電氣自動化的節(jié)能設(shè)計技術(shù)研究

王付亮+張凱軍

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)不僅逐漸走向自動化，還廣泛使用節(jié)能設(shè)計技術(shù)。本文從電氣自動化入手，對電氣自動化節(jié)能設(shè)計技術(shù)進行了探討，提出應(yīng)重視變壓器等節(jié)能技術(shù)，以期充分發(fā)揮電氣自動化節(jié)能技術(shù)的作用。

關(guān)鍵詞：電氣自動化；節(jié)能設(shè)計；基本要求

1 電氣自動化及節(jié)能設(shè)計概況

電氣自動化節(jié)能技術(shù)是一項利國利民的科學(xué)技術(shù)，也是實現(xiàn)電氣自動化行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的重要保障。電氣自動化節(jié)能技術(shù)不僅減少電能的消耗和損失，提高資源的使用效率，滿足我國社會經(jīng)濟發(fā)展對能源不斷的需求。還能夠緩解電網(wǎng)供電的緊張現(xiàn)狀，避免輸電受阻的惡性循環(huán)。可以說，先進的自動化技術(shù)正是推動各行業(yè)節(jié)能減排的有效武器。未來全球經(jīng)濟發(fā)展的趨勢是誰率先掌握節(jié)能的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)，誰將主導(dǎo)未來的全球經(jīng)濟。對于電氣自動化系統(tǒng)來說，由于城市電網(wǎng)的不斷擴大，電力也不斷增容，因此會使用很多的變頻器、整流器等，而這樣會造成大量的諧波產(chǎn)生，從而危害到電網(wǎng)。由此，為了消除諧波，從節(jié)能的方向考慮，電氣自動化應(yīng)主要從變壓器、無功補償、有源濾波器等技術(shù)上下功夫，可以利用減少電路的傳輸損耗、優(yōu)選變壓器、補償無功、使用有源濾波器等方法來使電氣系統(tǒng)在運行的過程中達到節(jié)能的目的。也只有這樣才能使電氣自動化系統(tǒng)使用時達到節(jié)能的效果。

2 電氣工程設(shè)計的基本要求

1、優(yōu)化供配電設(shè)計，促進電能合理利用。首先做到供電系統(tǒng)高效、靈活、穩(wěn)定、易控、多樣、便捷、暢通。其次考慮的是安全性，電氣線路應(yīng)有足夠的絕緣距離、絕緣強度、負荷能力、熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定的裕度；確保供電、配電與用電設(shè)備的安全運行；有可靠的防雷裝置、防雷擊技術(shù)措施。在滿足電氣工程的實用性和安全性的基礎(chǔ)上，利用先進的技術(shù)，優(yōu)化供配電設(shè)計，促進電能合理利用。

2、提高設(shè)備運行效率，減少電能的直接或間接損耗。在滿足建筑物對使用功能的要求和確保安全的前提下，盡可能減少建設(shè)投資，最大限度的減少電能與各種資源的消耗。選用節(jié)能設(shè)備、均衡負荷、補償無功、減少線路損耗、降低運行與維護費用，提高電源的綜合利用率，提高設(shè)備運行效率、減少電能的間接或直接損耗。

3、合理調(diào)整負荷，選取合理的設(shè)計系數(shù)，提高負荷率和設(shè)備利用率。在滿足建筑物對使用功能的要求和確保安全的前提下，設(shè)計時盡可能提高電能質(zhì)量、合理調(diào)整負荷、選取合理的設(shè)計系數(shù)、在特殊用電的情況下選擇合理的節(jié)能措施，提高負荷率和設(shè)備利用率節(jié)約電能。

3 電氣自動化節(jié)能設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用

1、變壓器的節(jié)能設(shè)計

變壓器是電力自動化工程中的重要設(shè)備，承擔著轉(zhuǎn)換電壓、電流和功率的重要作用。變壓器是耗能的大戶，當變壓器處于空載運行狀態(tài)時，低壓系統(tǒng)的能源損耗絕大部分是變壓器自身的運行損耗。因此，變壓器的節(jié)能設(shè)計是否合理是整個電力工程節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

通常，變壓器的節(jié)能設(shè)計要從下面幾個環(huán)節(jié)來考慮：

（1）減少變壓器的型材損耗。例如，變壓器用的硅鋼片、鋼材、銅線和絕緣材料、絕緣子和變壓器油等都是正常變壓器所構(gòu)成所必備的材料，這些材料的設(shè)計選擇如果不合理，要消耗供電系統(tǒng)的大量電能，若是本著厲行節(jié)約的理念，在滿足變壓器工作要求的前提下，周密合理地選擇材料和運行介質(zhì)，可為電力工程間接地節(jié)約施工成本和節(jié)約電能。

（2）為降低變壓器的電能損耗，配電線路和配電柜，應(yīng)盡量選擇銅材并且采用換位導(dǎo)線措施，基于降低變壓器的空載損耗考慮，應(yīng)降低磁密并應(yīng)盡量的選取冷軋用的高質(zhì)硅鋼片，在滿足設(shè)備運行要求的條件下，盡量采用較薄的硅鋼片，達到節(jié)能的目的。

