電氣自動(dòng)化工程中的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)

姜定偉

（上海恒敬電力科技有限公司 上海市 210315）

目前隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，電氣自動(dòng)化工程領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)水平也得到了提升，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)水平和應(yīng)用成果的雙效快速發(fā)展。我國在現(xiàn)階段大力推動(dòng)綠色發(fā)展的要求，將綠色理念融入到電氣自動(dòng)化工程當(dāng)中，能夠提升具體的工程項(xiàng)目的效益，同時(shí)也能加快電氣自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與進(jìn)步。電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循一系列的原則，在原則的要求之下，設(shè)計(jì)相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)方案，并且將節(jié)能方案在電氣自動(dòng)化具體工程項(xiàng)目上進(jìn)行合理的應(yīng)用。

在城市電網(wǎng)的整體設(shè)計(jì)和規(guī)劃中，電氣自動(dòng)化工程理念是不可缺少的一個(gè)方面。隨著大量的電力設(shè)施在電網(wǎng)中得到了應(yīng)用，電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，如果不進(jìn)行合理的處理，有可能會(huì)影響到電網(wǎng)整體的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，并且也會(huì)消耗大量的能源電力。因此在進(jìn)行電氣自動(dòng)化工程中還需要充分考慮諧波可能帶來的不利影響，并提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，切實(shí)推動(dòng)電氣自動(dòng)化工程的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)我國對(duì)于工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的要求。

1 電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)的基本原則

1.1 安全性要求

安全性要求是電氣自動(dòng)化工程當(dāng)中最重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，相關(guān)人員要切實(shí)保障工程項(xiàng)目的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。在相應(yīng)的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的原則和策略是重要的要素，也是符合我國綠色發(fā)展的要求與現(xiàn)代化城市建設(shè)的要求。但是電氣自動(dòng)化工程的安全性是第一位的，是設(shè)計(jì)工作的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，也是保障其他環(huán)節(jié)的前提和基礎(chǔ)。電氣自動(dòng)化工程實(shí)踐當(dāng)中，節(jié)能技術(shù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用應(yīng)當(dāng)本著保證設(shè)備和工程整體安全運(yùn)轉(zhuǎn)的前提進(jìn)行。設(shè)備中相關(guān)零部件的使用應(yīng)當(dāng)符合安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不能盲目節(jié)省成本，保障每一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的安全性和可靠性，才能保證工程整體的可靠性。

1.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測要求

電氣自動(dòng)化工程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)采取科技含量高的設(shè)計(jì)思想，優(yōu)化相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，在先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的支撐之下進(jìn)行節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用和落地。在設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化的過程當(dāng)中，電氣領(lǐng)域的工作和檢修人員應(yīng)當(dāng)關(guān)注和監(jiān)測設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)于老化的零部件要及時(shí)進(jìn)行更換，選用科技含量高并且壽命長的零部件，避免因?yàn)閱我徊考睦匣瘑栴}影響整體電氣自動(dòng)化工程項(xiàng)目的運(yùn)行效果。做好定期的監(jiān)測和檢修，一定程度上提高了電力設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，也減少了過程中能源的消耗，也是節(jié)能設(shè)計(jì)所要求的。

1.3 環(huán)保要求

為了推進(jìn)綠色城市和現(xiàn)代化城市的建設(shè)，我國提出了綠色發(fā)展和可持續(xù)化發(fā)展的目標(biāo)，其中對(duì)于工程項(xiàng)目，環(huán)保特征也是目前工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最重要元素之一。工程技術(shù)應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)出綠色環(huán)保的理念，對(duì)此相關(guān)的設(shè)計(jì)人員要?jiǎng)?chuàng)新節(jié)能技術(shù)，達(dá)到國家要求的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)甚至遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)要求。電氣自動(dòng)化工程當(dāng)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)可以提高設(shè)備的運(yùn)行效率性和質(zhì)量性，例如在電氣自動(dòng)化的控制設(shè)備中，其中的照明設(shè)施在多年之前僅僅采用傳統(tǒng)的照明手段進(jìn)行照明。目前隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，綠色的太陽能技術(shù)能夠應(yīng)用在這些電氣設(shè)備當(dāng)中，因此可以大幅度降低甚至消除在夜晚需要進(jìn)行電力供應(yīng)的需求，照明設(shè)備僅僅依靠白天通過太陽能電池所積攢的電力，就可以實(shí)現(xiàn)在夜晚的照明能力，實(shí)現(xiàn)了電力能源的節(jié)省。

