探討電氣技術(shù)中的節(jié)能手段

高力

（中國(guó)電建集團(tuán)河北工程有限公司，河北 石家莊 050021）

工業(yè)建筑具有配套性、通用性和集約性特點(diǎn)，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的新時(shí)期下，工業(yè)生產(chǎn)也隨之進(jìn)入了新階段，相應(yīng)的各種能源與資源的消耗也比以往更多，也因此造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，如何節(jié)能減耗成為現(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)急需解決的問(wèn)題。電氣自動(dòng)化可在很大程度上降低工業(yè)生產(chǎn)成本與能耗，為工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。因此，在電氣工程的設(shè)計(jì)、選擇與施工方面，應(yīng)遵循綠色節(jié)能理念，提高電力資源利用率。

1 工業(yè)電氣自動(dòng)化概述

1.1 技術(shù)內(nèi)涵

工業(yè)領(lǐng)域中，利用自動(dòng)化技術(shù)不僅能提高生產(chǎn)效率，增加工業(yè)產(chǎn)量，保證生產(chǎn)質(zhì)量，還能促進(jìn)技術(shù)革新，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。在電氣自動(dòng)化設(shè)備中加入節(jié)能技術(shù)，能夠推動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，提高電氣工程的自動(dòng)化水平與工業(yè)生產(chǎn)效率。自動(dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)中，電力負(fù)荷越來(lái)越大，如果可以采用節(jié)能技術(shù)，就能從不同角度與層面進(jìn)行調(diào)控，減少電能消耗[1]。

計(jì)算機(jī)編程可為電氣工程自動(dòng)化提供技術(shù)支持，通過(guò)收集電子與電氣信息并經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，以保證信息判斷的準(zhǔn)確性。利用自動(dòng)化技術(shù)可模仿人類(lèi)的思考方式，完成人類(lèi)無(wú)法完成的高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，排查電氣工程的安全隱患，保證工業(yè)生產(chǎn)的安全性。此外，利用自動(dòng)化技術(shù)可極大減少資源消耗，優(yōu)化工程作業(yè)的流程。利用自動(dòng)報(bào)警裝置可及時(shí)對(duì)安全隱患發(fā)出警示，有效處理系統(tǒng)故障，保證電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.2 技術(shù)要求

工業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，重點(diǎn)在于節(jié)能減耗。結(jié)合電氣運(yùn)行功能與工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮物質(zhì)資源的可轉(zhuǎn)化率，避免造成資源浪費(fèi)，降低電氣系統(tǒng)的運(yùn)行成本，以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)性發(fā)展要求。在各環(huán)節(jié)均要保證合理利用資源，根據(jù)物質(zhì)資源的特點(diǎn)與可利用的程度，遵循“節(jié)約資源、控制成本”原則指導(dǎo)工作的開(kāi)展。比如，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，認(rèn)真分析投入成本，盡量選擇性?xún)r(jià)比高、經(jīng)濟(jì)的電氣設(shè)備，既節(jié)約成本又具有良好的節(jié)能效果。同時(shí)還要分析新能源的價(jià)值，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)力度，嚴(yán)格控制電氣設(shè)備的生產(chǎn)成本。

1.3 特點(diǎn)分析

電氣自動(dòng)化是目前比較先進(jìn)的系統(tǒng)，主要特點(diǎn)體現(xiàn)在以下2方面：①技術(shù)的融合性。現(xiàn)階段，世界各國(guó)都致力于工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的研究。工業(yè)電氣生產(chǎn)中所用到的自動(dòng)化技術(shù)及設(shè)備類(lèi)型越來(lái)越豐富，為技術(shù)的創(chuàng)新與產(chǎn)能的提升創(chuàng)造了有利條件，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)被滲透到電氣生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，無(wú)論是應(yīng)用范圍還是技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值都有了質(zhì)的變化。在電氣系統(tǒng)的自動(dòng)化升級(jí)過(guò)程中，需要依賴(lài)于計(jì)算機(jī)與通信系統(tǒng)，只有融合多種技術(shù)，才能保證電氣自動(dòng)化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[2]。②技術(shù)的實(shí)用性。隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)性能的不斷完善與提升，工業(yè)生產(chǎn)中電氣技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越普遍，自動(dòng)化技術(shù)實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)得以充分體現(xiàn)。工業(yè)電氣領(lǐng)域應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)控制，通過(guò)全面調(diào)控、檢測(cè)、分析電氣設(shè)備及系統(tǒng)，合理配置電氣設(shè)備，優(yōu)化生產(chǎn)流程，極大提高了工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)效性與生產(chǎn)質(zhì)量。

