環(huán)保領(lǐng)域電氣工程及其自動(dòng)化應(yīng)用

丁功安

（山東紅楓環(huán)境能源有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

目前，我國(guó)電氣工程的發(fā)展有著較為完整的體系，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣工程也逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但是從環(huán)保的領(lǐng)域來(lái)看，電氣工程的節(jié)能技術(shù)還有著更為廣闊的發(fā)展空間。

1 節(jié)能環(huán)保技術(shù)

1.1 變壓器的選擇

當(dāng)出現(xiàn)空載或者負(fù)載損耗的情況時(shí)，往往會(huì)對(duì)電氣工程中的變壓器造成很大程度上的電能浪費(fèi)，因此，科學(xué)合理地選擇變壓器有助于電氣工程實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的選擇：第一，盡可能地降低變壓器自身對(duì)電能的消耗量，也就是利用單相補(bǔ)償保持三相電流的基本平衡，這種方式可以在很大程度上降低變壓器中因負(fù)載電流不平衡而產(chǎn)生的電流浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的目的。第二，市面上有很多有著節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的變壓器，雖然相較于普通變壓器的成本略高，但是在實(shí)際應(yīng)用中所體現(xiàn)出的節(jié)能環(huán)保的價(jià)值非常大，所以可以有目的性地選擇變壓器。例如，西門子變壓器就是利用了節(jié)能環(huán)保技術(shù)所生產(chǎn)的一種變壓器設(shè)備，通常來(lái)說(shuō)，電能從發(fā)電站輸送到用戶的過(guò)程中，需要通過(guò)4到5級(jí)變壓器才能完成整個(gè)過(guò)程的電能輸送，西門子變壓器就選取了單向補(bǔ)償設(shè)備，極大程度上保持了三相電流的平衡，消除了負(fù)載不平衡時(shí)所產(chǎn)生的電能浪費(fèi)等情況，也就是我們上述的變壓器節(jié)能原理，如圖1所示，由于西門子變壓器具有良好的節(jié)能效果，因此也被廣泛應(yīng)用于很多的電氣工程領(lǐng)域中。

1.2 降低電能消耗

圖1 西門子變壓器節(jié)能原理電路圖

眾所周知，在電力工程中，電能的傳遞會(huì)損失非常大的電能，因此在電力工程傳輸過(guò)程中，如何降低電能消耗是實(shí)現(xiàn)電力工程自動(dòng)化環(huán)保目標(biāo)的重要前提。針對(duì)這種情況，筆者提出幾點(diǎn)建議：第一，通過(guò)分析線路周圍環(huán)境的基本情況，設(shè)計(jì)出最短的方案，盡可能地減少傳輸導(dǎo)線的長(zhǎng)度，避免出現(xiàn)不必要的電能損失。第二，制作傳輸導(dǎo)線時(shí)要盡可能地選擇電阻率小的材料，這樣也可以減少電力工程傳輸時(shí)的電能損耗。第三，對(duì)于同一種材料和同一長(zhǎng)度的導(dǎo)線而言，還可以通過(guò)增加其橫截面積來(lái)降低電阻率，從而實(shí)現(xiàn)減少電能損失的目的。第四，在最大程度上縮短變壓器和負(fù)載之間的直線距離，這樣可以減少電能損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的基本戰(zhàn)略目標(biāo)。

1.3 設(shè)置濾波器

在電力工程的實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)法避免地可能會(huì)出現(xiàn)一些誤動(dòng)作，此時(shí)就需要通過(guò)在電力系統(tǒng)中設(shè)置濾波器來(lái)降低因失誤而產(chǎn)生的電能損耗，隨著電力設(shè)備數(shù)量的不斷增加，設(shè)備之間會(huì)產(chǎn)生一些諧波，這些諧波與電氣設(shè)備的基波會(huì)發(fā)生阻抗，使電力系統(tǒng)中的電壓出現(xiàn)誤動(dòng)作，從而增加了電能損耗，具體原理如圖2所示。因此在電力系統(tǒng)中，設(shè)置濾波器對(duì)于節(jié)能環(huán)保而言非常重要。例如，施耐德濾波器就是在電氣工程中應(yīng)用較為廣泛的一種節(jié)能環(huán)保的電氣設(shè)備，其工作原理主要是通過(guò)濾波器外部的Cte部分進(jìn)行電流信號(hào)的收集，再將所收集到的信號(hào)傳送至諧波分離模塊處，該模塊可以將諧波進(jìn)行分離，再將其送至調(diào)節(jié)模塊和監(jiān)測(cè)模塊中，這些模塊通過(guò)對(duì)諧波成分與補(bǔ)償電流進(jìn)行對(duì)比，將差值作為驅(qū)動(dòng)電路，從而觸發(fā)逆變器，最后再將補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)濾除諧波的目的，在這個(gè)過(guò)程中，施耐德濾波器消除了電流中絕大部分的諧波，有效提高了電能利用率，是環(huán)保領(lǐng)域中電氣工程的重要電氣設(shè)備之一。