2 節(jié)能設(shè)計(jì)的具體途徑

2.1 降低線路中電力傳輸耗損

控制線路中電路傳輸?shù)暮膿p是電氣自動(dòng)化工程節(jié)能設(shè)計(jì)的最有效途徑之一，同時(shí)可以改善線路中電阻的具體狀況。在進(jìn)行線路的節(jié)能設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，關(guān)于導(dǎo)線的選擇，可以使用功率較小的導(dǎo)線，避免曲線和彎曲形式的布線方式，直線型的布線方案可以極大的避免施工人員在工程中的操作失誤，也在一定程度上減少了整體工程的復(fù)雜程度，有助于降低整體線路傳輸中的能源電力損耗。另外在安裝變壓器的時(shí)候，要保證線路和負(fù)荷中心存在著相對(duì)較小的距離，從而減少相應(yīng)的供電距離，減少相應(yīng)投入和能源損失。在成本和周圍具體環(huán)境允許的情況之下，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用橫截面積相對(duì)較大的導(dǎo)線，根據(jù)電阻率的計(jì)算原理，橫截面大的導(dǎo)線電阻值較低，從而線路電阻對(duì)于能源的耗損率可以得到降低。

2.2 對(duì)于無功效率進(jìn)行補(bǔ)償

電力設(shè)備工作中效率組成含有無功功率的成分，無功功率可能導(dǎo)致電能消耗過大，甚至導(dǎo)致電壓不平衡的問題，此外在導(dǎo)線安裝的過程當(dāng)中，也會(huì)受到電阻的影響從而在傳輸?shù)碾A段造成電力的損耗，使得電能電力在具體應(yīng)用的時(shí)候無法發(fā)揮設(shè)計(jì)功效。電氣設(shè)備無功功率主要是在設(shè)備低功率的情況下，為此可以使用相關(guān)的功率補(bǔ)償裝置使得功率水平維持在適中，也能保障供電的質(zhì)量。在整體節(jié)能設(shè)計(jì)的要求之下，電氣自動(dòng)化工程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)減少相應(yīng)的工作程序，降低電力能源的損耗，使電氣系統(tǒng)在不同的情況下都能夠正常穩(wěn)定的工作。為了能夠滿足無功補(bǔ)償?shù)囊?，就需要各個(gè)技術(shù)層面的綜合性運(yùn)用。電容器在進(jìn)行無功補(bǔ)償之前，需要通過分析確定設(shè)施的電壓容量和符合等一系列參數(shù)指標(biāo)，從而確定所需要的電容量。在此之外，如果在無功補(bǔ)償?shù)倪^程中產(chǎn)生了諧波，就需要按照相關(guān)的技術(shù)要求使用串聯(lián)定量的電阻器，來進(jìn)一步消除諧波的負(fù)面影響。最后在進(jìn)行無功功率和電流參數(shù)的具體分析過程中，需要具體確定相關(guān)物理量的數(shù)值，來避免振蕩問題，在多數(shù)的電氣自動(dòng)化的工程設(shè)計(jì)中，模糊投切的應(yīng)用程度不斷地提高。