2 電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 高效性

利用自動(dòng)化技術(shù)可高效處理數(shù)據(jù)，通過(guò)分析開(kāi)關(guān)量與模擬量，獲得符合電氣工程的具體數(shù)據(jù)。

2.2 安全性

電氣自動(dòng)化技術(shù)主要的控制內(nèi)容有收集、整理與工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，從中提取有價(jià)值的信息。智能控制比傳統(tǒng)控制器具有更好的控制性能，比如，針對(duì)電氣工程的某個(gè)項(xiàng)目，傳統(tǒng)控制器需要工作人員親臨現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)控，有一定的危險(xiǎn)性。而自動(dòng)化系統(tǒng)只需要調(diào)整相關(guān)參數(shù)即可，工作人員不需要抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，在不接觸高危設(shè)備、元件的情況下便能控制電氣項(xiàng)目，充分保障了電氣系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

2.3 便于管理

通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)，管理人員可以迅速查閱所需的電氣工程信息，比如報(bào)表、運(yùn)行曲線(xiàn)、數(shù)據(jù)、日志等。自動(dòng)化系統(tǒng)還具有模擬故障錄波、波形捕捉、順序記錄、開(kāi)關(guān)量變位等功能，管理人員能夠迅速定位故障，分析故障類(lèi)型。此外，自動(dòng)化系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)報(bào)警安全隱患，記錄故障或事件的發(fā)生順序。

3 電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用原則

3.1 經(jīng)濟(jì)性

在經(jīng)費(fèi)有限的前提下，如果電氣工程施工超出預(yù)算，便會(huì)面臨停工局面，還會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。因此，電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，把業(yè)主的利益放在首位，避免浪費(fèi)成本。在電氣工程成本中，材料占比非常大，大部分資金都會(huì)用來(lái)購(gòu)買(mǎi)材料。采購(gòu)人員應(yīng)該進(jìn)行全面的市場(chǎng)調(diào)查，了解市場(chǎng)價(jià)格與材料供應(yīng)商的資質(zhì)、口碑，在保證材料質(zhì)量的前提下，控制采購(gòu)成本。完善現(xiàn)有的施工技術(shù)，提高施工效率，避免返工、拖延等現(xiàn)象，保證在工期范圍內(nèi)完成電氣工程施工。電氣設(shè)備需要后期維護(hù)，因此，施工前就應(yīng)該全面檢測(cè)設(shè)備性能與質(zhì)量，為后續(xù)施工奠定良好基礎(chǔ)。施工結(jié)束后，委派專(zhuān)人定期檢查、維護(hù)電氣設(shè)備，延長(zhǎng)設(shè)備的使用期限。

3.2 功能性

電氣設(shè)計(jì)是電氣工程施工的重要環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮電氣系統(tǒng)的功能性，是決定工程能否順利開(kāi)展的關(guān)鍵因素。但在實(shí)際工作中，電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)受到內(nèi)部、外部因素的影響，因此必須從整體上規(guī)劃電氣設(shè)計(jì)工作，保證設(shè)計(jì)的合理性與可行性。與傳統(tǒng)電氣設(shè)備相比，現(xiàn)階段的電氣設(shè)備功能更加全面，工程人員也應(yīng)該充分掌握設(shè)備的各項(xiàng)功能，并考慮如何將設(shè)備功能發(fā)揮到極致，在遵循功能性原則的基礎(chǔ)上應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，充分體現(xiàn)自動(dòng)化電氣設(shè)備的優(yōu)越性。

