电气自动化工程中的节能设计技术

姜定伟

（上海恒敬电力科技有限公司 上海市 210315）

目前随着我国经济和科学技术水平的不断发展，电气自动化工程领域的应用技术水平也得到了提升，实现了技术水平和应用成果的双效快速发展。我国在现阶段大力推动绿色发展的要求，将绿色理念融入到电气自动化工程当中，能够提升具体的工程项目的效益，同时也能加快电气自动化领域内节能技术的应用与进步。电气自动化工程设计应当遵循一系列的原则，在原则的要求之下，设计相应的节能技术方案，并且将节能方案在电气自动化具体工程项目上进行合理的应用。

在城市电网的整体设计和规划中，电气自动化工程理念是不可缺少的一个方面。随着大量的电力设施在电网中得到了应用，电网在实际运转的时候会产生大量的谐波，如果不进行合理的处理，有可能会影响到电网整体的安全运转，并且也会消耗大量的能源电力。因此在进行电气自动化工程中还需要充分考虑谐波可能带来的不利影响，并提出相应的应对措施，切实推动电气自动化工程的可靠性和安全性，实现我国对于工业和能源产业绿色发展的要求。

1 电气自动化工程设计的基本原则

1.1 安全性要求

安全性要求是电气自动化工程当中最重要的设计准则，相关人员要切实保障工程项目的安全运转。在相应的工程项目设计中，节能和可持续发展的原则和策略是重要的要素，也是符合我国绿色发展的要求与现代化城市建设的要求。但是电气自动化工程的安全性是第一位的，是设计工作的出发点和落脚点，也是保障其他环节的前提和基础。电气自动化工程实践当中，节能技术的设计和应用应当本着保证设备和工程整体安全运转的前提进行。设备中相关零部件的使用应当符合安全技术标准，不能盲目节省成本，保障每一个设计环节的安全性和可靠性，才能保证工程整体的可靠性。

1.2 实时监测要求

电气自动化工程当中应当采取科技含量高的设计思想，优化相应的设计方案，在先进科学技术的支撑之下进行节能技术的应用和落地。在设备进行优化的过程当中，电气领域的工作和检修人员应当关注和监测设备的实际运行情况，对于老化的零部件要及时进行更换，选用科技含量高并且寿命长的零部件，避免因为单一部件的老化问题影响整体电气自动化工程项目的运行效果。做好定期的监测和检修，一定程度上提高了电力设备的运行时间，也减少了过程中能源的消耗，也是节能设计所要求的。

1.3 环保要求

为了推进绿色城市和现代化城市的建设，我国提出了绿色发展和可持续化发展的目标，其中对于工程项目，环保特征也是目前工程设计领域的最重要元素之一。工程技术应当体现出绿色环保的理念，对此相关的设计人员要创新节能技术，达到国家要求的节能标准甚至远超国家标准要求。电气自动化工程当中应用节能技术可以提高设备的运行效率性和质量性，例如在电气自动化的控制设备中，其中的照明设施在多年之前仅仅采用传统的照明手段进行照明。目前随着科学技术水平的发展，绿色的太阳能技术能够应用在这些电气设备当中，因此可以大幅度降低甚至消除在夜晚需要进行电力供应的需求，照明设备仅仅依靠白天通过太阳能电池所积攒的电力，就可以实现在夜晚的照明能力，实现了电力能源的节省。

2 节能设计的具体途径

2.1 降低线路中电力传输耗损

控制线路中电路传输的耗损是电气自动化工程节能设计的最有效途径之一，同时可以改善线路中电阻的具体状况。在进行线路的节能设计过程当中，关于导线的选择，可以使用功率较小的导线，避免曲线和弯曲形式的布线方式，直线型的布线方案可以极大的避免施工人员在工程中的操作失误，也在一定程度上减少了整体工程的复杂程度，有助于降低整体线路传输中的能源电力损耗。另外在安装变压器的时候，要保证线路和负荷中心存在着相对较小的距离，从而减少相应的供电距离，减少相应投入和能源损失。在成本和周围具体环境允许的情况之下，应当运用横截面积相对较大的导线，根据电阻率的计算原理，横截面大的导线电阻值较低，从而线路电阻对于能源的耗损率可以得到降低。

2.2 对于无功效率进行补偿

电力设备工作中效率组成含有无功功率的成分，无功功率可能导致电能消耗过大，甚至导致电压不平衡的问题，此外在导线安装的过程当中，也会受到电阻的影响从而在传输的阶段造成电力的损耗，使得电能电力在具体应用的时候无法发挥设计功效。电气设备无功功率主要是在设备低功率的情况下，为此可以使用相关的功率补偿装置使得功率水平维持在适中，也能保障供电的质量。在整体节能设计的要求之下，电气自动化工程当中应当减少相应的工作程序，降低电力能源的损耗，使电气系统在不同的情况下都能够正常稳定的工作。为了能够满足无功补偿的要求，就需要各个技术层面的综合性运用。电容器在进行无功补偿之前，需要通过分析确定设施的电压容量和符合等一系列参数指标，从而确定所需要的电容量。在此之外，如果在无功补偿的过程中产生了谐波，就需要按照相关的技术要求使用串联定量的电阻器，来进一步消除谐波的负面影响。最后在进行无功功率和电流参数的具体分析过程中，需要具体确定相关物理量的数值，来避免振荡问题，在多数的电气自动化的工程设计中，模糊投切的应用程度不断地提高。