（3）選用節(jié)能方式的變壓器。目前，S11和S10都是為節(jié)能的設(shè)計要求而“量身打造”這種變壓器不僅繼承了原有變壓器的優(yōu)點，還具有高效的節(jié)能特性，從生產(chǎn)長期運行來看，節(jié)能效果比較顯著，可作為節(jié)能設(shè)計的首選變壓器。同時，設(shè)計時，要注意選擇合理的變壓器接線方式，合理的接線方式對節(jié)能的影響也十分重要，同時，在變壓器的生產(chǎn)運行期間，不應(yīng)讓變壓器長期過載運行，使得變壓器處于超溫運行狀態(tài)，這樣不僅加速變壓器的老化，同時也增加了變壓器的電能損耗。

2、提高功率因數(shù)

功率因數(shù)是電氣運行的重要物理量，它與電氣設(shè)備的節(jié)能密切相關(guān)。功率因數(shù)如果長期控制在比較高的水平上，電力系統(tǒng)的無功功率就會變大，系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)化率就會變高。提高功率因數(shù)的方法：一是通過提高用戶負載率，例如對于動力電氣設(shè)備，諸如電動機，可以在滿足工藝生產(chǎn)要求的前提下，盡量選擇極數(shù)較少的電動機。因為少極數(shù)的電機，其起動轉(zhuǎn)矩較大，起動過程中的電流也相對較大，所以電氣設(shè)備在最快的時間內(nèi)正常運行，效率很高，同時也節(jié)約電能的損耗。此外，可讓電動機實現(xiàn)變頻自動控制，使得電機在負載較小時，獲得較高的功率因數(shù)。當用戶的負載率控制穩(wěn)定在0.7左右，會使變壓器的一次側(cè)功率因數(shù)達到最高。二是在低壓電力系統(tǒng)中裝設(shè)自動補償?shù)碾娙莨?，來補償無功功率。一般來說，其無功功率的選擇盡量控制在變壓器的20%-30%，這樣使得電力系統(tǒng)穩(wěn)定，并且節(jié)能效果最佳。

3、電力電纜的選擇

電力電纜是輸配電系統(tǒng)的重要組成部分，其線路成本占總的電力工程的投資而言，相對較大，特別是電力線路長期投入使用，維護量會越來越大，所以電力電纜的選擇應(yīng)謹慎選擇。電力電纜的截面選擇：通常按照經(jīng)濟電流密度的曲線和持續(xù)允許的電流來進行選擇。在一年中負荷最大的使用小時數(shù)相同的情況下，利用前者選擇電力電纜通常比按后者選擇的電纜截面要大一個等級，這樣對于電纜材料的投資和使用量非常不利。在選擇電纜材質(zhì)時，因為銅電纜價格的確比鋁電纜的價格貴許多，因此不少工程都選購了鋁電纜，其實從電力電纜的長期經(jīng)濟穩(wěn)定運行的角度來看，鋁電纜在安全和節(jié)能方面是不占據(jù)優(yōu)勢的。但是銅電纜越粗，比相同截面的鋁電纜貴重的倍數(shù)越大，所以在保證安全的前提下，個別截面較粗的電纜可以選取鋁電纜，這個有待于探討，具體情況具體分析，但是較小截面的銅電纜比鋁電纜貴不太多，推薦選擇銅電纜。

4、合理選擇光源

為了達到照明工程的節(jié)能設(shè)計，其光源的選擇推薦選用高效能的光源，這種高效能的光源的發(fā)光效率是普通照明燈的好幾倍，可以大量的節(jié)約電力電能。對于工廠、住宅用的衛(wèi)生間及其上下樓梯間應(yīng)盡量選擇節(jié)能顯著的吸頂燈為宜，雖然這類燈具的功率相對較低，但是也可以滿足人們和用戶生活的需要，所以選擇此類燈具會節(jié)約很多的電能。對于圖書館、閱覽室和超市的貨架處可以選擇緊湊型熒光燈，因為它的光通量較高，光線比較集中，適合這類場所和人們生活的實際需要，且減少了照明工程的投入成本和安裝。

4 結(jié)束語

綜上所述，電氣自動化節(jié)能設(shè)計技術(shù)在整個自動化系統(tǒng)中起著非常重要的作用，優(yōu)良的節(jié)能技術(shù)方案可以降低電力用戶的用電成本以及減小能源消耗。在電氣自動化系統(tǒng)中，實現(xiàn)節(jié)能的前提條件是確保系統(tǒng)可靠運行，并在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化各個電力傳輸環(huán)節(jié)，實現(xiàn)電能的高效利用。在節(jié)能設(shè)計過程中，需要以提高電氣自動化系統(tǒng)的運行效率為目標，最大可能地降低電力能源的各種損耗。只有充分發(fā)揮電氣節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢，才能真正實現(xiàn)電氣自動化系統(tǒng)的高效優(yōu)質(zhì)管理與傳輸電能的作用與價值，為國家?guī)砹己玫慕?jīng)濟和社會效益。

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