电气自动化的节能设计技术

陈云峰

摘要：随着社会的不断发展和信息技术的不断完善，电力系统不仅逐渐的走向自动化，而且在自动化的基础上还逐渐的使用节能设计技术。而节能这一主题在今后也会被更广泛的推广。本文就从电气自动化入手，对电气自动化的节能设计技术进行了一番探讨，提出应从电压等级、变压器、无功补偿、有源滤波器、节能金具等节能技术上下功夫，旨在促使节能技术在电气自动化系统中发挥最好的效果，以供借鉴参考。

关键词 电气自动化；节能设计技术；变压器；无功补偿

引言

电气自动化是电气信息领域的一门新兴学科，它和人們的日常生活及工业生产有着密切联系。它在提高工作效率、运行成本、劳动生产率以及改善劳动条件等方面起着重要的作用。近年来，随着“绿色工业革命”的兴起，节能成为当前经济建设的重要目标。通过合理选择电压等级，优化变配电所位置，选择最佳供配电方案，选择高效节能的电气设备，提高功率因数和抑制谐波，推广节电新技术和成果等技术措施，使电气自动化系统达到节能效果，促进电能合理利用；提高电气自动化系统的运行效率，减少电能的直接或间接损耗同时提高了电能质量，延长设备使用寿命。

1、合理选择电压等级电压

根据负荷容量、供电距离及用电设备等因素，合理设计供配电系统和选择供电电压等级。供电电压越高，相同输送容量下线路电流越小，输电线路电能损耗就越少。采用高电压深入负荷中心供电，避免低电压、大容量输电和长距离送电，可以有效降低输电线路上的能源消耗。

2、优化供电方案

在供出同样负荷功率的前提下，供电半径越小出线越多，线损越低。电源设在负荷中心，在网络总电阻相等、供电容量相同的条件下，分支线越多损耗越小，而且随分支线平方在下降，所以应尽量避免向单侧供电。

在负荷接入时，应尽量使三相负荷平衡，当三相负荷不平衡时，变压器灵敏相上的漏电电流会导致变压器有功损耗变大，同时，零线及相线上的电能损耗也会增加。

3、选择节能电气设备

电气设备的损耗是配电网损耗的主要组成部分，主要耗能设备有变压器、电动机和照明设备。

合理选择变压器容量及台数，当负荷为70%～75%的变压器容量时，变压器总损耗最小；当负荷随季节变化较大时，可以采用多台变压器，灵活投切变压器，实现经济运行，减少由于轻载运行造成的不必要的电能损耗变供电的方式。优先选用低损耗节能型变压器，如S11、S13系列。对于高层建筑、地下建筑、化工等单位及对消防要求较高场所，宜采用低损耗节能型干式电力变压器（SG10、SG11、SC6 等系列）。对电网电压波动较大，为改善电能质量，可采用有载调压电力变压器。

电动机应选择功率与负载匹配的高效节能电动机。电动机的功率选择应按负载的负荷力矩特性进行，考虑1.1倍保障系数即可，过高的保障容量会大幅增加电机损耗，还会降低设备功率因数。

照明系统应优先采用高效节能灯具，尽可能采用利用自然光、自动照明开关、照度可调节等措施。

4、提高功率因数和抑制谐波

提高各级配电网络功率因数是实现节约电能的重要一环，提高功率因数的方法通常有：提高用电设备的自然功率因数、并联静电电容补偿和同步电机补偿。在使用电容器补偿时，电容器容量的确定应该根据具体参数，如目标功率因数、配电电压的容量、负荷等等，通过对这些参数的计算来确定；为了达到良好的补偿效果，应该采用集调节平滑、跟踪准确、适应面广等优点为一体的模糊投切方式；选择无功功率作为投切参数物理量，以有效防止投切振荡、无功倒送等情况的发生。此外，无功补偿装置最好就地安装，实行就地补偿，这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能的目的。

综上所述，必须从节约能源出发，使电气自动化尽可能少用能源，提高节能意识，推广节能技术装备，为建设资源节约型、环境友好型可持续发展的和谐社会做出应有贡献。

陈云峰

摘要：随着社会的不断发展和信息技术的不断完善，电力系统不仅逐渐的走向自动化，而且在自动化的基础上还逐渐的使用节能设计技术。而节能这一主题在今后也会被更广泛的推广。本文就从电气自动化入手，对电气自动化的节能设计技术进行了一番探讨，提出应从电压等级、变压器、无功补偿、有源滤波器、节能金具等节能技术上下功夫，旨在促使节能技术在电气自动化系统中发挥最好的效果，以供借鉴参考。

关键词：电气自动化；节能设计技术；变压器；无功补偿

引言：

电气自动化是电气信息领域的一门新兴学科，它和人们的日常生活及工业生产有着密切联系。它在提高工作效率、运行成本、劳动生产率以及改善劳动条件等方面起着重要的作用。近年来，随着“绿色工业革命”的兴起，节能成为当前经济建设的重要目标。通过合理选择电压等级，优化变配电所位置，选择最佳供配电方案，选择高效节能的电气设备，提高功率因数和抑制谐波，推广节电新技术和成果等技术措施，使电气自动化系统达到节能效果，促进电能合理利用；提高电气自动化系统的运行效率，减少电能的直接或间接损耗同时提高了电能质量，延长设备使用寿命。

