電氣工程自動化節(jié)能設(shè)計技術(shù)的研究與應(yīng)用

齊崇勇

華電江蘇分公司

0 引言

電氣工程自動化專業(yè)是電氣信息領(lǐng)域的一門新興學(xué)科。由于這項專業(yè)與人們的日常生活及城市的工業(yè)發(fā)展密切相關(guān)，因此也受到了大家的廣泛關(guān)注。如今，電氣工程自動化專業(yè)發(fā)展十分迅速。電氣工程和自動化已經(jīng)成為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國防等領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著越來越重要的作用[1]。為了響應(yīng)國家有關(guān)節(jié)能的號召，電氣工程必須運(yùn)用節(jié)能設(shè)計技術(shù)，尋找出一條可持續(xù)發(fā)展的道路。

1 電氣工程節(jié)能的重要性

1.1 環(huán)保約束要求節(jié)能

隨著社會的發(fā)展，電已經(jīng)成為人類生活中必不可少的商品。目前，火力發(fā)電是我國最主要的發(fā)電方式。火力發(fā)電消耗的是不可再生能源，會排放污染性氣體，如SO2、NOx和有機(jī)污染物等氣體污染物，嚴(yán)重影響了地球生態(tài)和生物多樣性，對人類的生活和健康造成了較大影響。從環(huán)境保護(hù)方面考慮，對電氣工程進(jìn)行節(jié)能是必須的[2]。

1.2 可持續(xù)發(fā)展要求節(jié)能

從1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)以來，人類進(jìn)入了電器時代。100多年來，科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，電器設(shè)備也越來越多樣化，新型設(shè)備的不斷出現(xiàn)，也是對能源的一大挑戰(zhàn)。如今，能源的短缺是全社會共同關(guān)注的重點(diǎn)問題，因此從科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展等方面考慮，電氣工程有必要進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。

1.3 社會進(jìn)步要求節(jié)能

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，人們對于生活的標(biāo)準(zhǔn)越來越高，對日常生活的居住環(huán)境要求也在不斷提高。隨著對能源需求的不斷增大，能源也越來越緊缺，要解決這個問題，就必須對電氣工程采取節(jié)能措施。這不僅是適應(yīng)時代的進(jìn)步，滿足現(xiàn)代生活的基本需求，而且通過電氣工程自動化技術(shù)的節(jié)能創(chuàng)新，可以提高生活中各種電器的使用效率，達(dá)到減少能源消耗的目的，提升社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量[3]。

2 電氣工程節(jié)能的現(xiàn)狀

2.1 電氣工程自動化程度較低

電氣工程自動化技術(shù)在我國工業(yè)生產(chǎn)中起著很重要的作用，提高了工業(yè)生產(chǎn)的效率。但從目前發(fā)展來看，在工業(yè)生產(chǎn)中，自動化的程度仍然落后于發(fā)達(dá)國家。我國現(xiàn)有的自動化技術(shù)往往只能完成自己獨(dú)立的幾項工作，而且這幾項技術(shù)還需要通過多個設(shè)備共同協(xié)作才能完成。在整個電氣自動化的過程中，不同環(huán)節(jié)之間的“交流”很少，這樣就不能形成一個完整的自動化鏈，影響了整個大系統(tǒng)自動化的進(jìn)程[4]。

2.2 電氣工程自動化耗能大

目前，我國對于電氣自動化尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)企業(yè)主要針對自身情況及利益考量進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，系統(tǒng)節(jié)能的考慮相對較少。這就導(dǎo)致了雖然我國現(xiàn)在發(fā)展十分迅速，但是面臨的能源問題也十分嚴(yán)峻。相對于發(fā)達(dá)國家，我國的能源缺口仍很嚴(yán)重。如果國家對于各種自動化設(shè)備有嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和要求，各企業(yè)大大增加節(jié)能投入，能源消耗的問題便會得到改善。

2.3 自動化的建設(shè)較為落后

目前，由于我們國家對于電氣自動化沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)內(nèi)部的各項設(shè)備又是從不同的制造廠家進(jìn)行采購的，而不同供應(yīng)商的設(shè)備設(shè)計結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)往往各取所需，導(dǎo)致在設(shè)備運(yùn)行的狀況下，各廠家提供的設(shè)備零部件之間的信息傳遞不穩(wěn)定，配合不夠默契；導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部的電氣自動化沒有很好的能力進(jìn)行適應(yīng)，從而影響電氣自動化的建設(shè)[5]。

