環(huán)保領(lǐng)域電氣工程及其自動化應(yīng)用

丁功安

（山東紅楓環(huán)境能源有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

目前，我國電氣工程的發(fā)展有著較為完整的體系，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣工程也逐漸實現(xiàn)了自動化，但是從環(huán)保的領(lǐng)域來看，電氣工程的節(jié)能技術(shù)還有著更為廣闊的發(fā)展空間。

1 節(jié)能環(huán)保技術(shù)

1.1 變壓器的選擇

當(dāng)出現(xiàn)空載或者負(fù)載損耗的情況時，往往會對電氣工程中的變壓器造成很大程度上的電能浪費(fèi)，因此，科學(xué)合理地選擇變壓器有助于電氣工程實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。具體來說，可以通過以下幾個方面實現(xiàn)對變壓器的選擇：第一，盡可能地降低變壓器自身對電能的消耗量，也就是利用單相補(bǔ)償保持三相電流的基本平衡，這種方式可以在很大程度上降低變壓器中因負(fù)載電流不平衡而產(chǎn)生的電流浪費(fèi)，實現(xiàn)節(jié)約電能的目的。第二，市面上有很多有著節(jié)能環(huán)保設(shè)計的變壓器，雖然相較于普通變壓器的成本略高，但是在實際應(yīng)用中所體現(xiàn)出的節(jié)能環(huán)保的價值非常大，所以可以有目的性地選擇變壓器。例如，西門子變壓器就是利用了節(jié)能環(huán)保技術(shù)所生產(chǎn)的一種變壓器設(shè)備，通常來說，電能從發(fā)電站輸送到用戶的過程中，需要通過4到5級變壓器才能完成整個過程的電能輸送，西門子變壓器就選取了單向補(bǔ)償設(shè)備，極大程度上保持了三相電流的平衡，消除了負(fù)載不平衡時所產(chǎn)生的電能浪費(fèi)等情況，也就是我們上述的變壓器節(jié)能原理，如圖1所示，由于西門子變壓器具有良好的節(jié)能效果，因此也被廣泛應(yīng)用于很多的電氣工程領(lǐng)域中。

1.2 降低電能消耗

圖1 西門子變壓器節(jié)能原理電路圖

眾所周知，在電力工程中，電能的傳遞會損失非常大的電能，因此在電力工程傳輸過程中，如何降低電能消耗是實現(xiàn)電力工程自動化環(huán)保目標(biāo)的重要前提。針對這種情況，筆者提出幾點(diǎn)建議：第一，通過分析線路周圍環(huán)境的基本情況，設(shè)計出最短的方案，盡可能地減少傳輸導(dǎo)線的長度，避免出現(xiàn)不必要的電能損失。第二，制作傳輸導(dǎo)線時要盡可能地選擇電阻率小的材料，這樣也可以減少電力工程傳輸時的電能損耗。第三，對于同一種材料和同一長度的導(dǎo)線而言，還可以通過增加其橫截面積來降低電阻率，從而實現(xiàn)減少電能損失的目的。第四，在最大程度上縮短變壓器和負(fù)載之間的直線距離，這樣可以減少電能損耗，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的基本戰(zhàn)略目標(biāo)。

1.3 設(shè)置濾波器

在電力工程的實際應(yīng)用中，無法避免地可能會出現(xiàn)一些誤動作，此時就需要通過在電力系統(tǒng)中設(shè)置濾波器來降低因失誤而產(chǎn)生的電能損耗，隨著電力設(shè)備數(shù)量的不斷增加，設(shè)備之間會產(chǎn)生一些諧波，這些諧波與電氣設(shè)備的基波會發(fā)生阻抗，使電力系統(tǒng)中的電壓出現(xiàn)誤動作，從而增加了電能損耗，具體原理如圖2所示。因此在電力系統(tǒng)中，設(shè)置濾波器對于節(jié)能環(huán)保而言非常重要。例如，施耐德濾波器就是在電氣工程中應(yīng)用較為廣泛的一種節(jié)能環(huán)保的電氣設(shè)備，其工作原理主要是通過濾波器外部的Cte部分進(jìn)行電流信號的收集，再將所收集到的信號傳送至諧波分離模塊處，該模塊可以將諧波進(jìn)行分離，再將其送至調(diào)節(jié)模塊和監(jiān)測模塊中，這些模塊通過對諧波成分與補(bǔ)償電流進(jìn)行對比，將差值作為驅(qū)動電路，從而觸發(fā)逆變器，最后再將補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，從而進(jìn)一步實現(xiàn)濾除諧波的目的，在這個過程中，施耐德濾波器消除了電流中絕大部分的諧波，有效提高了電能利用率，是環(huán)保領(lǐng)域中電氣工程的重要電氣設(shè)備之一。

