電氣自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)研究

王付亮+張凱軍

摘 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)不僅逐漸走向自動(dòng)化，還廣泛使用節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)。本文從電氣自動(dòng)化入手，對(duì)電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了探討，提出應(yīng)重視變壓器等節(jié)能技術(shù)，以期充分發(fā)揮電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)的作用。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；節(jié)能設(shè)計(jì)；基本要求

1 電氣自動(dòng)化及節(jié)能設(shè)計(jì)概況

電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)是一項(xiàng)利國(guó)利民的科學(xué)技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的重要保障。電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)不僅減少電能的消耗和損失，提高資源的使用效率，滿足我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源不斷的需求。還能夠緩解電網(wǎng)供電的緊張現(xiàn)狀，避免輸電受阻的惡性循環(huán)?？梢哉f，先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)正是推動(dòng)各行業(yè)節(jié)能減排的有效武器。未來全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)是誰(shuí)率先掌握節(jié)能的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)權(quán)，誰(shuí)將主導(dǎo)未來的全球經(jīng)濟(jì)。對(duì)于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)來說，由于城市電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，電力也不斷增容，因此會(huì)使用很多的變頻器、整流器等，而這樣會(huì)造成大量的諧波產(chǎn)生，從而危害到電網(wǎng)。由此，為了消除諧波，從節(jié)能的方向考慮，電氣自動(dòng)化應(yīng)主要從變壓器、無功補(bǔ)償、有源濾波器等技術(shù)上下功夫，可以利用減少電路的傳輸損耗、優(yōu)選變壓器、補(bǔ)償無功、使用有源濾波器等方法來使電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中達(dá)到節(jié)能的目的。也只有這樣才能使電氣自動(dòng)化系統(tǒng)使用時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果。

2 電氣工程設(shè)計(jì)的基本要求

1、優(yōu)化供配電設(shè)計(jì)，促進(jìn)電能合理利用。首先做到供電系統(tǒng)高效、靈活、穩(wěn)定、易控、多樣、便捷、暢通。其次考慮的是安全性，電氣線路應(yīng)有足夠的絕緣距離、絕緣強(qiáng)度、負(fù)荷能力、熱穩(wěn)定與動(dòng)穩(wěn)定的裕度；確保供電、配電與用電設(shè)備的安全運(yùn)行；有可靠的防雷裝置、防雷擊技術(shù)措施。在滿足電氣工程的實(shí)用性和安全性的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的技術(shù)，優(yōu)化供配電設(shè)計(jì)，促進(jìn)電能合理利用。

2、提高設(shè)備運(yùn)行效率，減少電能的直接或間接損耗。在滿足建筑物對(duì)使用功能的要求和確保安全的前提下，盡可能減少建設(shè)投資，最大限度的減少電能與各種資源的消耗。選用節(jié)能設(shè)備、均衡負(fù)荷、補(bǔ)償無功、減少線路損耗、降低運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用，提高電源的綜合利用率，提高設(shè)備運(yùn)行效率、減少電能的間接或直接損耗。

3、合理調(diào)整負(fù)荷，選取合理的設(shè)計(jì)系數(shù)，提高負(fù)荷率和設(shè)備利用率。在滿足建筑物對(duì)使用功能的要求和確保安全的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能提高電能質(zhì)量、合理調(diào)整負(fù)荷、選取合理的設(shè)計(jì)系數(shù)、在特殊用電的情況下選擇合理的節(jié)能措施，提高負(fù)荷率和設(shè)備利用率節(jié)約電能。

3 電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

1、變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器是電力自動(dòng)化工程中的重要設(shè)備，承擔(dān)著轉(zhuǎn)換電壓、電流和功率的重要作用。變壓器是耗能的大戶，當(dāng)變壓器處于空載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，低壓系統(tǒng)的能源損耗絕大部分是變壓器自身的運(yùn)行損耗。因此，變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)是否合理是整個(gè)電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

通常，變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)要從下面幾個(gè)環(huán)節(jié)來考慮：

（1）減少變壓器的型材損耗。例如，變壓器用的硅鋼片、鋼材、銅線和絕緣材料、絕緣子和變壓器油等都是正常變壓器所構(gòu)成所必備的材料，這些材料的設(shè)計(jì)選擇如果不合理，要消耗供電系統(tǒng)的大量電能，若是本著厲行節(jié)約的理念，在滿足變壓器工作要求的前提下，周密合理地選擇材料和運(yùn)行介質(zhì)，可為電力工程間接地節(jié)約施工成本和節(jié)約電能。