1、合理选择电压等级电压

根据负荷容量、供电距离及用电设备等因素，合理设计供配电系统和选择供电电压等级。供电电压越高，相同输送容量下线路电流越小，输电线路电能损耗就越少。采用高电压深入负荷中心供电，避免低电压、大容量输电和长距离送电，可以有效降低输电线路上的能源消耗。

2、优化供电方案

在供出同样负荷功率的前提下，供电半径越小出线越多，线损越低。电源设在负荷中心，在网络总电阻相等、供电容量相同的条件下，分支线越多损耗越小，而且随分支线平方在下降，所以应尽量避免向单侧供电。

在负荷接入时，应尽量使三相负荷平衡，当三相负荷不平衡时，变压器灵敏相上的漏电电流会导致变压器有功损耗变大，同时，零线及相线上的电能损耗也会增加。

3、选择节能电气设备

电气设备的损耗是配电网损耗的主要组成部分，主要耗能设备有变压器、电动机和照明设备。

合理选择变压器容量及台数，当负荷为70%～75%的变压器容量时，变压器总损耗最小；当负荷随季节变化较大时，可以采用多台变压器，灵活投切变压器，实现经济运行，减少由于轻载运行造成的不必要的电能损耗变供电的方式。优先选用低损耗节能型变压器，如S11、S13系列。对于高层建筑、地下建筑、化工等单位及对消防要求较高场所，宜采用低损耗节能型干式电力变压器（SG10、SG11、SC6 等系列）。对电网电压波动较大，为改善电能质量，可采用有载调压电力变压器。

电动机应选择功率与负载匹配的高效节能电动机。电动机的功率选择应按负载的负荷力矩特性进行，考虑1.1倍保障系數即可，过高的保障容量会大幅增加电机损耗，还会降低设备功率因数。

照明系统应优先采用高效节能灯具，尽可能采用利用自然光、自动照明开关、照度可调节等措施。

4、提高功率因数和抑制谐波

提高各级配电网络功率因数是实现节约电能的重要一环，提高功率因数的方法通常有：提高用电设备的自然功率因数、并联静电电容补偿和同步电机补偿。在使用电容器补偿时，电容器容量的确定应该根据具体参数，如目标功率因数、配电电压的容量、负荷等等，通过对这些参数的计算来确定；为了达到良好的补偿效果，应该采用集调节平滑、跟踪准确、适应面广等优点为一体的模糊投切方式；选择无功功率作为投切参数物理量，以有效防止投切振荡、无功倒送等情况的发生。此外，无功补偿装置最好就地安装，实行就地补偿，这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能的目的。

理想的公用电网所提供的是单一电压、固定频率和规定的电压幅值。谐波电流和电压的产生，对公用电网是一种污染。谐波使得公用电网的元件出现了谐波的附加损耗，从而影响了发电、输电及用电设备的正常运转，当大量的三次谐波流过中性线时，会导致线路过热甚至发生火灾。谐波会使公用电网中局部产生并联和串联谐振，进而谐波便被放大了。而目前抑制谐波的主要方法是在谐波源四周加装有源滤波器，使谐波就地滤除，有源滤波器主要以下特性：具有优异的动态性能；反应快；能使功率范围更宽大等，能使无功补偿达到更好的效果。一般情况下，采用有源滤波器对产生的谐波进行过滤，在电气设备误操作之前就能够将其阻止，使电气设备的运行更加有效率，从而达到节能的目的。

5、合理选择导线型截面及型号

我国输配电线路导线截面选择原则是采用常规经济电流密度，其目的是节省投资降低年运行费用，我国颁布的导线经济电流密度、经济电流和导线经济输送容量已多年未变，与我国当前输配电线路节能降耗的要求结合问题值得商榷。为了使输配电线路既能满足用户需求，又能达到节能的目的，建议新的输配电线路设计中，采用高于规范中一个等级来选择导线截面。在条件允许的情况下，采用绝缘导线，减少线路电能损失，降低电压损失，例如架空成束绝缘导线，由于其线间距离极小，线路电抗仅为普通裸导线线路电抗的1/3。

6、采用节能金具

电力金具的耗能主要是由铁磁材料中磁滞与涡流在线路运行中产生相互作用造成的，它包括磁滞损耗和涡流损耗两部分。当电流增大时，磁滞损耗将随磁通密度的1.6～2.0次方上升，涡流损耗则随磁通密度的二次方上升。这二者相加构成了金具的电磁损耗。对于线路金具能耗问题，解决措施主要有以下几种：一是用无磁性材料替代有磁性材料制造金具。二是用隔断磁路的方法，使金具不产生磁回路。

综上所述，必须从节约能源出发，使电气自动化尽可能少用能源，提高节能意识，推广节能技术装备，为建设资源节约型、环境友好型可持续发展的和谐社会做出应有贡献。