电气自动化与节能技术耦合的初步探索

北京国科军友工程咨询有限公司 周 震

1 电气自动化中的节能技术现状

在全球变暖背景下，国家“双碳”政策逐步延伸到生产生活的各个方面。国家致力于加快调整优化产业结构、能源结构，不断加强生态文明建设，倡导绿色低碳的生产生活方式，不断探索节能减排在方方面面的落地途径。因此，对标节能减排，实现经济、生态、社会的可持续发展是当前电气化发展的必然要求。当前，电气自动化行业在积极研究和探索节能技术的综合应用。经济发达地区高水平的经济产出伴随着高能耗和高排放，新形势下的可持续发展要求倒逼经济、社会的高质量发展，节约能源、降低排放的强烈需求使其节能技术得到快速发展，并积极着陆。这些地区的节能技术发展水平较高，电气自动化中节能技术的应用已经有了一定基础。

节能技术在电气自动化体系中的应用主要体现在节电技术上，涉及配供电节能、电气系统运行节能、照明系统节能和变频启动。具体实施上，首先，在实际的供电过程中，应该注意科学优化电力传输通道，减少由输电线路的材料、长度和横截面积等介质因素造成的电能损耗；其次，在具体的使用过程中，应该注意定时巡查所需工作设备的运行状态和数量，及时检测与更新节能设备；再次，在电能的使用过程中，应采用科学的方式合理使用电气设备，要注重宣传节能，培养节电意识，加强培训，不断学习先进节电方式。

电气自动化的技能技术本质上是为了提高用电的效率，减少能源的浪费，减少不必要的碳排放。在多种电气设备中，变压器是一种核心设备，这个设备的工作过程中有严重的浪费能源现象。变压器在制造过程中，首先就要考虑用电阻相对小的材料作为设计材料，在设计工艺上做好把关，生产的过程中严格按照工艺步骤去制造，提升设备本身的质量，在正常工作的过程中到达预期的设计要求。在实际的生产中，工厂也要对正在运行的用电设备的使用情况做好严格的控制，记录和积累好历史数据，优化生产和使用计划，利用好的方法从设备的运行效率入手，减少不必要的能源损耗[1]。

电气自动化中的节能技术的使用，就是为了提高了用电的效率。电能在生产过程与运输过程中的损耗，根据现有的技术水平，这种情况实无法避免的。我们能做的是利用现有的科学知识和成熟技术去改善这种情况，尽量去减少这种非必要的电能浪费。电能在使用的过程中更应该注重使用效率，使用人员不能只是使用而不做好管理，应该采用有效的管理手段和成熟的技术方法去尽可能的提高用电设备的电能利用率。节能技术在电气自动化中的运用，其目的就是为了尽可能的减少电能在生产过程与运输过程中的损耗，努力提高电能在使用的过程中的使用效率，把资源的利用率提高，减少了碳排放，响应国家“碳达峰，碳中和”的政策。

2 电气自动化中节能技术的具体使用

2.1 在输电过程中的节能技术的具体使用

电能在运输的过程中，存在着电能的损耗现象，这种情况是因为输电线路本身的电阻造成，而且是无法避免的。要改善这种能源损耗就要从输电线路的材料、长度、温度和横截面积这四个因素去入手解决。

这四个影响因素中，温度属于不可控制的因素，不能作为节能技术的控制改变因素。需要从输电线路的材料、长度和横截面积去考虑研究。在相关部门选定供电线路的过程中，应该在规划阶段进行详细的现场调研和考察工作，尽可能的把输电线路选取为直线，努力减少线路中的弯路，结合实际的地形和项目建设情况把输电的线路控制到最短，以减少电能在运输过程中的损耗。当输电的线路为最短时，就要增加材料的横截面积，在合适的资金预算范围内把供电线路的横截面积增大，达到减少运输过程中的电能损耗。在相同的温度下，电阻小的材料能大大减少不必要的损耗，但是由于一些电阻小的材料价格高，不适应于实际的工程建设，所以需要结合项目的资金预算与实际情况选择电阻相对较小的材料来降低电能在实际运输过程中的损耗[2]。