3.3 適應(yīng)性

在電氣工程中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，宗旨是節(jié)約資源，提高資源利用率，減少消耗，減輕污染。工業(yè)電氣的施工比較復(fù)雜，需要用到的資源與材料數(shù)量較多，控制材料成為節(jié)約資源的主要途徑。分析電氣系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，根據(jù)電氣工程的施工要求來(lái)選擇節(jié)能技術(shù)，讓節(jié)能技術(shù)能夠很好服務(wù)于電氣工程[3]。在滿(mǎn)足電氣工程環(huán)保節(jié)能的前提下，盡量減少和避免對(duì)周邊環(huán)境的破壞。尤其是對(duì)于可循環(huán)利用的資源，更應(yīng)該合理規(guī)劃，保證資源得到充分利用，節(jié)約施工成本。

3.4 環(huán)保性

應(yīng)用節(jié)能技術(shù)的目的之一是實(shí)現(xiàn)電氣工程與環(huán)境之間的相互協(xié)調(diào)，保護(hù)自然環(huán)境不受破壞。因此，需要優(yōu)化施工技術(shù)與方式，合理選擇施工設(shè)備，降低施工過(guò)程中的噪聲污染與光污染，減少建筑垃圾。在可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略指導(dǎo)下，在電氣工程施工中融入節(jié)能技術(shù)，最大程度降低對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的不良影響，節(jié)約施工費(fèi)用。盡管現(xiàn)階段工業(yè)施工的違規(guī)行為得到一定控制，但工業(yè)對(duì)自然環(huán)境的破壞仍然是不可回避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，利用節(jié)能技術(shù)不僅可規(guī)范對(duì)工業(yè)污染物的管理，同時(shí)也為工業(yè)工程的綠色、可持續(xù)發(fā)展提供了保障。因此，施工人員應(yīng)不斷夯實(shí)理論水平，提高技術(shù)水平，在施工中充分發(fā)揮節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

4 工業(yè)廠(chǎng)房電氣工程中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

4.1 配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能設(shè)計(jì)

4．1．1 變壓器

在供配電系統(tǒng)中，變壓器是一種轉(zhuǎn)化、分配電能的設(shè)備，應(yīng)用十分廣泛。變壓器本身存在電力損耗，可以從變壓器的選型、數(shù)量、位置等幾方面進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。比如，與S7-1 250 kVA/10 kV的變壓器相比，SCB10-630 kVA/10 kV變壓器的鐵損耗降低了8%，銅損耗降低了25%，非晶合晶變壓器能夠讓變壓器的空載損耗降低60%～80%。設(shè)計(jì)供配電網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量使用低損耗的變壓力，干式變壓器是一種很好的選擇，而且非常適合工業(yè)廠(chǎng)房的供配電網(wǎng)絡(luò)。而傳統(tǒng)的油浸式變壓器由于含有礦物油脂，在高損耗的情況下很容易發(fā)生爆炸、燃燒等安全事故。干式變壓器由串接高壓輸出、控制箱等元件組成，安裝時(shí)和其他配電設(shè)備共同組成一個(gè)外殼，以此來(lái)控制供配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有效率高、節(jié)能、安全、損耗低、抗沖擊能力強(qiáng)、質(zhì)量輕等優(yōu)勢(shì)，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4．1．2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)

如今，工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行功率越來(lái)越大，因此需要加強(qiáng)變壓器的單項(xiàng)無(wú)功補(bǔ)償功能，以提高配電網(wǎng)絡(luò)的功率因數(shù)，降低對(duì)線(xiàn)路與電纜的消耗。與三相共同補(bǔ)償相比，變壓器的單項(xiàng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)計(jì)需要更多的元件，費(fèi)用需要增加20%～30%。出于經(jīng)濟(jì)性的考慮，可以將單項(xiàng)無(wú)功補(bǔ)償和三相共同補(bǔ)償相互結(jié)合，前者應(yīng)用于配電網(wǎng)絡(luò)壓力集中的區(qū)域，后者應(yīng)用于壓力較小的區(qū)域，從而提高配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)的性?xún)r(jià)比。如今，中國(guó)的工業(yè)廠(chǎng)房通常都采用集單項(xiàng)無(wú)功補(bǔ)償、三項(xiàng)共同補(bǔ)償、諧波治理于一體的設(shè)計(jì)方式，顯著提高了配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能效果。

