電氣自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)

劉揚(yáng) 董金鳳

摘 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力系統(tǒng)不僅逐步走向自動(dòng)化，而且在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上逐漸采用節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)。在未來(lái)，節(jié)能主題將更加廣泛地傳播。論述了節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)的電氣自動(dòng)化的角度來(lái)看，并提出節(jié)能技術(shù)如變壓器、無(wú)功補(bǔ)償和有源濾波器應(yīng)該應(yīng)用以促進(jìn)節(jié)能技術(shù)在電力自動(dòng)化系統(tǒng)的最佳效果供參考。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)；變壓器；無(wú)功補(bǔ)償；有源濾波器

對(duì)于電氣自動(dòng)化領(lǐng)域的節(jié)能技術(shù)，目前還處于發(fā)展階段。在電力自動(dòng)化系統(tǒng)中，為了達(dá)到節(jié)能的目的，首先必須在系統(tǒng)電源中安全可靠地設(shè)計(jì)設(shè)備。提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少電力直接或間接損失是必要的。[1]只有這樣，整個(gè)系統(tǒng)才能在設(shè)計(jì)和安裝后達(dá)到節(jié)能效果，從而帶來(lái)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

一、電氣自動(dòng)化及節(jié)能設(shè)計(jì)概述

電氣自動(dòng)化是電氣信息領(lǐng)域的一門新興學(xué)科，它和人們的日常生活及工業(yè)生產(chǎn)有著密切聯(lián)系。它在提高工作效率、運(yùn)行成本、勞動(dòng)生產(chǎn)率以及改善勞動(dòng)條件等方面起著重要的作用。近年來(lái)，隨著“綠色工業(yè)革命”的興起，節(jié)能成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要目標(biāo)。可以說(shuō)，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(lái)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(lái)的全球經(jīng)濟(jì)。對(duì)于電氣自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，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(wú)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(wú)功、使用有源濾波器等方法來(lái)使電氣系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)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。

二、電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

1、將確保居民的日常用電正常作為前提基礎(chǔ)

在電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先應(yīng)該確保的是居民的日常用電正常，以及工業(yè)中的生產(chǎn)正常，使得電氣自動(dòng)化的節(jié)能不是在影響人們的正常生活、生產(chǎn)的前提下進(jìn)行的，例如，要確保人們的用電舒適；確保日常照明、電器的運(yùn)行；確保工業(yè)生產(chǎn)、加個(gè)和銷售能夠正常進(jìn)行。

2、堅(jiān)持安全性原則

在電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不要僅僅將節(jié)能作為關(guān)注的集中點(diǎn)，同時(shí)更應(yīng)該將安全性作為重中之重，只有在確保安全的基礎(chǔ)上，才能確保電氣相關(guān)設(shè)備設(shè)施能夠安全順利的運(yùn)行，從而順利的完成所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

3、確保節(jié)能技術(shù)和設(shè)備的先進(jìn)性

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度非常的驚人，新的節(jié)能技術(shù)和設(shè)施也不斷的獲得提升和創(chuàng)新，所以在對(duì)電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要對(duì)新的技術(shù)運(yùn)用十分的關(guān)注，時(shí)刻關(guān)注最新技術(shù)的發(fā)展，從而運(yùn)用最先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備保障設(shè)計(jì)的先進(jìn)性，從而有效提升節(jié)能的效果。

4、需要促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升

電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)安排應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際狀況來(lái)進(jìn)行，盡可能的不要單純的想減少電氣耗能而在設(shè)計(jì)電氣自動(dòng)化節(jié)能時(shí)加大成本，從而使其可以在一個(gè)比較合理的資金范圍內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，切實(shí)使節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益得以提升。

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

1、減少電能的傳輸損耗

電能在傳輸?shù)倪^(guò)程中，一般情況下由于導(dǎo)線上存在著電阻就會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗。然而，線路上的電流是不能改變的，因此，為了有效減少電能在線路上的傳輸損耗，就只有減小導(dǎo)線的電阻。實(shí)際上，導(dǎo)線的電阻是與導(dǎo)線的截面積成反比，而與電導(dǎo)、導(dǎo)線長(zhǎng)度成正比的。[2]具體來(lái)說(shuō)，要有效減少導(dǎo)線的電阻，就應(yīng)該從以下幾個(gè)方面入手：一是選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線，這樣可以減少電能在來(lái)回的電路上的損失；二是減小導(dǎo)線的長(zhǎng)度。這可以在進(jìn)行布線時(shí)，讓導(dǎo)線盡量走直路，避免過(guò)多的走彎路，從而減少導(dǎo)線的長(zhǎng)度；三是變壓器應(yīng)該盡量接近負(fù)荷中心，從而減小供電距離。四是增大導(dǎo)線的橫截面積。在各方面條件允許的情況下，盡量選擇橫截面積較大的導(dǎo)線，從而通過(guò)減小電阻減少損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。