2.2 在电气设备使用方式上节能技术的具体应用

在电能的生产过程中，虽然各类电气设备之间有着紧密的配合，但并不是所有参与生产的设备都必须在相同的时间段内一同进行工作，这些电气设备也是按照各自的具体分工参与生产的过程。按照电能生产的实际过程，相关管理生产的人员应该制定合理的严密的生产计划，把不必要的部分设备关闭，尽可能的减少这种非必要的电能损耗，真正响应国家节能减排的要求，把节能技术应用到实际的生产过程中。

管理人员应该结合实际情况，努力减少生产过程中的非必要电能损耗，一方面可以按照实际情况控制电能生产过程中的电气设备的数量，另一方面还可以选择合适的无功补偿设备来提高电厂的经济效益。无功补偿设备可以提供必要的无功功率，提高了电网和用电设备的功率因数。合理的无功补偿可以降低供电变压器以及输送线路中的电能损耗，但是如果选择不当就可能会造成供电系统的电压波动、谐波增大等问题，因此需要参照供配电设备的电压、目标功率、电阻、实际负荷等参数选择电容器的电容值。为了提高无功补偿的效率，需要使用应用广泛、定位准确、节点平滑的一体模糊投切的方式进行，并且还要使用无功补偿的设备采用就地安装的方式就地补偿。选择合适的无功补偿设备来减少电能的消耗，采用合理的生产管理计划优化电气设备的使用时间，让节能技术在实际的电能生产过程与运输过程当中能真正地落实[3]。

2.3 在用电过程中节能技术的具体应用

在日常的生产和生活中，用电过程中的电能损耗也是十分巨大的。为了在实际使用过程中减少这种不必要的电能损耗，就应该从用电设备的数量和时间入手。目前我国已经研制出了一些专业的节能灯。办公楼、学校、工厂的走廊灯，经常在没有人经过的时候也在照明，这种情况是一种典型的电能浪费现象，我们可以把走廊都安装成节能LED灯，采用智能的控制方式控制它的照明时间。

目前走廊灯最简单的智能控制方式主要分为两种：第一种方式是声光红外控制的方式，声光控的优势是在造价成本上价格相对要便宜一些，但感应距离的距离上相对近一些、角度也要按照要求的角度才能感应到物体，这些问题就会导致在实际的工作过程中有时会体现出灵敏度不高的现象。第二种是采购微波控制的方法。微波控制的方法的相对成本偏高一些，但优势为感应到物体的距离较远，灵敏度在实际的工作过程中也相对较高。以一条走廊为例，灯廊采用的微波控制方式，加大厅共计15盏面板灯，采用600cm×600cm面板节能LED灯作为照明灯，这些灯的功率正常工作功率为30W左右。在无人在走廊里走动时，这些灯具进入休眠模式，整体的休眠功率约6W左右，当有人经过时，灯具全亮，延时时间为1分钟，如果1分钟后，微波没有感应到有人在走廊走动，这些节能LED灯又会进入休眠模式。这种情况就能高效的利用电能，提高了电能的利用效率，减少了不必要的能源浪费。

在日常的办公与生产中，夏天是用电高峰，其原因就是炎热的天气下，人们为了有相对舒适的环境去工作和生活，都要选择用空调去降低室内的温度。夏季的电力使用量大，多在空调用电。其中一般制造业的厂房高度高，保温效果差，而且人们对于这部分用电的节约意识查，空调基本上是全天开启。夜间几个人加班或者值班的情况下，空调也是一样状态的工作。这样的电能浪费也十分普遍。管理者应该在各个车间增加的温湿度传感器让现场使用者直观看到目前的环境、温湿度判断是否需要开启或者关闭部分空调，在各个车间设置显示大屏显示各个区域的环境温湿度数据及各空调的运行情况，为整个车间合理使用空调提供直观的数据参照。以科学的数据作为参照去进行现场的工作管理，而且根据监控系统一段时间的空调运行数据经过分析反过来调整各个空调系统的运行，根据环境数据判断车间的分体空调放在什么位置最合适，设置温度在什么区间最合适、最节能。这样的管理方式和手段才能高效的利用电能，减少不必要的电能浪费，响应国家节能减排的号召与“碳达峰，碳中和”的政策。