4．1．3 電氣設(shè)備的節(jié)能

工業(yè)使用的電氣設(shè)備，盡管耗能大，但同時(shí)也具有較大的減耗潛力。比如在電氣設(shè)備的選擇上，既有低壓電機(jī)（200 kW以下），也有高壓電機(jī)（335 kW以上）。在電機(jī)的額定功率為200～335 kW時(shí)，應(yīng)根據(jù)電機(jī)的電阻、電流、電容、電壓等信息來(lái)計(jì)算電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的消耗情況，經(jīng)過(guò)綜合比較后，選擇能耗較小的電機(jī)[4]。在科技飛速發(fā)展的新時(shí)期下，中國(guó)最新研制出的電子元件的價(jià)格也越來(lái)越經(jīng)濟(jì)，完全可以選擇新型、便宜的電子元件來(lái)當(dāng)作電氣設(shè)備的節(jié)能器件。

4．1．4 電纜截面的節(jié)能

配電網(wǎng)絡(luò)的電纜截面，需要在充分了解工業(yè)廠(chǎng)房電氣線(xiàn)路最大負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇，在最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間少于7 000 h的情況下，可根據(jù)電纜的經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)選擇電纜型號(hào)。如果電力電纜長(zhǎng)時(shí)間處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，那么電纜的老化速度更快，使用時(shí)間更短，還會(huì)增加維護(hù)成本，埋下安全隱患。如果電纜的最大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間少于4 000 h，可根據(jù)導(dǎo)體截流量來(lái)選擇電纜截面，如果電纜所在區(qū)域的載流量較大，可酌情擴(kuò)大電纜截面，保護(hù)配電裝置，也能提高配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能效果。

4.2 供電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

GB 51245—2017《工業(yè)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定，工業(yè)廠(chǎng)房在滿(mǎn)足功能要求、室內(nèi)與室外環(huán)境質(zhì)量要求的情況下，應(yīng)積極采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)零能耗，減少能源消耗，提高能源的利用率。

設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)前，需全面了解工業(yè)廠(chǎng)房的負(fù)荷中心設(shè)備的負(fù)荷功率、季節(jié)性的負(fù)荷變化、周?chē)h(huán)境等情況，然后明確工業(yè)廠(chǎng)房的用電總負(fù)荷以及電壓需求，綜合設(shè)計(jì)豎井與機(jī)房，選擇節(jié)能效果好、高能效的變壓器，同時(shí)搭配各種用電設(shè)備，優(yōu)化供電系統(tǒng)。在供電系統(tǒng)負(fù)荷中心周?chē)O(shè)置電源，計(jì)算系統(tǒng)負(fù)荷，確定供電設(shè)備的負(fù)荷等級(jí)。合理設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)濾波，安裝無(wú)源濾波裝置與濾波器，避免供電系統(tǒng)受到諧波的嚴(yán)重影響，讓供電系統(tǒng)中的設(shè)備處于最佳區(qū)域，做好設(shè)備運(yùn)行管理，保證節(jié)能效果。

4.3 照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

在工業(yè)廠(chǎng)房中，照明系統(tǒng)是用電系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)嚴(yán)格按照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》統(tǒng)籌規(guī)劃照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。工業(yè)廠(chǎng)房的電梯、樓梯、走廊等區(qū)域的照明時(shí)間較少，如果在不需要照明的情況下，照明系統(tǒng)仍在運(yùn)行，必然會(huì)浪費(fèi)大量電能。因此，上述區(qū)域可以設(shè)置感應(yīng)照明燈，或者通過(guò)分區(qū)、分組進(jìn)行集中照明控制，統(tǒng)一熄燈時(shí)間[5]。另有一些工業(yè)廠(chǎng)房會(huì)設(shè)置景觀(guān)臺(tái)，此區(qū)域應(yīng)盡量使用低功率的LED燈以減少電能消耗。大部分照明設(shè)備的電壓都是220 V，三相四線(xiàn)制供電模式下，電氣系統(tǒng)的損耗低于28%，節(jié)能性、經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，可供參考。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)所具有的節(jié)能性能，充分滿(mǎn)足了現(xiàn)階段中國(guó)工業(yè)生產(chǎn)建設(shè)的需求。盡管中國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的電氣自動(dòng)化技術(shù)起步較晚，但發(fā)展速度卻很快，相信隨著節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新與完善，必能實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化的可持續(xù)發(fā)展。