電廠設(shè)備電氣自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)分析

張 聰，苗 堃，劉藝諒

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)國(guó)際工程有限公司，北京 100022）

當(dāng)前，在世界經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化進(jìn)程中，科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的總體發(fā)展處于增長(zhǎng)的趨勢(shì)。電氣自動(dòng)化工程是一門相對(duì)較新的電子信息學(xué)科和技術(shù)，雖然它發(fā)展的時(shí)間與其他學(xué)科技術(shù)相比較短，但是在我國(guó)，電氣自動(dòng)化工程已經(jīng)影響到工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活，并且其發(fā)揮的作用越來(lái)越大。由實(shí)踐可以看出，在當(dāng)前的全球危機(jī)中，電氣自動(dòng)化的有效實(shí)施，不僅可以調(diào)整和改善現(xiàn)有條件，而且可以從根本上提高工作效率和質(zhì)量，保證員工安全，降低企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本?，F(xiàn)階段，在全球開展綠色能源革命的大趨勢(shì)下，發(fā)展生態(tài)能源工程、降低低碳排放水平，成為電廠運(yùn)營(yíng)中需要認(rèn)真考慮的問(wèn)題。因此，在實(shí)踐中，電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)已成為解決電廠能耗問(wèn)題的主要手段，并在該領(lǐng)域得到一定的推廣以及發(fā)展。

1 電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)概述

電氣自動(dòng)化既是一門新技術(shù)，也是一門新興學(xué)科，具有重要的生產(chǎn)和生活價(jià)值。它不僅能提高工作效率，而且對(duì)降低勞動(dòng)力成本、改善勞動(dòng)條件起到了關(guān)鍵的作用。電氣自動(dòng)化涉及面廣?？偟膩?lái)說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)確保設(shè)備發(fā)揮出更高的效率。近年來(lái)人類面臨的最大挑戰(zhàn)是因經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而造成的資源枯竭和環(huán)境破壞，隨著節(jié)能環(huán)保理念深入人心，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重心逐漸向節(jié)能減排的方向發(fā)展。在電氣自動(dòng)化技術(shù)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，可以適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)節(jié)能減排，保證綠色生產(chǎn)。因此，電力自動(dòng)化的節(jié)能問(wèn)題已成為企業(yè)和部門研究的課題。在自動(dòng)化過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)的。隨著我國(guó)裝機(jī)容量不斷增長(zhǎng)，控制電廠能耗不僅是響應(yīng)節(jié)能減排的形勢(shì)要求，也是降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的重中之重。因此，電氣自動(dòng)化技術(shù)作為一種有效的節(jié)能技術(shù)手段，具有重要的社會(huì)生產(chǎn)價(jià)值。

2 電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)電廠的必要性

2.1 降低運(yùn)營(yíng)成本

電廠設(shè)備的技術(shù)可行性和技術(shù)可靠性要求都在其自動(dòng)能效設(shè)計(jì)中進(jìn)行了詳細(xì)地驗(yàn)證和深入地研究。同時(shí)由于電氣自動(dòng)化工程本身具有成本效益，為避免因引入節(jié)能設(shè)計(jì)反而帶來(lái)成本的過(guò)度增加，在節(jié)能設(shè)計(jì)中要重視相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)正常生產(chǎn)安排的影響，為了節(jié)約能源，盲目停止正常工作是不可取的，但也不能因此影響到員工的日常工作和生活。在進(jìn)行電氣自動(dòng)化工程節(jié)能理念和方案的設(shè)計(jì)以及實(shí)施時(shí)，應(yīng)以電廠經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，將其應(yīng)用于廠區(qū)生產(chǎn)的各個(gè)階段，無(wú)論是進(jìn)行設(shè)備升級(jí)還是對(duì)其進(jìn)行改造從而提高效率的階段，這都十分重要。同時(shí)，投資概算必須科學(xué)合理，并以具有成本效益的方式實(shí)施一系列節(jié)能措施，使節(jié)能設(shè)計(jì)發(fā)揮作用。

2.2 安全綠色生產(chǎn)

2.2.1 安全問(wèn)題

雖然節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)核電站運(yùn)行的整體發(fā)展非常重要，但在實(shí)踐中也存在一些難以克服的安全問(wèn)題。安全和質(zhì)量問(wèn)題一直是一個(gè)重要組成部分和一個(gè)需要考慮的重要因素。在實(shí)踐中，要提高安全管理的質(zhì)量和水平，確保節(jié)能理念和相關(guān)技術(shù)在電力自動(dòng)化中的合理、科學(xué)應(yīng)用，有效應(yīng)用于系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)論節(jié)能設(shè)計(jì)有多好，如果它超出了安全可控的范圍，不能為安全提供有效的保護(hù)，那么最終的結(jié)局就是被淘汰。