圖2 濾波器原理簡(jiǎn)化圖

1.4 無(wú)功功率補(bǔ)償

在整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中會(huì)涉及到很多個(gè)環(huán)節(jié)，其中包括變壓器、配電網(wǎng)、電力負(fù)荷等。這些環(huán)節(jié)中的電能都是以電流流動(dòng)的方式進(jìn)行傳遞，為了能夠滿足用戶用電的同時(shí)，還能夠有效降低電能傳遞過(guò)程中的損耗，技術(shù)人員可以科學(xué)合理地運(yùn)用無(wú)功功率的方式來(lái)降低能耗，如圖3所示。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)無(wú)功功率的補(bǔ)償平衡功率的基本因數(shù)，從而使得整個(gè)系統(tǒng)中的電壓保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這樣不僅可以有效提高電力系統(tǒng)所傳遞電能的質(zhì)量，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)綠色環(huán)保的基本理念，提高我國(guó)的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 無(wú)功功率補(bǔ)償系統(tǒng)圖

在這里我們也要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一下無(wú)功功率補(bǔ)償在電力系統(tǒng)的使用中所需要遵循的一些基本原則：第一，新添加的投切開(kāi)關(guān)應(yīng)與原有的循環(huán)投切開(kāi)關(guān)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的比例進(jìn)行合理分配，否則不能達(dá)到理想的補(bǔ)償效果。第二，通過(guò)科學(xué)地分析電壓和自然功率等數(shù)據(jù)信息，得到電容容量的大小。第三，如果在無(wú)功功率的補(bǔ)償過(guò)程中出現(xiàn)大量的諧波時(shí)，一定要按照所有串聯(lián)的電抗器進(jìn)行有效地消除，避免出現(xiàn)電氣設(shè)備故障，減少電能損耗。第四，通過(guò)對(duì)無(wú)功功率的科學(xué)計(jì)算來(lái)確定投切開(kāi)關(guān)的基本參數(shù)，這樣可以在很大程度上避免出現(xiàn)補(bǔ)償效果過(guò)度或者投切開(kāi)關(guān)出現(xiàn)震蕩的情況發(fā)生。只有在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，遵循以上這些選擇并進(jìn)行科學(xué)合理的無(wú)功功率的補(bǔ)償，才能有效提高電氣設(shè)備的傳輸效率、減少能耗。

1.5 提高工程效率

選擇合適的電氣設(shè)備是提高電力工程效率的關(guān)鍵。選擇電氣自動(dòng)化設(shè)備需要遵循以下幾項(xiàng)基本原則：第一，選擇本身具有節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)的電氣設(shè)備，這是為電力系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保目標(biāo)奠定良好的基礎(chǔ)。第二，科學(xué)合理地運(yùn)用無(wú)功補(bǔ)償和平衡電路負(fù)荷等細(xì)節(jié)去不斷地提高電力系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保性能。第三，降低電能傳遞過(guò)程中的能源損耗。第四，選擇合適的設(shè)計(jì)系數(shù)去調(diào)整整個(gè)電路中的負(fù)荷，從而在一定程度上提高電氣設(shè)備的使用效率，進(jìn)一步降低能源消耗。

2 實(shí)際應(yīng)用

電氣工程和自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中主要有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用實(shí)例：第一，工業(yè)生產(chǎn)。電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中主要通過(guò)對(duì)繼電器以及感應(yīng)器等機(jī)械相關(guān)的電子元件進(jìn)行有效控制，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)流程的控制。第二，建筑行業(yè)。電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在建筑行業(yè)中也有著非常廣泛地應(yīng)用，在很大程度上提高了建筑工程施工的效率和質(zhì)量。第三，電力系統(tǒng)。電氣工程自動(dòng)化技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用非常普遍，在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的過(guò)程中，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)可以將該電力系統(tǒng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的掌控，與此同時(shí)還能夠有效保證電力系統(tǒng)工作人員的人身安全，最大程度上降低電力系統(tǒng)管理過(guò)程中發(fā)生安全事故的概率，從這個(gè)角度上來(lái)看，電力部門引進(jìn)電氣工程自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)成為了必然趨勢(shì)。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，雖然現(xiàn)階段電力工程自動(dòng)化在我國(guó)有著非常廣泛的應(yīng)用，但是很多電力工程在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，還存在著一些不足之處，相信在相關(guān)技術(shù)研究人員的不斷改進(jìn)和完善下，這些不足之處一定會(huì)得到解決，電力工程也一定會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。與此同時(shí)，為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)我國(guó)一直以來(lái)所倡導(dǎo)的“節(jié)能環(huán)保”的基本理念，電力工程還應(yīng)該不斷提高電能的傳遞效率，在實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備自動(dòng)化的同時(shí)，也要盡可能去降低能源消耗，早日實(shí)現(xiàn)電氣工程的可持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)的工業(yè)發(fā)現(xiàn)提供一個(gè)健康、環(huán)保的發(fā)展環(huán)境。