（2）為降低變壓器的電能損耗，配電線路和配電柜，應(yīng)盡量選擇銅材并且采用換位導(dǎo)線措施，基于降低變壓器的空載損耗考慮，應(yīng)降低磁密并應(yīng)盡量的選取冷軋用的高質(zhì)硅鋼片，在滿足設(shè)備運(yùn)行要求的條件下，盡量采用較薄的硅鋼片，達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）選用節(jié)能方式的變壓器。目前，S11和S10都是為節(jié)能的設(shè)計(jì)要求而“量身打造”這種變壓器不僅繼承了原有變壓器的優(yōu)點(diǎn)，還具有高效的節(jié)能特性，從生產(chǎn)長(zhǎng)期運(yùn)行來看，節(jié)能效果比較顯著，可作為節(jié)能設(shè)計(jì)的首選變壓器。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)，要注意選擇合理的變壓器接線方式，合理的接線方式對(duì)節(jié)能的影響也十分重要，同時(shí)，在變壓器的生產(chǎn)運(yùn)行期間，不應(yīng)讓變壓器長(zhǎng)期過載運(yùn)行，使得變壓器處于超溫運(yùn)行狀態(tài)，這樣不僅加速變壓器的老化，同時(shí)也增加了變壓器的電能損耗。

2、提高功率因數(shù)

功率因數(shù)是電氣運(yùn)行的重要物理量，它與電氣設(shè)備的節(jié)能密切相關(guān)。功率因數(shù)如果長(zhǎng)期控制在比較高的水平上，電力系統(tǒng)的無功功率就會(huì)變大，系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)化率就會(huì)變高。提高功率因數(shù)的方法：一是通過提高用戶負(fù)載率，例如對(duì)于動(dòng)力電氣設(shè)備，諸如電動(dòng)機(jī)，可以在滿足工藝生產(chǎn)要求的前提下，盡量選擇極數(shù)較少的電動(dòng)機(jī)。因?yàn)樯贅O數(shù)的電機(jī)，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，起動(dòng)過程中的電流也相對(duì)較大，所以電氣設(shè)備在最快的時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行，效率很高，同時(shí)也節(jié)約電能的損耗。此外，可讓電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻自動(dòng)控制，使得電機(jī)在負(fù)載較小時(shí)，獲得較高的功率因數(shù)。當(dāng)用戶的負(fù)載率控制穩(wěn)定在0.7左右，會(huì)使變壓器的一次側(cè)功率因數(shù)達(dá)到最高。二是在低壓電力系統(tǒng)中裝設(shè)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾娙莨?，來補(bǔ)償無功功率。一般來說，其無功功率的選擇盡量控制在變壓器的20%-30%，這樣使得電力系統(tǒng)穩(wěn)定，并且節(jié)能效果最佳。

3、電力電纜的選擇

電力電纜是輸配電系統(tǒng)的重要組成部分，其線路成本占總的電力工程的投資而言，相對(duì)較大，特別是電力線路長(zhǎng)期投入使用，維護(hù)量會(huì)越來越大，所以電力電纜的選擇應(yīng)謹(jǐn)慎選擇。電力電纜的截面選擇：通常按照經(jīng)濟(jì)電流密度的曲線和持續(xù)允許的電流來進(jìn)行選擇。在一年中負(fù)荷最大的使用小時(shí)數(shù)相同的情況下，利用前者選擇電力電纜通常比按后者選擇的電纜截面要大一個(gè)等級(jí)，這樣對(duì)于電纜材料的投資和使用量非常不利。在選擇電纜材質(zhì)時(shí)，因?yàn)殂~電纜價(jià)格的確比鋁電纜的價(jià)格貴許多，因此不少工程都選購(gòu)了鋁電纜，其實(shí)從電力電纜的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的角度來看，鋁電纜在安全和節(jié)能方面是不占據(jù)優(yōu)勢(shì)的。但是銅電纜越粗，比相同截面的鋁電纜貴重的倍數(shù)越大，所以在保證安全的前提下，個(gè)別截面較粗的電纜可以選取鋁電纜，這個(gè)有待于探討，具體情況具體分析，但是較小截面的銅電纜比鋁電纜貴不太多，推薦選擇銅電纜。

4、合理選擇光源

為了達(dá)到照明工程的節(jié)能設(shè)計(jì)，其光源的選擇推薦選用高效能的光源，這種高效能的光源的發(fā)光效率是普通照明燈的好幾倍，可以大量的節(jié)約電力電能。對(duì)于工廠、住宅用的衛(wèi)生間及其上下樓梯間應(yīng)盡量選擇節(jié)能顯著的吸頂燈為宜，雖然這類燈具的功率相對(duì)較低，但是也可以滿足人們和用戶生活的需要，所以選擇此類燈具會(huì)節(jié)約很多的電能。對(duì)于圖書館、閱覽室和超市的貨架處可以選擇緊湊型熒光燈，因?yàn)樗墓馔枯^高，光線比較集中，適合這類場(chǎng)所和人們生活的實(shí)際需要，且減少了照明工程的投入成本和安裝。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)在整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起著非常重要的作用，優(yōu)良的節(jié)能技術(shù)方案可以降低電力用戶的用電成本以及減小能源消耗。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的前提條件是確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行，并在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化各個(gè)電力傳輸環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電能的高效利用。在節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，需要以提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率為目標(biāo)，最大可能地降低電力能源的各種損耗。只有充分發(fā)揮電氣節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，才能真正實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的高效優(yōu)質(zhì)管理與傳輸電能的作用與價(jià)值，為國(guó)家?guī)砹己玫慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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