节能设计理念在电气自动化工程中的应用

金建军

（云南德胜钢铁有限公司，云南 禄丰 651299）

引言

现阶段，电气工程的自动化水平越来越高，其工作效率也在逐渐提升，为了保证电气自动化工程能够长期、稳定的运行，应合理利用各项能源，减少不可再生能源的消耗。所以，在电气自动化工程设计阶段，工程设计师需要充分认识到节能设计理念的重要性，结合工程实际情况及能源消耗需求将现代化节能设计理念渗透到电气自动化工程各设计环节中，制定出科学、安全且高效的节能设计方案，在保证电气自动化工程设计质量的基础上尽可能节省工程成本，缓解我国目前能源供应的压力，突破能源短缺制约社会经济的局面，真正体现出节能设计理念的价值。

1 电气自动化工程节能设计重要性

电气自动化工程是当前一项新型技术，其应用时间短，但工作效率高，对工业生产及人们的生产生活都有着十分显著的积极作用。然而，随着电气自动化工程的高效应用，各项能源的消耗量快速提升，那么如何在节能减排、保护资源的理念下将电气自动化工程进行优化，是工程设计师需要考虑的重要问题。工程设计师在对电气自动化工程进行设计时，可对电气自动化工程的发展趋势进行分析，结合能源消耗情况，将节能设计理念融入到各专业项目的设计过程中，利用先进的节能设计技术改善电气自动化工程的性能指标，切实将节能设计技术的作用发挥出来，让电气自动化工程在后续运行过程中能够真正实现节能减排的目标，降低能源损耗、减少环境污染问题[1]。通过科学、合理的设计方案，增强电气自动化工程的经济效益和社会效益。

2 电气自动化工程节能案例

某钢铁企业在2010年前完成生产系统改扩建，在改扩建时未对供电系统进行完整规划，导致电能损耗较高。近期在国家节能政策的影响下，进行了电气工程的节能改造，取得了较好的经济效益。该公司接线图见图1。

2.1 优化项目一

该企业使用6 kV电压，负荷较重，系统容量也较高，为限制系统短路电流，采用在ⅡⅢ段母线段间串联限流电抗器的方式，以求达到限制短路电流的目的。虽然这在一定程度上起到了控制效果，但却不可避免的存在电抗器限流带来的损耗，损耗费用见下面计算。

XKK-6-3000-10%电抗器的电能损耗：

1）有功损耗功率查电抗器参数表得到PK=12.2×3=36.6 kW=45.75 kW。

3）年总损耗=β2ΔP∑T=β2（ΔP=PK+0.10QK）T。

以下计算按照：负荷率β=0.7，年运行T=8 000 h，每kWh按照0.50元。

由表1可得出，限流电抗器每年电能损耗高达140.2 MWh，而电能消耗所需支付的费用为70万元/年。现在该电抗器上并联快速开关，正常时快速开关合上，短接电抗器减少损耗。系统发生故障时，快速开关断开电抗器投入，限制短路电流。

表1 变电抗器常年串在电路中的损耗

2.2 优化项目二

根据该企业供电网络结构，可通过负荷转移后减小变压器总容量及减少变压器损耗，现从供电安全、经济等方面考虑，对运行方式进行如下优化：22 MW发电机负荷经过4号主变升压到110 kV母线，再经变压器降压到6 kV电压后供电，22 MW的电能在升压、降压输送过程中产生损耗。

输送22 MW发电机负荷电能4号变压器损耗：ΔP=ΔP0+KqΔQ0+（ΔPK+KqQN）×（S/Se）2=25.38+0.5×48+（138.864+0.5×5 804）×（22 000/40 000）2=969 kW。

现将新ⅠⅡ段改为4号主变低压侧直供，改造后发电机负荷直接在6 kV侧供电，降低电能输送过程的损耗。1号、2号、3号主变负荷也相应减少22 MW，可以停运2号主变。通过优化后，不仅减少损耗，还降低了变压器的容量。