圖2 濾波器原理簡化圖

1.4 無功功率補(bǔ)償

在整個電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中會涉及到很多個環(huán)節(jié)，其中包括變壓器、配電網(wǎng)、電力負(fù)荷等。這些環(huán)節(jié)中的電能都是以電流流動的方式進(jìn)行傳遞，為了能夠滿足用戶用電的同時，還能夠有效降低電能傳遞過程中的損耗，技術(shù)人員可以科學(xué)合理地運(yùn)用無功功率的方式來降低能耗，如圖3所示。在實際應(yīng)用中，可以通過無功功率的補(bǔ)償平衡功率的基本因數(shù)，從而使得整個系統(tǒng)中的電壓保持在一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣不僅可以有效提高電力系統(tǒng)所傳遞電能的質(zhì)量，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)綠色環(huán)保的基本理念，提高我國的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)圖

在這里我們也要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一下無功功率補(bǔ)償在電力系統(tǒng)的使用中所需要遵循的一些基本原則：第一，新添加的投切開關(guān)應(yīng)與原有的循環(huán)投切開關(guān)按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的比例進(jìn)行合理分配，否則不能達(dá)到理想的補(bǔ)償效果。第二，通過科學(xué)地分析電壓和自然功率等數(shù)據(jù)信息，得到電容容量的大小。第三，如果在無功功率的補(bǔ)償過程中出現(xiàn)大量的諧波時，一定要按照所有串聯(lián)的電抗器進(jìn)行有效地消除，避免出現(xiàn)電氣設(shè)備故障，減少電能損耗。第四，通過對無功功率的科學(xué)計算來確定投切開關(guān)的基本參數(shù)，這樣可以在很大程度上避免出現(xiàn)補(bǔ)償效果過度或者投切開關(guān)出現(xiàn)震蕩的情況發(fā)生。只有在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，遵循以上這些選擇并進(jìn)行科學(xué)合理的無功功率的補(bǔ)償，才能有效提高電氣設(shè)備的傳輸效率、減少能耗。

1.5 提高工程效率

選擇合適的電氣設(shè)備是提高電力工程效率的關(guān)鍵。選擇電氣自動化設(shè)備需要遵循以下幾項基本原則：第一，選擇本身具有節(jié)能環(huán)保設(shè)計的電氣設(shè)備，這是為電力系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保目標(biāo)奠定良好的基礎(chǔ)。第二，科學(xué)合理地運(yùn)用無功補(bǔ)償和平衡電路負(fù)荷等細(xì)節(jié)去不斷地提高電力系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保性能。第三，降低電能傳遞過程中的能源損耗。第四，選擇合適的設(shè)計系數(shù)去調(diào)整整個電路中的負(fù)荷，從而在一定程度上提高電氣設(shè)備的使用效率，進(jìn)一步降低能源消耗。

2 實際應(yīng)用

電氣工程和自動化技術(shù)在實際生產(chǎn)中主要有以下幾個方面的應(yīng)用實例：第一，工業(yè)生產(chǎn)。電氣工程自動化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中主要通過對繼電器以及感應(yīng)器等機(jī)械相關(guān)的電子元件進(jìn)行有效控制，從而進(jìn)一步實現(xiàn)對整個工業(yè)生產(chǎn)流程的控制。第二，建筑行業(yè)。電氣工程自動化技術(shù)在建筑行業(yè)中也有著非常廣泛地應(yīng)用，在很大程度上提高了建筑工程施工的效率和質(zhì)量。第三，電力系統(tǒng)。電氣工程自動化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常普遍，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中，電氣工程自動化技術(shù)可以將該電力系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)控，從而進(jìn)一步加強(qiáng)對電力系統(tǒng)運(yùn)行的掌控，與此同時還能夠有效保證電力系統(tǒng)工作人員的人身安全，最大程度上降低電力系統(tǒng)管理過程中發(fā)生安全事故的概率，從這個角度上來看，電力部門引進(jìn)電氣工程自動化技術(shù)已經(jīng)成為了必然趨勢。

3 結(jié)語

總之，雖然現(xiàn)階段電力工程自動化在我國有著非常廣泛的應(yīng)用，但是很多電力工程在實際的應(yīng)用過程中，還存在著一些不足之處，相信在相關(guān)技術(shù)研究人員的不斷改進(jìn)和完善下，這些不足之處一定會得到解決，電力工程也一定會有更廣闊的發(fā)展空間。與此同時，為了能夠更好地實現(xiàn)我國一直以來所倡導(dǎo)的“節(jié)能環(huán)?！钡幕纠砟?，電力工程還應(yīng)該不斷提高電能的傳遞效率，在實現(xiàn)電氣設(shè)備自動化的同時，也要盡可能去降低能源消耗，早日實現(xiàn)電氣工程的可持續(xù)發(fā)展，為我國的工業(yè)發(fā)現(xiàn)提供一個健康、環(huán)保的發(fā)展環(huán)境。