2.2.2 綠色生產(chǎn)

目前，一項(xiàng)融合能源設(shè)計(jì)理念和相關(guān)技術(shù)的電力自動(dòng)化項(xiàng)目正在實(shí)施，其主要目標(biāo)是節(jié)能減排。同時(shí)，加大資源綜合利用，盡量避免浪費(fèi)，使企業(yè)有效提高經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)自身的環(huán)境特點(diǎn)，到達(dá)綠色生產(chǎn)的目標(biāo)，此外，要知道有效的節(jié)能設(shè)計(jì)與低碳經(jīng)濟(jì)是密不可分的，因此相關(guān)人員將節(jié)能設(shè)計(jì)理念和技術(shù)應(yīng)用于電氣自動(dòng)化工程化時(shí)，要有選擇性地選擇相關(guān)設(shè)備和材料。在實(shí)踐中，還要保證設(shè)備和材料本身的安全性、先進(jìn)性和可靠性。同時(shí)，必須及時(shí)有效地處理一些舊設(shè)備或舊電纜，從而在最大限度上降低環(huán)境污染危害。

2.3 可持續(xù)性

在一個(gè)可持續(xù)發(fā)展勢(shì)頭如此強(qiáng)勁的社會(huì)，應(yīng)該考慮電氣設(shè)備的節(jié)能理念，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展，從而減少污染物的產(chǎn)生和排放，合理使用能源。

3 電廠工作中的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1 科學(xué)配比電廠變壓器負(fù)荷率

在電氣自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)中，必須充分考慮電氣設(shè)備運(yùn)行的負(fù)荷系數(shù)。特別是對(duì)電廠的一些特殊設(shè)備，應(yīng)根據(jù)其運(yùn)行情況調(diào)整選型和負(fù)荷率，以保證設(shè)計(jì)更符合節(jié)能要求。比如廠用變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)，應(yīng)選擇高導(dǎo)磁的優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向硅鋼片制造的低損耗節(jié)能變壓器，在節(jié)能和運(yùn)行成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。廠用變壓器運(yùn)行時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮備用電源中心的接線。變壓器正常運(yùn)行為備用，每個(gè)負(fù)載為50%，變壓器的銅消耗量與負(fù)載系數(shù)成正比。廠用變壓器損耗占總負(fù)荷的25%。節(jié)能效果顯著。只有科學(xué)合理的荷載系數(shù)設(shè)計(jì)，才能有效地提高電氣設(shè)備的運(yùn)行能力和效率。

3.2 優(yōu)化供配電設(shè)計(jì)

在電廠配電系統(tǒng)自動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)中，保證電廠系統(tǒng)的正常運(yùn)行是十分必要的。因此，在進(jìn)行配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮電氣設(shè)備的負(fù)荷、可靠性和安全性。為了確保電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，還應(yīng)提供進(jìn)一步的保障，必須充分考慮配電系統(tǒng)所需的電力設(shè)備，特別是在當(dāng)前城市化進(jìn)程加快的情況下。增加社會(huì)用電需求，合理用電，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。供配電設(shè)計(jì)的節(jié)能優(yōu)化首先要根據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行情況確定變壓器容量，避免容量錯(cuò)配造成效能錯(cuò)配，又要合理控制電壓偏差。這就要求電廠一方面切實(shí)研究自身供配電需求，統(tǒng)籌考慮變壓器容量和類型，一方面需要利用科學(xué)合理的手段調(diào)節(jié)和控制電壓差。如果對(duì)應(yīng)供電設(shè)施應(yīng)用時(shí)間較短或次數(shù)不多、供電輸出點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，電廠的節(jié)能設(shè)計(jì)還要統(tǒng)籌考慮輸送線路的因素，做到真正的節(jié)能降耗。

3.3 提高廠用電系統(tǒng)運(yùn)行效率

在電氣自動(dòng)化工程的節(jié)能設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做出相應(yīng)的工藝操作安排，充分發(fā)揮節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)的作用和價(jià)值。

