身的消耗。

4.3 合理選擇無功補(bǔ)償設(shè)備

就電氣工程系統(tǒng)來說，無功功率損耗僅僅占據(jù)了供配電裝置很大一部分的容量，電能傳輸時(shí)就存在著嚴(yán)重的無功功率損耗，這是引起電壓不穩(wěn)、電壓降低等問題的主要原因，從而直接影響著整個(gè)電氣工程運(yùn)行的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果和電能質(zhì)量。對(duì)于用戶而言，無功功率的主要表現(xiàn)之一是由于功率因數(shù)過低，致使其需要向相應(yīng)的供電企業(yè)較大的費(fèi)用進(jìn)行增加，用戶使用成本進(jìn)行增加，供電系統(tǒng)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益隨之減少，為保障在電氣工程系統(tǒng)中，無功功率始終保持平衡狀態(tài)，降低能耗，可以在系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)卦鲈O(shè)無功補(bǔ)償裝置，以提高其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[3]。在設(shè)計(jì)電氣工程系統(tǒng)時(shí)，為提升節(jié)能效果，需要高度重視一下這些內(nèi)容：

第一，在選擇使用相應(yīng)的電容器進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，需要按照具體應(yīng)用參數(shù)合理地確定各種電容器的供應(yīng)容量，通過對(duì)這些供應(yīng)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和分析結(jié)果，來正確地選擇和適應(yīng)相應(yīng)的供電容器。

第二，可以考慮采用一種定位準(zhǔn)確、適應(yīng)范圍廣泛的一體化模糊投切方法，從而提升模糊補(bǔ)償效果。傳統(tǒng)的補(bǔ)償式電容器大多采用分擔(dān)投切方式，或者是按照編碼配置方式進(jìn)行投切，此種分擔(dān)投切方式不能達(dá)到良好的節(jié)能效果。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，電氣工程運(yùn)行低壓補(bǔ)償狀態(tài)下可采用投切負(fù)荷開關(guān)，高壓補(bǔ)償狀態(tài)下，可選擇真空接觸器，可大幅度提升節(jié)能效果。

第三，在進(jìn)行投切參數(shù)的物理量設(shè)計(jì)中，需要綜合的考慮投切振蕩、無功倒送等問題的可能性和事故發(fā)生概率及實(shí)際情況，合理地選擇了無功功率值作為投切參數(shù)的物理量。此外，無用功補(bǔ)償線路設(shè)計(jì)的位置最好是選擇就近的原則，以便直接進(jìn)行補(bǔ)償，從而有效減少了線路上所有無用功的傳輸，提升節(jié)能效果。

4.4 選擇有源濾波器

電氣工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)行過程中，難免會(huì)形成諧波，諧波對(duì)電氣工程造成的影響和危害都比較大，為消除諧波的影響，就必須應(yīng)用有源濾波器。和無源濾波器相比，有源濾波器具有更加優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能，應(yīng)用到電氣工程系統(tǒng)中，可有效過濾諧波，在設(shè)備發(fā)生誤操作之前就及時(shí)阻止，避免引發(fā)更大的安全問題。

例如，可選擇多元有源濾波器，以增大電氣工程運(yùn)行時(shí)的功率范圍，提升運(yùn)行效率，獲得更大的節(jié)能效果。

5 結(jié)語

綜上所述，論文充分地結(jié)合了理論和實(shí)踐，分析了在電氣工程及其節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，電氣工程是一種具有良好發(fā)展前景的技術(shù)，加大對(duì)電氣工程的研究力度，有助于提升科學(xué)技術(shù)水平，更好地為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展謀福利。在綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)技術(shù)理念愈發(fā)深入人心的信息時(shí)代發(fā)展環(huán)境下，將綠色節(jié)能建筑設(shè)計(jì)技術(shù)理念的廣泛運(yùn)用推廣融入實(shí)踐到現(xiàn)代建筑電氣工程中已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，對(duì)于有效降低能源消耗惡化情況，提升當(dāng)前現(xiàn)代電氣工程設(shè)計(jì)技術(shù)水平等諸多關(guān)鍵方面皆將更加具備重要現(xiàn)實(shí)意義，值得進(jìn)一步在中國大范圍內(nèi)進(jìn)行研究和應(yīng)用推廣。