2.3 濾波器的有效應(yīng)用

隨著電路網(wǎng)絡(luò)的日益復(fù)雜化，以及相應(yīng)的工程密度水平不斷加大，電氣設(shè)施在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中可能受到諧波的干擾。消除電力設(shè)施在工作中產(chǎn)生的諧波有助于極大程度的降低系統(tǒng)的錯(cuò)誤操作，其中最有效的辦法是使用適合工程環(huán)境的濾波器。濾波器在工程中的應(yīng)用非常廣泛，并且濾波器的種類和形式也多種多樣，包括源濾波器和帶阻低通濾波器等等，因此需要考慮實(shí)際的工程應(yīng)用環(huán)境來選擇。有源濾波器的動(dòng)態(tài)性能比較好，通常在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中有比較快的反應(yīng)速度，因此在工程應(yīng)用的時(shí)候?qū)χC波有很好的消除作用。在具體的工程應(yīng)用場景當(dāng)中，并聯(lián)形式的有源濾波器也對(duì)電能適用范圍的拓展具有積極作用。有源濾波器可以在小程度范圍內(nèi)消除造作人員的技術(shù)性操作錯(cuò)誤，具體通過過濾相應(yīng)的諧波，來提升濾波器對(duì)于諧波的消除效率。從工程整體的角度上來看，濾波器的有效使用可以提高電氣自動(dòng)化工程整體對(duì)于電力電能的運(yùn)用效率，進(jìn)一步補(bǔ)償無功效率，最終保證整體的節(jié)能效果。

3 節(jié)能技術(shù)的設(shè)計(jì)辦法

3.1 變壓器的使用

合理使用變壓器能夠有效地提高節(jié)能效率，具體可以通過以下手段：

（1）材料選擇：變壓器的選擇應(yīng)當(dāng)保證節(jié)約要求，通過金屬材料和絕緣材料的組合來實(shí)現(xiàn)變壓器性能的保證和節(jié)能效果的實(shí)現(xiàn)。

（2）運(yùn)用銅：銅材料在變壓器中發(fā)揮著積極的作用，在實(shí)際的工程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)選用銅來替代硅材料，來降低空載情況下變壓器的能耗。

（3）使用節(jié)能變壓器：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在電氣工程領(lǐng)域出現(xiàn)了節(jié)能的變壓器型號(hào)。節(jié)能變壓器具有和普通變壓器一樣的性能，還具有節(jié)能的功效。在使用節(jié)能變壓器的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)減少空載的運(yùn)行周期，減少電能的消耗。

（4）在變壓器的安裝配置中，需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場景的要求來確定容量。變壓器的容量需要保持在正常水平，容量過大可能會(huì)使得工作狀況長期處于輕載，造成電力能源的損耗。如果容量小的話可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行狀況，無法完成實(shí)際要求。所以在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中，需要確定應(yīng)用場景和相關(guān)的具體參數(shù)，選擇適合的變壓器容量。

3.2 功率因數(shù)的提升

電氣設(shè)施在運(yùn)行之中，功率因數(shù)是重要的參考參數(shù)。提高電氣自動(dòng)化工程運(yùn)行中的功率因數(shù)可以有效地改善電能的運(yùn)用效率，避免造成大量電能的損耗。在進(jìn)行功率因數(shù)的優(yōu)化過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電力系統(tǒng)整體的運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)，選擇極數(shù)相對(duì)較少的電動(dòng)機(jī)，原因在于極數(shù)少的電動(dòng)機(jī)擁有較大的運(yùn)行轉(zhuǎn)矩，能夠產(chǎn)生更大的電流，從而達(dá)到提升電能利用程度的目的。在此之外，還可以在工程中的低壓系統(tǒng)中運(yùn)用電容柜的結(jié)構(gòu)，利用這種結(jié)構(gòu)可以有效地補(bǔ)償無功功率，補(bǔ)償額度通?？梢源_定為變壓器的若干分之一，從而保證電力系統(tǒng)整體的節(jié)能效果和運(yùn)行穩(wěn)定。