（1）在實(shí)踐中，必須采取科學(xué)合理的措施來(lái)改進(jìn)操作，如制度在實(shí)踐中可以提高用戶的自負(fù)載率。為確保完全滿足此過(guò)程中的工藝要求，請(qǐng)盡量不要使用太多的電動(dòng)機(jī)。這不僅可以提高電氣設(shè)備本身在運(yùn)行過(guò)程中的效率和質(zhì)量，而且有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能的最終目標(biāo)。變頻調(diào)速是用來(lái)自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的，其原理是在充電條件下，電動(dòng)機(jī)相對(duì)較小，可以自行獲得相對(duì)功率因數(shù)。在此過(guò)程中，這些實(shí)施基本處于無(wú)功補(bǔ)償狀態(tài)，主要是因?yàn)樗鼈儗?shí)際上降低了電器設(shè)備本身的無(wú)功功率，從而達(dá)到提高功率因數(shù)的根本目的。這種方法在買方使用時(shí)不會(huì)增加生產(chǎn)過(guò)程中的工業(yè)投資，并且還可以取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。（2）通過(guò)手動(dòng)方式可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，即采用人工補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行運(yùn)行。在實(shí)踐過(guò)程中，不難發(fā)現(xiàn)，提高自然功率因數(shù)的措施在大多數(shù)情況下都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)用電的總體需求。因此，為了滿足這一需求，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在實(shí)踐中，有必要安裝一個(gè)與其總和相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償裝置。一般來(lái)說(shuō)，常用的補(bǔ)償方式有集中補(bǔ)償和單獨(dú)局部補(bǔ)償。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇科學(xué)合理的補(bǔ)償方式，以達(dá)到降低無(wú)功傳輸?shù)母灸康摹?/p>

3.4 無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用

（1）由于線路自身消耗使得系統(tǒng)運(yùn)行中的能耗不可避免，再加上線路和回路的電能損耗，進(jìn)而導(dǎo)致了電壓的下降。要想實(shí)現(xiàn)節(jié)能，只能通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)進(jìn)行補(bǔ)充。在不使用電子自動(dòng)化設(shè)備的情況下，會(huì)選擇無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備。當(dāng)然，這個(gè)選擇是有一定要求的，如保證目標(biāo)功率因數(shù)、電壓、容量都滿足設(shè)備運(yùn)行要求。將原有的補(bǔ)償方法改為模糊切割法，此種方法具有節(jié)點(diǎn)平滑和跟蹤的功能。這種形式的能源消耗補(bǔ)償已被證明優(yōu)于以往的比例分配方式。并且以無(wú)功能量作為變化參數(shù)的物理量，可以防止無(wú)功能量反向輸送和變化振蕩的發(fā)生，減少無(wú)功能量的輸送，發(fā)揮地方補(bǔ)償和節(jié)能的效果。

（2）由于電廠設(shè)備無(wú)功功率容量大，系統(tǒng)的線損也相應(yīng)增加，嚴(yán)重影響了電能質(zhì)量。因此，為了獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，必須要通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償來(lái)降低送出線損，實(shí)現(xiàn)線路中的功率平衡。在具體操作中，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。首先，在使用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中，電容器的容量應(yīng)根據(jù)具體指標(biāo)和相關(guān)參數(shù)來(lái)進(jìn)行確定，其中相關(guān)參數(shù)包括電壓分配容量、目標(biāo)功率等。第二，要達(dá)到無(wú)功補(bǔ)償?shù)淖罴研Ч?，往往需要模糊移位的手段?lái)實(shí)現(xiàn)，利用好模糊投切的優(yōu)點(diǎn)，如精確跟蹤和平衡調(diào)整等，這樣可以在無(wú)功補(bǔ)償中充分地發(fā)揮出作用。第三，為了避免了無(wú)功功率反向傳輸?shù)那闆r，需要定義模糊變化參數(shù)，一般參數(shù)為無(wú)功功率值。

4 結(jié)束語(yǔ)

電廠的電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)既符合國(guó)家倡導(dǎo)節(jié)能減排、綠色能源的社會(huì)需要，又符合電廠增效降耗、提高效益的經(jīng)濟(jì)需要，是需要長(zhǎng)時(shí)間研究的系統(tǒng)工程。在電廠電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，需要堅(jiān)持安全可靠性、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性的統(tǒng)一。因此，相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)用必須高度重視電廠運(yùn)行的具體實(shí)際情況，如理想的變壓器選型，統(tǒng)籌全廠功耗配比，提高系統(tǒng)綜合功率，使用合適的電線電纜，減少無(wú)功損耗等，這些在電廠電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)和節(jié)能改造中都應(yīng)綜合評(píng)估。