3 电气自动化工程渗透节能设计理念的基本原则

3.1 环保性

在节能设计理念的推动作用下，工程设计师在对电气自动化工程进行设计时，首先应考虑到工程的环保性，依照环保性的基本原则对电气自动化工程的节能设备设施及相关技术进行设计，保证各项设备、技术的应用都能体现出节能设计的作用。工程设计师要全面分析节能设备、技术对周边环境的影响，针对各项节能设备设施节省的能源量进行研究，准确计算出各类设备设施的能源消耗量，尽可能将不良因素的影响降到最低[2]。

3.2 安全性

在对电气自动化工程开展节能设计时，工程设计师除了考虑工程设计的环保性，还应充分考虑到工程的安全性，在充分融入节能设计理念的同时也需秉着安全性原则开展设计工作。工程设计师要在完全掌握节能设计技术的应用方法后，详细分析电气自动化工程中各项设备设施的运行情况，保证电气自动化工程能够安全运行，确保其生产的安全性及可靠性。

4 电气自动化工程渗透节能设计理念的有效措施

4.1 合理选择电气自动化工程的导体

电能在电气自动化工程传输、运行过程中会存在一定的消耗量，这一现象也是造成能源浪费的重要原因。工程设计师在设计过程中需结合经济效益对导体的选择进行全面分析，通过多方面比较选择合适的材质，优化线缆通道及负荷分配。根据电气自动化工程的实际情况对导体的横截面积及长度进行有效调整。由此减少导体长度、提高电能传输的效率，实现电气自动化工程节能减排的目标。

4.2 选择合适的设备

工程设计师还要结合经济性原则，合理选择电气自动化工程的节能设备，在满足节能设计理念的同时还要有效保障工程的经济效益。

变压器是电气自动化工程中的重要设备，在其运行过程中会产生一定的空载损耗和负载损耗，导致电能在传输过程中被大量消耗。工程设计师要通过全面考虑选择合适的变压器及其容量，通常变压器的容量负荷在65%~75%左右时效率最高，经济性也最强。工程设计师还负荷其不平衡问题，尽可能将其流经中性点的三项不平衡电流控制在允许范围内，降低变压器的自身消耗率，延长其使用寿命。

电抗器等耗能设备在电气工程中应用较多，随着科学技术的进步，各种新工艺、新设备的开发使用。在对电气自动化工程进行设计时，应将节能设计理念融入到各专业项目的设计过程中，降低电能损耗。

在电气自动化工程照明项目的节能设计环节中，工程设计师可通过高效能光源降低能源的损耗，提高高效能光源的利用率。此外，工程设计师要充分掌握建筑工程的布局构造，结合实际情况合理设计光源。

4.3 优化配电设计

电力系统的服务宗旨是为设备提供可靠的动力源，因此在电气自动化工程进行设计时既要满足用电设备对可靠性和负荷容量的要求，又要保证系统具有灵活性、易控性及稳定高效。可以通过合理的设计系数及负荷分配来实现。采用较优的设计，能够让系统的运行效率及综合利用率得到提高，这样就能有效降低损耗。

4.4 无功补偿

在电气工程自动化系统中，无功功率不仅影响电网质量，还对系统的经济运行有较大影响，如果功率因数较低，不仅增加损耗还需要缴纳额外的电费。选择合适的无功补偿设备及补偿方式，可以提高电能质量降低损耗，既提高了经济效益，还得到了较好的社会效益。

5 结语

在电气工程自动化及智能化速度逐渐加快的同时，也引发了较为严重的能源消耗问题，在一定程度上阻碍了电气行业的发展。为了迎合我国节能减排的绿色理念，在电气自动化工程设计过程中，工程设计师还应充分认识到节能设计理念对电气自动化工程的积极作用，根据电气自动化工程的运行需求及实际情况，明确节能设计的目标，秉着绿色环保、安全运行等基本原则，开展科学、合理的设计工作。通过高效、实用的节能技术及设备减少电气自动化工程运行过程中的电能损耗，充分发挥出现代化节能设计的价值，实现我国可持续发展的战略目标，为促进社会经济发展奠定良好基础。