电气自动化工程中的节能设计技术分析

2021-03-28陈晶华

电气技术与经济 2021年4期

陈晶华邓伟

（1.山东宝冶建设有限公司 2.山东奥太电气有限公司）

0 引言

电气自动化技术在人们的生产生活中有十分广泛的应用，且随着近年来信息技术的发展，电气自动化技术获得了更好的发展，在各行各业中的应用更为有效和广泛。节能减排理念近年来在电气自动化工程中得到了十分广泛的应用，这促使电气自动化设计越来越重视节能设计，这对促进电气自动化工程高效发展起到了十分重要的作用［1］。就现阶段电气自动化工程中的节能设计来说，无论是设计理论知识还是实践经验均取得了很好的成效，在进一步落实环境保护和促进经济发展中的作用日益凸显。基于此，进一步明确和掌握电气自动化工程中的节能设计技术应用要点与策略尤为关键，必须给予充分的重视。基于此，本文对电气自动化工程中的节能设计技术应用要点作如下的论述。

1 电气自动化工程开展节能设计的意义

目前来看，节能设计已经成为电气自动化工程的主要趋势，在电气自动化工程中获得非常好的发展，真正意义上贯彻和落实了节能减排战略。电气自动化工程开展节能设计主要有以下三点意义：

1）任何投入使用的电气设备均会消耗电能，当前阶段我国的电能资源属于常规性能源，随着近年来社会经济的发展，能源短缺问题对经济发展的影响越来越显著，这让节能减排成为了电气自动化工程开始广泛探索的问题之一。通过将节能理念融入到电气自动化工程设计中，可以很好地提升工作效率，降低能耗，帮助企业获得更好的经济效益。

2）电气自动化工程对平稳运行有很高的要求，以往所使用的技术虽然可以一定程度上提升工作效率，但实际运行过程中的安全性和稳定性不足，极易导致供电和输电系统出现瘫痪的问题。近年来随着节能设计理念在电气自动化工程中的深入应用，发现电气自动化节能技术不仅可以减少能源的浪费，可以很好地确保供电系统与输电系统运行的安全性，对提升企业经济效益有十分重要的意义。

3）在长期的使用过程中发现，电气自动化系统在运行过程中会很容易产生谐波，所产生的谐波会对电网造成很大的损害，不利于电力设备的保护。要有效解决这一问题，必须结合实际情况从节能方面来着手。在近年来的实际使用中发现，将诸多节能技术应用到电气自动化工程中，可以有效减少电气系统运行过程中的能源消耗，在消除谐波方面有十分显著的优势，可以最大限度避免对电网的损害，这对实现电网设备可持续使用意义重大。

2 电气自动化工程中节能设计遵循的原则

电气自动化工程涉及到很多的专业性知识，实际在开展节能设计工作时会遇到较多的困难，如何确保节能理念可以有效贯彻与落实到电气自动化工程中尤为关键。因此，在开展电气自动化工程的节能设计时，要严格遵循相关的原则，以此最大限度发挥节能技术的优势。总的来说，电气自动化工程应用节能设计理念时需要把控好以下四方面的原则：

1）安全性：从配电设备这一角度来说，电气自动化系统要想在运行过程中始终保持高效和平稳，必须做好配电设计工作，尤其是要做好配电设备的设计工作。具体来说，在配电设备设计过程要严格遵循安全性的原则，充分考虑电气设备的负荷容量，并以此为基础来落实好线路和其他设计工作，最大限度确保供电系统运行的安全性与稳定性。另外，在配电设计时要做好一些细节方面的工作，比如需要做到防静电设计与防雷设计这两项工作。

2）高效性：从电气设备这一角度来说，如何有效提升设备运行效率与质量是必须考虑的问题。对于电气自动化系统的设备来说，有很多设备运行状态下的功率并不是处于最高值，一些设备运行状态下的功率还会远低于额定功率，这直接影响了设备运行效率与质量［2］。为此，在实际开展电气自动化工程节能设计时，要充分做好有关于电气设备方面的设计工作，将提升设备运行效率作为设计的重要原则来把控，同时确保可以有效减少电气设备运行过程中的能耗。

3）环保性：电气自动化工程开展节能设计的根本目标在于减少不必要的能耗，因而环保性原则是始终需要考虑的原则。在设计过程中要重点做好两方面的工作，一是要结合设计需求来合理选择电气设备和材料，在保证质量的同时确保环保性能。二是要加强对周围生态环境的保护力度，在确保电力能源可以满足供应需求的同时，要最大限度地降低环境污染。

