電氣工程自動(dòng)化及其節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

付晨

（青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，山東 青島 266000）

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電氣行業(yè)在這個(gè)過程中也得到了更大的擴(kuò)張，而且電氣工程的應(yīng)用也不斷增加。新興的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠在一定程度上幫助電氣工程行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。在幫助相關(guān)企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，也能夠幫助電氣工程向著自動(dòng)化、節(jié)能化的方向不斷發(fā)展和推進(jìn)，提高工程質(zhì)量，對(duì)于電氣行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展起著非常重要的支撐作用。此外，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求變得越來越高，隨之而來的就是資源的消耗速度變得越來越快，我國目前已經(jīng)出現(xiàn)資源以及能源緊缺的現(xiàn)象。這種情況已經(jīng)引起了我國的高度重視，在電氣自動(dòng)化工程應(yīng)用過程中逐漸強(qiáng)調(diào)對(duì)于節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用，如何將整體的技術(shù)進(jìn)行研究和分析，并且在資源管理過程中，為做好資源整體化、節(jié)能化提供可靠依據(jù)，是近年來人們尤為關(guān)注的問題之一。

一、電氣工程自動(dòng)化的相關(guān)含義

在社會(huì)的發(fā)展過程中，電氣工程實(shí)現(xiàn)了長期的發(fā)展，也形成了一個(gè)相對(duì)更加完善的體系，使自動(dòng)化體現(xiàn)出更加人性化的特點(diǎn)，也為我國的社會(huì)建設(shè)提供了更加豐富的經(jīng)濟(jì)效益。在電氣工程自動(dòng)化方面，未來的主要發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在三個(gè)方面，即一次設(shè)備的智能化方向、一次設(shè)備在線監(jiān)控方向以及電力互感器方向。其中一次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)方向主要是由多個(gè)微處理核心的控制采集器，來分散地對(duì)不同部分的工藝流程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制，通過相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和中央控制器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)控的一種系統(tǒng)。在電氣工程體系中的具體應(yīng)用主要是采取數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過復(fù)雜的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣工程的區(qū)域管理，并通過相關(guān)的單位實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的引擎，提高電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。

二、電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)原則

電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)得原則可以表示為圖1。在設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)下：（1）優(yōu)化供電和配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電氣自動(dòng)化設(shè)備在使用過程中會(huì)消耗大量電能，這將導(dǎo)致電力短缺并增加生產(chǎn)成本。要保證電氣自動(dòng)化工程的正常運(yùn)行，需要給予其足夠的動(dòng)力支持，所以對(duì)供電和配電的要求就是盡可能進(jìn)行優(yōu)化以降低電能的損耗。要積極引進(jìn)先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，以確保電氣自動(dòng)化項(xiàng)目的節(jié)能效果最大化同時(shí)要保證生產(chǎn)效益技術(shù)遙遙領(lǐng)先。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展且城市化進(jìn)程不斷擴(kuò)大的現(xiàn)實(shí)條件下，需要充分考慮供配電系統(tǒng)的電氣設(shè)備用電需求以及社會(huì)用電需求的不斷提升，優(yōu)化設(shè)計(jì)供電和配電是的能夠?qū)崿F(xiàn)電能的合理利用，以最小的能源消耗創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。（2）加強(qiáng)電氣設(shè)備管理。在電氣設(shè)備生產(chǎn)過程中，大多數(shù)電氣設(shè)備并不總是以高于額定功率狀態(tài)運(yùn)行的，而是更多地在低于額定功率的條件下運(yùn)行，這就造成電能在大多數(shù)時(shí)間里是浪費(fèi)的。因此需要加強(qiáng)電氣設(shè)備的管理來提升設(shè)備的運(yùn)行效率，或者通過無功補(bǔ)償來調(diào)節(jié)其運(yùn)行狀態(tài)，使得能源的利用效率從根本上大大提高。（3）設(shè)計(jì)合理的負(fù)荷系數(shù)。在電氣設(shè)備生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中，其運(yùn)行的負(fù)載系數(shù)是不可馬虎的，只有合理設(shè)計(jì)負(fù)荷系數(shù)，電氣設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷率和用電效率才能顯著提高。但是，電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)需要滿足安全性的先決條件，尤其是在設(shè)計(jì)某些特殊的電力和電氣設(shè)備的負(fù)載系數(shù)時(shí)，電氣設(shè)備需要根據(jù)電氣設(shè)備的具體運(yùn)行條件進(jìn)行調(diào)整，以確保電氣設(shè)備不會(huì)發(fā)生安全事故。因此，在設(shè)計(jì)電氣工程時(shí)，必須設(shè)計(jì)合理的負(fù)載系數(shù)，以便在確保安全的同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的目的。

