電氣自動化的節能設計技術研究

摘 要：自動化是當前電氣工程發展的一個重要方向，近年來，隨著數字化技術的發展和應用，電氣自動化得到長足發展，且對節能提出了更高要求。本文基于電氣自動化節能設計原則，系統探討所應用的節能設計技術。

關鍵詞：電氣自動化；節能設計；基本原則

1 電氣自動化節能設計基本原則

1.1 優化供配電系統

因電氣自動化系統的運行需有充足動力來保障，所以對其供配電系統的優化設計最為關鍵。在設計中，應考慮電氣設備負荷量及對電力供應要求，同時還應注重用電安全。此外，還需加強供配電系統的防靜電、防浪涌等設計，保證其既可滿足電氣自動化用電需要，又能滿足有關技術規定，進而合理應用電能，達到節能目的。

1.2 重視電氣設備管理

電氣自動化設備在運行中，并非一直處在最高功率狀態，大部分設備運行功率會比額定功率低，但電能消耗基本一樣，以致于部分電能會浪費掉[1]。基于此，應重視和強化電氣設備管理提升運行效率，比如：采取無功補償調控設備實際運行狀態，節約電能。

1.3 合理的負荷系數

負荷系數是電氣自動化設計中的重要內容，直接關系到電氣設備的利用率和負荷效率。但在確保電氣設備穩定運行前提下開展安全設計，對某些用電相對特殊的設備，需依照實際運行情況動態調整負荷系數，已實現節能效用。

2 電氣自動化節能設計技術

2.1 降低電力傳輸損耗

在電力傳輸中，通常會因導線有一定電阻而出現有功損壞。但線路上的電流是無法改變的，因而為降低線路傳輸損耗，那么只能最大限度減小導線電阻。導線電阻與其截面大小成反比，和線路長度及電導成正比?；诖?，在電氣自動化節能設計中，應盡量減小導線電阻，具體要做好這幾點：（1）選用電導率小的材質作為電氣自動化系統的導線，如此可減少電能在線路上的運行損耗；（2）合理設計導線長度，在布線時盡量直線布設，可縮短導線長度；（3）變壓器必須盡量靠近負荷中心，以縮短輸配電距離；（4）適當增大導線橫截面，在條件允許下盡量選用截面較大導線，可減小電阻損耗，提高電能利用率，減少浪費。

2.2 合理應用無功補償

無功功率在在整個電氣自動化系統的輸配電設備中占據大部分容量，因而在一定程度上增加了線路損耗，使得電網電壓降低，進而對電力質量及電網經濟性產生不利影響。所以，為達成無功平衡，減少電能損耗，應合理應用無功補償設備，如此可有效提升電氣自動化的經濟和社會效益，在電氣自動化節能設計中發揮著重要作用。一方面，在應用電容器補償時，應依照電氣自動化系統運行的相關參數來確定電容器容量，包括功率因素、電壓容量、電負荷等。另一方面，為獲得良好、穩定的補償效果，可應用集跟蹤、平滑調節、適用面廣等于一體的模糊投切方式，以往的補償電容器的投切方式、分擔模式、按編碼配置方式等，均無法達到滿意的補償效果。此外，應盡量選用無功功率來充當投切參數物理量，以避免出現無功倒送、投切不穩等問題。同時，無功補償設備應就地安裝，如此可減少輸配電線路無功傳輸，提高電力配送效率，減少損耗。

2.3 應用變頻拖動技術

當前，電氣系統變頻技術日益成熟，逐步取代以往的降壓啟動器裝置。變頻裝置就是將既定的電壓、頻率的交流電轉變成可調控交流電的設備[2]。應用該裝置需要先把三相、單相交流電一同轉變成直流電，然后再把直流電轉變成原本形式。變頻裝置在運行時會改變電力輸出頻率和電壓，進而改變電氣設備的運行曲線，使其平線整體降低。為提升電氣自動化系統運行的安全性、可靠性，每個變頻裝置在裝配動力驅動時，均要設計一定富余量。如果電氣設備不能在滿荷狀態下運行，在滿足動力驅動下，所剩力矩就會損耗掉一定的有功功率，而使電能消耗增加。對于水泵、風機等電氣設備的運行速度調節，通常是對出入口擋板進行調節。在變頻調節中，如果要減小流量，需要減少設備轉速，使其能滿足運行規定。變頻裝置具有調壓、調頻、調速等作用，應用當前的數字化技術，在成本上較高，但操作便捷，能更好的調控電氣自動化系統運行，提高運行效率，降低能耗。

2.4 應用好有源濾波裝置

電氣自動化系統在運行中必然會產生一定的諧波，而這種現象會減小電氣設備可用性，同時對電氣設備的性能產生不利影響。倘若電氣自動化系統長期受諧波影響，不但會降低系統運行穩定性，同時還易造成操作失誤，不利于電氣設備的安全、穩定運行。另外，諧波還會讓電氣設備壽命縮短，影響功能的發揮。有源濾波裝置運行速度快，且具有良好的濾波效果，價格上相對貴，但在過濾中不會出現諧振等現象，因而應用有源濾波裝置能消除諧波產生，避免操作失誤，提高供電安全性和可靠性，保證電氣設備的穩定運行。比如：變壓器應用△/Y節接線，可有效消除3的整數倍高次諧波，再如提升整流變壓器二次側相數等，可提升電氣自動化系統運行效率，實現良好的節能效果。

2.5 合理選用節能性光源

應嚴格依照國家電氣設備節能要求選用照明光源，盡量選用效能穩而高的光源，因光源的發光效率是一般照明等數倍，可有效節約電能。根據實際需要選擇光源，比如：壓鈉燈、金屬鹵化物燈等，對于這類光源，還應配置相應的節能鎮流裝置，進而減少能耗。另外，應嚴格按照照明用途和環境合理設計，在滿足照明需要同時，最大減少電能消耗。

3 結語

總之，電氣自動化節能設計是一項系統性、綜合性工程，應在掌握一定原則基礎上，充分應用各項節能技術，包括降低電力傳輸損耗，無功補償、變頻技術、濾波裝置等技術應用，能實現良好的節能效果，使電氣自動化系統發揮最大效益。

參考文獻

[1]張金平，楊威.當前節能設計技術在電氣自動化中的應用分析[J].中國管理信息化，2015，（22）：44.

[2]班建民.建筑電氣與智能化工程項管理[M].中國建筑業出版社，2011：252-253.

（作者單位：河南神火煤業公司劉河選煤廠）