2.4 变频启动

在一些大型生产工厂中，工厂车间冷暖空调的压缩机、设备运转的电机等负载都属于感性负载，这些设备在启动的过程中，需要克服静摩擦力和电机驱动线圈的冲击。在负载启动的瞬间，电机的定子和转子之间的相对运动几乎为零，没有发生切割磁场的运动，因此不会在电路中产生反电动势；当供电电压不变时，忽略设备内部的线圈自感作用，所有的输出电压都加在了设备自身的电路的电阻上，因此启动电流会很大，其数值为正常运行电流的7到8倍。这种情况下，在设备启停过程中就会造成大量的电能浪费，同时也对设备本身的使用寿命造成一定的影响。

在用设备之间串联一个工频变压器，当感性负载启动产生超大启动电流时，工频变压器会使输出电压下降，但是输出频率保持不变。虽然在相对稳态电压下的超大启动电流会有减小，但并未改变电机性负载的转速，因而超大启动电流仍然较大。这种通过缓启动的方法实现限制超大启动电流的现象，使输出满足负载启动要求的同时，可以达到有效限制负载电动机的超大启动电流的目的。利用变频启动方法和装置可以使控制逆变系统所带负载电流缓慢、小幅上升，直至达到负载平稳运行时的额定电压和额定频率，将启动时的负载电流增幅限制在安全范围内，保护电路中的功率器件。变频启动保证了控制逆变系统的稳定运行，减少了启动时的电能损耗，这样不仅对企业来说也是良好的经济价值，同时在一定的程度上极大减少了电能的浪费，减少了碳的排放[4]。

2.5 建立电气监测系统

通过给用电大户的生产制造企业建立电气监测系统，实现创新高效的电气管理模式，为生产制造企业的科研和生产提供高品质、高可靠的电力保障。建设一个“集中管理、分散控制”的电气监测系统，通过数据自动采集和电力设备设施的自动监测，实现的电气系统运行数据的分析预测、电气设备设施的管理调度等，为实现制造企业的节能减排，降本增效等目标创造条件。

工厂的运维人员可以通过电气监测系统对供配电系统设备状态、电能潮流、电能平衡的动态趋势进行全面监视，快速获得企业各车间设备的用电情况和故障信息，能够有效地通知监控人员及时进行处理。电气监测系统对全厂的电气化现场数据进行采集存储并实时显示，使运维人员可以及时了解生产用电情况，帮助调度人员进行科学合理的调度，根据电力调度和优化需求，补充完善电力供应系统的设备设施及管网结构。实现集中监控，综合提升电力监控的管理水平，通过实时数据的采集和管理，真实了解电气设备的耗能情况，为节能降耗提供真实的数据和依据，通过分析积累的历史数据，分析出哪些设备是大的耗能设备，哪些时段是用电的高峰时段，哪些地方还能提高生产效率，节省电量的空间，从而通过相应的管理、技术手段来达到提高设备效率和电能利用率，真正把企业生产过程中使用的电能漏洞堵住，为企业未来的健康发展提高竞争力，真实的响应国家“碳达峰，碳中和”的政策[5]。

3 结语

当前电气自动化系统节能的节电技术，通过研究电气自动化系统内电力的控制、传输、优化，使节电减排初见成效，但在新的资源环境形势和“碳中和”政策背景下，针对电气自动化系统的节能减排技术如何推陈出新、广泛落地亟需破题。未来，电气自动化体系中的节能问题仍需通过出台优惠政策、探索技术革新、培育优质技术、拓宽应用渠道、加强有效宣传与优质培训等措施，持续提高节能减排水平，致力于“碳中和”与可持续发展。