4）经济性：经济性原则也是电气自动化工程开展节能设计时需要重点考量的原则，要确保通过节能技术可以有效降低能耗，且不用出现成本增加的问题。在实际设计时，要对电气自动化工程的节能效果与经济效益做到全量的分析，寻求两者之间的平衡点，确保可以通过节能设计工作来帮助企业获得良好的经济效益。

3 电气自动化工程中的节能设计技术——电能传输消耗控制技术

电能在传输过程中会因为多种因素而导致有功功率有较大的消耗，比如导线本身便存在一定的电阻，在运行过程中会不可避免地导致电能出现传输消耗问题。结合这一问题，目前最为针对性且有效果的方法是减少导线上的电阻。在方案确定时，考虑到导线的电阻与横截面积存在着负相关关系，因而可以尝试利用导线与横截面之间的关系来减少导线的电阻。

基于这一考虑，结合当前的实际能力，可以使用四种方案，一是从材料选用类型来着手，尽可能去选择电导率更小的材料来作为导线使用，相信这样可以很好地减少电能的消耗。二是结合实际情况来合理调整导线的长度，在电路设置时充分确保导线可以走直线，避免设计出走弯路的方案。三是将变压器尽量布设在靠近负荷的最中心，缩小供电系统之间的距离。四是可以考虑增大导线的横截面积，这可以很有效地减少导线的电阻，电能损耗也可以随之减少，对实现电能传输消耗控制有十分显著的效果。

（1）合理选择变压器

变压器在电气自动化系统运行中发挥着十分关键的作用，同时也是节能设计的重点，原因在于变压器可以直接影响电气系统的用电功率，影响电流电压的有效切换。这要求在变压器选择时，要对节约能源作深入的考量，通过使用规定变压器型号来实现控制其有用功率消耗量的目标。为实现这一目标，在变压器选择时要对以下原则作充分的考量：

1）严格遵循节能原则，尽可能去使用铜片和绝缘材料。

2）铜材料在变压器运行中发挥着重要的作用，出于节能考虑，要有效提升铜材料的应用频率。就近年来的变压器设计来看，通过在电线电柜中使用硅材料来代替铜材料，可以实现两方面的目的，一是可以确保变压器在空载运行过程中有很好的运行效率，二是可以最大限度减少变压器运行过程中的能耗，以此来实现节约能源的目的。

3）目前来看，市面上的变压器类型较多，在选择时会有一定的难度，为此要始终秉承选用节能型的变压器这一原则。待正式投入使用后，要做好维修保养工作，并在使用一段时间后及时更换，这对确保变压器功能有重要的意义［3］。

4）变压器设计时要考虑采用一些单相自动补偿设备，原因在于通过单相自动补偿设备可以有效确保流动的三相电的电流处于平衡状态，可以最大限度减少变压器自身所承受的消耗。另外，也可以考虑将单相用电设备连接到三相电源上，以此来有效避免负荷不平衡问题的发生，这样也可以实现控制变压器电能损耗的目的。

5）变压器数量与容量的科学确定也十分重要，如果变压器的容量无法满足电力系统的运行需求，则势必会导致变压器的使用寿命受到影响，电力运输质量也会随之受到影响。如果变压器的容量大于电力系统的运行需求，则又会导致资源的浪费，不利于节能设计目标的实现。因此，在选择变压器时要严格按照实际情况来确定变压器容量。另外，在数量上也要加以控制，变压器的台数不宜过多。通常情况下，变压器的数量应以2台为准，将2台变压器以并联的方式联系起来，不仅能够确保电气自动化系统运行的平稳性，而且能够最大限度避免能源的浪费，这对于落实电气自动化工程节能设计是十分有利的。

（2）合理选择无功补偿设备

因为功率因数偏低会导致用户的用电成本有所增加，为有效确保无功功率处于平衡状态，需要结合实际情况来选择最为合适的无功补偿设备。考虑到无功补偿设备在选择时需要考虑较多的因素，为此在实际选择时要严格遵循相关的原则，确保无功补偿设备有充分的适用性。总的来说，无功补偿设备选择时要遵循三方面的要点。一是若使用电容器来实现补偿目的，则要根据参数来确定电容器容量。二是考虑到以往的补偿电容器中的电容器分担方式有一定的局限性［4］。为此，在节能设计理念下，为实现最佳的补偿效果，可以采用集调节平衡、定位准确及适应面广泛的一体化切投方式。三是在安装无功补偿设备时，最好是就地安装，直接完成补偿，这样可以最大限度减少线路上的无用功传输，对实现节能效果有十分大的裨益。