2、變壓器的選擇

具體而言，在設(shè)計(jì)選擇變壓器時(shí)，應(yīng)該滿足以下幾點(diǎn)要求：一是變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的，以大大減少變壓器的有功功率損耗；二是為了使流過(guò)的三相電的電流保持平衡，應(yīng)減少變壓器本體損耗，最好采用一些諸如單相自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備、三相四線制供電、將單相用電設(shè)備均勻分接在三相電源上等有效的減少負(fù)荷不平衡的方法。

3、無(wú)功補(bǔ)償

在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，無(wú)功功率占有供配電設(shè)備的很大一部分容量，因此增大了線路的損耗，從而造成電網(wǎng)的電壓下降，從而大幅度影響到電能質(zhì)量和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡，減少損耗，可以選用恰當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，這樣也能夠有效提高社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的雙重效益。具體而言，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有以下幾點(diǎn)要求：一是在使用電容器補(bǔ)償時(shí)，電容器容量的確定應(yīng)該根據(jù)具體參數(shù)，如目標(biāo)功率因數(shù)、配電電壓的容量、負(fù)荷等等，通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的計(jì)算來(lái)確定；二是為了達(dá)到良好的補(bǔ)償效果，應(yīng)該采用集調(diào)節(jié)平滑、跟蹤準(zhǔn)確、適應(yīng)面廣等優(yōu)點(diǎn)為一體的模糊投切方式，因?yàn)橐郧暗难a(bǔ)償電容組中電容器的分擔(dān)方式、投切開(kāi)關(guān)的方式、按編碼配置的方式、按比例分配的方式等，都不能達(dá)到現(xiàn)在我們想要的補(bǔ)償效果；三是最好選擇無(wú)功功率作為投切參數(shù)物理量，以有效防止投切振蕩、無(wú)功倒送等情況的發(fā)生。此外，無(wú)功補(bǔ)償裝置最好就地安裝，實(shí)行就地補(bǔ)償，這樣才能使線路上的無(wú)功傳輸減少，達(dá)到節(jié)能的目的。

4、使用有源濾波器

為了有效避免與電網(wǎng)聯(lián)結(jié)電氣設(shè)備的誤動(dòng)作，就必須消除諧波，而消除諧波最有效的方法就是使用有源濾波器。誤動(dòng)作主要是由于電氣設(shè)備數(shù)量的增加，產(chǎn)生的諧波越來(lái)越多，又由于這些諧波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生的電壓與基波電壓重疊，就會(huì)引起電壓的畸變，從而造成電氣設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作。概括起來(lái)，有源濾波器主要以下特性：具有優(yōu)異的動(dòng)態(tài)性能；反應(yīng)快；能使功率范圍更寬大等，能使無(wú)功補(bǔ)償達(dá)到更好的效果。[3]一般情況下，采用有源濾波器對(duì)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行過(guò)濾，在電氣設(shè)備誤操作之前就能夠?qū)⑵渥柚?，使電氣設(shè)備的運(yùn)行更加有效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的?？傊嗽陔姎庾詣?dòng)化系統(tǒng)中采用變壓器、無(wú)功補(bǔ)償、有源濾波器等節(jié)能技術(shù)外，還可以采用高效光源等其他的形式來(lái)進(jìn)行節(jié)能，因?yàn)楦咝Ч庠淳哂泄馍?、發(fā)光率高、顯色性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，能從根本上節(jié)約能源。由此，要不斷地對(duì)電氣自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行研究，這不僅可為電氣節(jié)能提供有力的技術(shù)保障，而且還將大大地促進(jìn)電氣節(jié)能高新技術(shù)的發(fā)展。

四、結(jié)論：

綜上所述，必須從節(jié)約能源入手，使電力自動(dòng)化少用能源，減少對(duì)環(huán)境的污染，為用戶提供健康舒適的工作和生活空間，實(shí)現(xiàn)我國(guó)節(jié)能電力的跨越式發(fā)展。[4]可以預(yù)見(jiàn)，隨著社會(huì)的進(jìn)步和電力技術(shù)的發(fā)展，電力自動(dòng)化的節(jié)能技術(shù)在未來(lái)將會(huì)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，未來(lái)研究的節(jié)能技術(shù)也將朝著更好的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉三清.曹廣軍，應(yīng)建華，徐彥忠.汽車發(fā)電機(jī)智能化的電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)研究[J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，24（10）：73-76.

[2]蔣超.黃衛(wèi)星，孟艷齡.WZT-2型自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器常見(jiàn)故障分析[J].科技信息（學(xué)術(shù)版），2015（14）：85-86.

[3]徐吟華.淺談電氣自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)[J].廣東科技，2015（12）.

[4]邢曉明.李永健，鄭順祥.論水庫(kù)電氣工程設(shè)計(jì)中的節(jié)能[J].科技致富向?qū)В?014（3）.