3.3 電力電纜的選擇

在電氣自動(dòng)化工程當(dāng)中，電力電纜是設(shè)計(jì)的中的重要組成部分，且這部分最容易受到外部環(huán)境和人員的因素影響。電力電纜的參數(shù)選擇需要考慮多個(gè)方面，例如根據(jù)電力系統(tǒng)中電流大小和電流密度等參數(shù)來綜合選擇電纜的橫截面大小。目前在工程中得到廣泛運(yùn)用的電力電纜材料分為銅制和鋁制兩種，兩種材質(zhì)的電纜材料主要區(qū)分在價(jià)格上面，鋁制電纜在成本上要遠(yuǎn)低于銅質(zhì)的電纜，因此許多電氣行業(yè)從業(yè)人員在設(shè)計(jì)的時(shí)候都傾向于選用鋁制的電纜材料，但是鋁制的電纜材料在安全性能方面要低于銅質(zhì)電纜，并且其的耗電量也相對(duì)較高，所以在成本允許的情況下，在設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)盡量選擇銅質(zhì)電纜。

3.4 低能耗光源的選擇

工程中的光源選擇一定程度上也影響著工程整體電力能源的消耗水平，因此應(yīng)當(dāng)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的考慮之下，盡量選用節(jié)能性能好的光源，同時(shí)還應(yīng)該保證正常的照明性能。例如在樓梯和廁所的環(huán)境當(dāng)中，就應(yīng)該使用吸頂燈，這種照明設(shè)備可以滿足正常的使用需求，并且吸頂燈對(duì)于電力的消耗水平較低。工廠中如果要選用低能耗的光源，最應(yīng)該考慮的就是金鹵燈。在其他復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境之下，如果僅僅使用一種光源無法達(dá)到相應(yīng)的節(jié)能要求，可以通過多種光源同時(shí)選擇的方法，通過一定的搭配方式，也能實(shí)現(xiàn)在滿足照明需求的情況下，節(jié)省能源的要求。

4 電氣自動(dòng)化工程中節(jié)能的具體措施

4.1 電氣設(shè)備有待提升

電氣自動(dòng)化工程中需要用到的電氣設(shè)備有的需要進(jìn)行高頻率的啟動(dòng)和關(guān)閉，這種使用方式通常會(huì)導(dǎo)致一定程度的設(shè)備故障，但是一直使得設(shè)備保持在開啟狀態(tài)，會(huì)在很大程度上造成電力能源的消耗，因此需要使用軟啟動(dòng)器。軟啟動(dòng)器的選擇需要考慮電力設(shè)備的應(yīng)用條件，例如需要依據(jù)電力設(shè)施具體的啟動(dòng)時(shí)間來選擇硅原子器件的相關(guān)參數(shù)。使用軟啟動(dòng)器要針對(duì)不同的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行充分的考量，實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)速要求和負(fù)載匹配要求等等。

4.2 注意三相電平衡

三相電不平衡是很容易發(fā)生在電氣自動(dòng)化工程當(dāng)中的一個(gè)問題，不平衡的現(xiàn)象很可能導(dǎo)致變壓器的損耗和破壞，因此在進(jìn)行電氣自動(dòng)化工程的實(shí)際過程中，要注意三相電的平衡，實(shí)時(shí)監(jiān)測相應(yīng)的數(shù)值水平，使得在過程當(dāng)中不進(jìn)行大量電力能源的損耗，達(dá)到節(jié)能的效果和目的。

4.3 正確使用變頻調(diào)速裝置

變頻調(diào)速裝置的運(yùn)用也可以在一定程度上提高電動(dòng)機(jī)的效率，來達(dá)到節(jié)能的效果。運(yùn)用變頻調(diào)速裝置的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)負(fù)載的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的操作。如果使用的是交流的變頻調(diào)速裝置，在過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)通過交流電機(jī)調(diào)速變電技術(shù)來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的節(jié)能效果。

綜上所述，目前電氣自動(dòng)化工程面臨耗電量大的特點(diǎn)，極大的增加了我國能源利用的負(fù)擔(dān)，因此電氣工程相關(guān)的從業(yè)人員，應(yīng)當(dāng)利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)來達(dá)到電氣自動(dòng)化工程的節(jié)能設(shè)計(jì)，切實(shí)提高電力電能的利用水平，結(jié)合工程和環(huán)境特點(diǎn)，選用適合工程的節(jié)能措施，來切實(shí)達(dá)到工程整體的節(jié)能效果，減少電力電能的消耗。