2.3 滤波器的有效应用

随着电路网络的日益复杂化，以及相应的工程密度水平不断加大，电气设施在正常运转的过程当中可能受到谐波的干扰。消除电力设施在工作中产生的谐波有助于极大程度的降低系统的错误操作，其中最有效的办法是使用适合工程环境的滤波器。滤波器在工程中的应用非常广泛，并且滤波器的种类和形式也多种多样，包括源滤波器和带阻低通滤波器等等，因此需要考虑实际的工程应用环境来选择。有源滤波器的动态性能比较好，通常在实际的应用过程当中有比较快的反应速度，因此在工程应用的时候对谐波有很好的消除作用。在具体的工程应用场景当中，并联形式的有源滤波器也对电能适用范围的拓展具有积极作用。有源滤波器可以在小程度范围内消除造作人员的技术性操作错误，具体通过过滤相应的谐波，来提升滤波器对于谐波的消除效率。从工程整体的角度上来看，滤波器的有效使用可以提高电气自动化工程整体对于电力电能的运用效率，进一步补偿无功效率，最终保证整体的节能效果。

3 节能技术的设计办法

3.1 变压器的使用

合理使用变压器能够有效地提高节能效率，具体可以通过以下手段：

（1）材料选择：变压器的选择应当保证节约要求，通过金属材料和绝缘材料的组合来实现变压器性能的保证和节能效果的实现。

（2）运用铜：铜材料在变压器中发挥着积极的作用，在实际的工程当中应当选用铜来替代硅材料，来降低空载情况下变压器的能耗。

（3）使用节能变压器：随着科学技术的不断发展，目前在电气工程领域出现了节能的变压器型号。节能变压器具有和普通变压器一样的性能，还具有节能的功效。在使用节能变压器的过程当中，应当减少空载的运行周期，减少电能的消耗。

（4）在变压器的安装配置中，需要根据实际的应用场景的要求来确定容量。变压器的容量需要保持在正常水平，容量过大可能会使得工作状况长期处于轻载，造成电力能源的损耗。如果容量小的话可能会出现运行状况，无法完成实际要求。所以在实际的应用过程当中，需要确定应用场景和相关的具体参数，选择适合的变压器容量。

3.2 功率因数的提升

电气设施在运行之中，功率因数是重要的参考参数。提高电气自动化工程运行中的功率因数可以有效地改善电能的运用效率，避免造成大量电能的损耗。在进行功率因数的优化过程当中，应当根据电力系统整体的运行环境特点，选择极数相对较少的电动机，原因在于极数少的电动机拥有较大的运行转矩，能够产生更大的电流，从而达到提升电能利用程度的目的。在此之外，还可以在工程中的低压系统中运用电容柜的结构，利用这种结构可以有效地补偿无功功率，补偿额度通常可以确定为变压器的若干分之一，从而保证电力系统整体的节能效果和运行稳定。

3.3 电力电缆的选择

在电气自动化工程当中，电力电缆是设计的中的重要组成部分，且这部分最容易受到外部环境和人员的因素影响。电力电缆的参数选择需要考虑多个方面，例如根据电力系统中电流大小和电流密度等参数来综合选择电缆的横截面大小。目前在工程中得到广泛运用的电力电缆材料分为铜制和铝制两种，两种材质的电缆材料主要区分在价格上面，铝制电缆在成本上要远低于铜质的电缆，因此许多电气行业从业人员在设计的时候都倾向于选用铝制的电缆材料，但是铝制的电缆材料在安全性能方面要低于铜质电缆，并且其的耗电量也相对较高，所以在成本允许的情况下，在设计中应当尽量选择铜质电缆。

3.4 低能耗光源的选择

工程中的光源选择一定程度上也影响着工程整体电力能源的消耗水平，因此应当在实际应用环境的考虑之下，尽量选用节能性能好的光源，同时还应该保证正常的照明性能。例如在楼梯和厕所的环境当中，就应该使用吸顶灯，这种照明设备可以满足正常的使用需求，并且吸顶灯对于电力的消耗水平较低。工厂中如果要选用低能耗的光源，最应该考虑的就是金卤灯。在其他复杂的应用环境之下，如果仅仅使用一种光源无法达到相应的节能要求，可以通过多种光源同时选择的方法，通过一定的搭配方式，也能实现在满足照明需求的情况下，节省能源的要求。

4 电气自动化工程中节能的具体措施

4.1 电气设备有待提升

电气自动化工程中需要用到的电气设备有的需要进行高频率的启动和关闭，这种使用方式通常会导致一定程度的设备故障，但是一直使得设备保持在开启状态，会在很大程度上造成电力能源的消耗，因此需要使用软启动器。软启动器的选择需要考虑电力设备的应用条件，例如需要依据电力设施具体的启动时间来选择硅原子器件的相关参数。使用软启动器要针对不同的应用环境进行充分的考量，实现其转速要求和负载匹配要求等等。

4.2 注意三相电平衡

三相电不平衡是很容易发生在电气自动化工程当中的一个问题，不平衡的现象很可能导致变压器的损耗和破坏，因此在进行电气自动化工程的实际过程中，要注意三相电的平衡，实时监测相应的数值水平，使得在过程当中不进行大量电力能源的损耗，达到节能的效果和目的。

4.3 正确使用变频调速装置

变频调速装置的运用也可以在一定程度上提高电动机的效率，来达到节能的效果。运用变频调速装置的时候，应当根据负载的大小进行调节，实现自动化的操作。如果使用的是交流的变频调速装置，在过程当中应当通过交流电机调速变电技术来驱动发动机，实现最优化的节能效果。

综上所述，目前电气自动化工程面临耗电量大的特点，极大的增加了我国能源利用的负担，因此电气工程相关的从业人员，应当利用先进的科学技术来达到电气自动化工程的节能设计，切实提高电力电能的利用水平，结合工程和环境特点，选用适合工程的节能措施，来切实达到工程整体的节能效果，减少电力电能的消耗。