3 電氣工程節(jié)能的措施

3.1 電壓的配置選擇

在電氣工程中，首先要做的是確定電氣工程中電壓等級的選擇，以獲得節(jié)能效果。例如，當(dāng)前通用電氣工程中的中壓配電電壓為10kV或者20kV，低壓配電電壓為220V或380V[6]。對于電壓的選擇，需要進(jìn)行全面考量。電壓選擇與許多因素有關(guān)：一是國家電網(wǎng)在當(dāng)?shù)氐墓╇娫O(shè)備的特點(diǎn)；二是電氣工程中的電源電路數(shù)量；三是電力用戶的計算電壓容量；四是電氣工程所在地區(qū)的發(fā)展水平。高壓電網(wǎng)和低壓電網(wǎng)在選擇時也有不同：選擇低壓配電網(wǎng)的情況是用戶的電力用于低功耗；選用高壓配電網(wǎng)的情況是用戶的計算能力，電氣設(shè)備，單電源儀表電源的距離和計算負(fù)荷超過一定的范圍內(nèi)。在電壓選擇過程中，需要參考上述要求選擇正確的電壓以避免浪費(fèi)。

3.2 供應(yīng)系統(tǒng)和分配系統(tǒng)的具體設(shè)計

在電氣工程的節(jié)能設(shè)計過程中，只有采取以下節(jié)能措施時，供電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)才能同時實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果：電源設(shè)計過程和配電系統(tǒng)要求盡可能簡單和可靠，在設(shè)計階段避免出現(xiàn)過多的配電級數(shù)。原則上，同一電壓系統(tǒng)的配電原則不應(yīng)超過兩個等級。在低壓時原則上不應(yīng)超過三級，同時三級電力負(fù)荷不允許超過四級。在節(jié)能設(shè)計過程中，電網(wǎng)系統(tǒng)的變壓器必須通過相應(yīng)的技術(shù)手段深入電力負(fù)荷中心，通過縮短電源線的半徑以有效地減少傳輸損耗。因此，這就要求國家電網(wǎng)的地方供電公司要科學(xué)合理地設(shè)計供電線路，合理規(guī)劃相關(guān)供電線路，避免出現(xiàn)線路重疊，為節(jié)能提供基礎(chǔ)支撐。

3.3 變壓器的選擇

電氣工程的首要任務(wù)是選擇變壓器。變壓器的選擇必須根據(jù)用戶對節(jié)能的需求進(jìn)行設(shè)計和選擇。正確選擇變壓器也是節(jié)能的重要組成部分。例如：民用電的變壓器選擇，應(yīng)該考量的是用戶的分段用電量。當(dāng)出現(xiàn)功耗不均和突然耗電的現(xiàn)象時，有必要考慮選擇使用專用變壓器。需要強(qiáng)調(diào)的是，電網(wǎng)的變壓器失調(diào)可能是三相電流沒有均衡分配所致。在這種情況下，線路中變壓器的損耗會增加。三相電流的不平衡比例與變壓器的損耗成正比。三相電流不平衡越大，變壓器的損耗就越嚴(yán)重。因此，電氣工程節(jié)能設(shè)計應(yīng)從三相電流平衡設(shè)計入手[7]。

3.4 降低電能在傳輸過程中的損耗

在電氣工程的節(jié)能設(shè)計中，應(yīng)盡最大努力減少傳輸過程中的電能損失。通常的做法是選擇導(dǎo)電率低的材料。在設(shè)計過程中，如果當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)條件允許，選擇銅電纜進(jìn)行電路設(shè)計是較好的方案。同時，在電路設(shè)計過程中，必須保持電路趨勢直線化，縮短電線長度。根據(jù)電線的加熱情況和電壓的損失，選擇電路中的電線是科學(xué)合理的技術(shù)路線[8]。

3.5 改善自然功率因數(shù)

自然功率因數(shù)是供配電系統(tǒng)未輸入無功補(bǔ)償裝置時的有效功率與無功補(bǔ)償裝置輸入配電系統(tǒng)后的功率之比。自然功率因數(shù)的選擇可以有效改善整個動力系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以減少線路損耗并減少無功功率和恒定有功功率下的負(fù)載電流負(fù)載，可以使用改進(jìn)的自然功率因數(shù)無功功率補(bǔ)償器實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償。該補(bǔ)償器可以減少無功功率傳輸線損耗并實(shí)現(xiàn)電氣工程中的節(jié)能目標(biāo)，達(dá)到電氣工程節(jié)能的目的[9]。

4 結(jié)語

隨著國家對節(jié)能工作的越來越重視，隨著電氣設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)和節(jié)能減排意識的提高，電氣工程的節(jié)能工作有了一定的成效。為了使電氣工程進(jìn)一步提高節(jié)能的效果，以適應(yīng)社會需要，滿足國家可持續(xù)發(fā)展的要求，應(yīng)該加大節(jié)能力度，將節(jié)能的理念貫穿于整個用電過程。從生產(chǎn)到管理，從輸送到使用，都應(yīng)該以節(jié)能為目的，為合理利用資源做貢獻(xiàn)。