電氣工程自動化節能設計技術的研究與應用

齊崇勇

華電江蘇分公司

0 引言

電氣工程自動化專業是電氣信息領域的一門新興學科。由于這項專業與人們的日常生活及城市的工業發展密切相關，因此也受到了大家的廣泛關注。如今，電氣工程自動化專業發展十分迅速。電氣工程和自動化已經成為高新技術產業的重要組成部分，在農業、工業、國防等領域中都有廣泛的應用，在國民經濟中發揮著越來越重要的作用[1]。為了響應國家有關節能的號召，電氣工程必須運用節能設計技術，尋找出一條可持續發展的道路。

1 電氣工程節能的重要性

1.1 環保約束要求節能

隨著社會的發展，電已經成為人類生活中必不可少的商品。目前，火力發電是我國最主要的發電方式?；鹆Πl電消耗的是不可再生能源，會排放污染性氣體，如SO2、NOx和有機污染物等氣體污染物，嚴重影響了地球生態和生物多樣性，對人類的生活和健康造成了較大影響。從環境保護方面考慮，對電氣工程進行節能是必須的[2]。

1.2 可持續發展要求節能

從1831年法拉第發現了電磁感應以來，人類進入了電器時代。100多年來，科學技術不斷進步，電器設備也越來越多樣化，新型設備的不斷出現，也是對能源的一大挑戰。如今，能源的短缺是全社會共同關注的重點問題，因此從科學發展、可持續發展等方面考慮，電氣工程有必要進行節能設計。

1.3 社會進步要求節能

隨著科學的不斷發展，人們對于生活的標準越來越高，對日常生活的居住環境要求也在不斷提高。隨著對能源需求的不斷增大，能源也越來越緊缺，要解決這個問題，就必須對電氣工程采取節能措施。這不僅是適應時代的進步，滿足現代生活的基本需求，而且通過電氣工程自動化技術的節能創新，可以提高生活中各種電器的使用效率，達到減少能源消耗的目的，提升社會經濟發展的質量[3]。

2 電氣工程節能的現狀

2.1 電氣工程自動化程度較低

電氣工程自動化技術在我國工業生產中起著很重要的作用，提高了工業生產的效率。但從目前發展來看，在工業生產中，自動化的程度仍然落后于發達國家。我國現有的自動化技術往往只能完成自己獨立的幾項工作，而且這幾項技術還需要通過多個設備共同協作才能完成。在整個電氣自動化的過程中，不同環節之間的“交流”很少，這樣就不能形成一個完整的自動化鏈，影響了整個大系統自動化的進程[4]。

2.2 電氣工程自動化耗能大

目前，我國對于電氣自動化尚沒有統一的標準，相關企業主要針對自身情況及利益考量進行設計開發，系統節能的考慮相對較少。這就導致了雖然我國現在發展十分迅速，但是面臨的能源問題也十分嚴峻。相對于發達國家，我國的能源缺口仍很嚴重。如果國家對于各種自動化設備有嚴格的節能標準和要求，各企業大大增加節能投入，能源消耗的問題便會得到改善。

2.3 自動化的建設較為落后

目前，由于我們國家對于電氣自動化沒有統一的標準，企業內部的各項設備又是從不同的制造廠家進行采購的，而不同供應商的設備設計結構和標準往往各取所需，導致在設備運行的狀況下，各廠家提供的設備零部件之間的信息傳遞不穩定，配合不夠默契；導致企業內部的電氣自動化沒有很好的能力進行適應，從而影響電氣自動化的建設[5]。

3 電氣工程節能的措施

3.1 電壓的配置選擇

在電氣工程中，首先要做的是確定電氣工程中電壓等級的選擇，以獲得節能效果。例如，當前通用電氣工程中的中壓配電電壓為10kV或者20kV，低壓配電電壓為220V或380V[6]。對于電壓的選擇，需要進行全面考量。電壓選擇與許多因素有關：一是國家電網在當地的供電設備的特點；二是電氣工程中的電源電路數量；三是電力用戶的計算電壓容量；四是電氣工程所在地區的發展水平。高壓電網和低壓電網在選擇時也有不同：選擇低壓配電網的情況是用戶的電力用于低功耗；選用高壓配電網的情況是用戶的計算能力，電氣設備，單電源儀表電源的距離和計算負荷超過一定的范圍內。在電壓選擇過程中，需要參考上述要求選擇正確的電壓以避免浪費。

3.2 供應系統和分配系統的具體設計

在電氣工程的節能設計過程中，只有采取以下節能措施時，供電系統和配電系統才能同時實現節能效果：電源設計過程和配電系統要求盡可能簡單和可靠，在設計階段避免出現過多的配電級數。原則上，同一電壓系統的配電原則不應超過兩個等級。在低壓時原則上不應超過三級，同時三級電力負荷不允許超過四級。在節能設計過程中，電網系統的變壓器必須通過相應的技術手段深入電力負荷中心，通過縮短電源線的半徑以有效地減少傳輸損耗。因此，這就要求國家電網的地方供電公司要科學合理地設計供電線路，合理規劃相關供電線路，避免出現線路重疊，為節能提供基礎支撐。

3.3 變壓器的選擇

電氣工程的首要任務是選擇變壓器。變壓器的選擇必須根據用戶對節能的需求進行設計和選擇。正確選擇變壓器也是節能的重要組成部分。例如：民用電的變壓器選擇，應該考量的是用戶的分段用電量。當出現功耗不均和突然耗電的現象時，有必要考慮選擇使用專用變壓器。需要強調的是，電網的變壓器失調可能是三相電流沒有均衡分配所致。在這種情況下，線路中變壓器的損耗會增加。三相電流的不平衡比例與變壓器的損耗成正比。三相電流不平衡越大，變壓器的損耗就越嚴重。因此，電氣工程節能設計應從三相電流平衡設計入手[7]。

3.4 降低電能在傳輸過程中的損耗

在電氣工程的節能設計中，應盡最大努力減少傳輸過程中的電能損失。通常的做法是選擇導電率低的材料。在設計過程中，如果當地經濟條件允許，選擇銅電纜進行電路設計是較好的方案。同時，在電路設計過程中，必須保持電路趨勢直線化，縮短電線長度。根據電線的加熱情況和電壓的損失，選擇電路中的電線是科學合理的技術路線[8]。

3.5 改善自然功率因數

自然功率因數是供配電系統未輸入無功補償裝置時的有效功率與無功補償裝置輸入配電系統后的功率之比。自然功率因數的選擇可以有效改善整個動力系統。為了實現這一目標，可以減少線路損耗并減少無功功率和恒定有功功率下的負載電流負載，可以使用改進的自然功率因數無功功率補償器實現就地補償。該補償器可以減少無功功率傳輸線損耗并實現電氣工程中的節能目標，達到電氣工程節能的目的[9]。

4 結語

隨著國家對節能工作的越來越重視，隨著電氣設備生產技術的改進和節能減排意識的提高，電氣工程的節能工作有了一定的成效。為了使電氣工程進一步提高節能的效果，以適應社會需要，滿足國家可持續發展的要求，應該加大節能力度，將節能的理念貫穿于整個用電過程。從生產到管理，從輸送到使用，都應該以節能為目的，為合理利用資源做貢獻。