三、電氣自動(dòng)化工程中節(jié)能設(shè)計(jì)的要求

（一）先進(jìn)性

當(dāng)進(jìn)行電氣自動(dòng)化工程時(shí)，還應(yīng)該考慮電氣自動(dòng)化的先進(jìn)性。雖然說運(yùn)用這種技術(shù)的就已經(jīng)具備了一定先進(jìn)性，但應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)也要充分考慮先進(jìn)性這一要素。將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)于節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)充分融合，進(jìn)而優(yōu)化現(xiàn)有的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)，這也是時(shí)代對(duì)于電氣自動(dòng)化工程的新要求。任何新技術(shù)的誕生都需要先前技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)舊技術(shù)的更新，進(jìn)而造就先進(jìn)的新技術(shù)。因此，為了促進(jìn)自動(dòng)電氣化工程的進(jìn)一步發(fā)展，就需要持續(xù)更新現(xiàn)有的電氣自動(dòng)化技術(shù)。

（二）節(jié)能性

當(dāng)進(jìn)行電氣自動(dòng)化工程時(shí)，相關(guān)企業(yè)不僅要重視自身的利益，還要科學(xué)地認(rèn)識(shí)到節(jié)能問題。在電氣自動(dòng)化工程的實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)更加注重節(jié)能。能源和環(huán)境保護(hù)是電動(dòng)自動(dòng)化時(shí)代提出的一個(gè)新思想，在電動(dòng)自動(dòng)化的實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)更加注重節(jié)能減排。所謂的節(jié)能，不僅要求在電氣自動(dòng)化項(xiàng)目中減少自身的能耗，而且還要求在項(xiàng)目實(shí)施中減少對(duì)周圍環(huán)境的污染。

四、電氣自動(dòng)化工程中的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)

（一）合理選擇變壓器

變壓器在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，同時(shí)也是節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，原因在于變壓器可以直接影響電氣系統(tǒng)的用電功率，影響電流電壓的有效切換。這要求在變壓器選擇時(shí)，要對(duì)節(jié)約能源作深入的考量，通過使用規(guī)定變壓器型號(hào)來實(shí)現(xiàn)控制其有用功率消耗量的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在變壓器選擇時(shí)要對(duì)以下原則作充分的考量：（1）嚴(yán)格遵循節(jié)能原則，盡可能去使用銅片和絕緣材料。（2）銅材料在變壓器運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用，出于節(jié)能考慮，要有效提升銅材料的應(yīng)用頻率。就近年來的變壓器設(shè)計(jì)來看，通過在電線電柜中使用硅材料來代替銅材料，可以實(shí)現(xiàn)兩方面的目的，一是可以確保變壓器在空載運(yùn)行過程中有很好的運(yùn)行效率，二是可以最大限度減少變壓器運(yùn)行過程中的能耗，以此來實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。（3）目前來看，市面上的變壓器類型較多，在選擇時(shí)會(huì)有一定的難度，為此要始終秉承選用節(jié)能型的變壓器這一原則。待正式投入使用后，要做好維修保養(yǎng)工作，并在使用一段時(shí)間后及時(shí)更換，這對(duì)確保變壓器功能有重要的意義。（4）變壓器設(shè)計(jì)時(shí)要考慮采用一些單相自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備，原因在于通過單相自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備可以有效確保流動(dòng)的三相電的電流處于平衡狀態(tài)，可以最大限度減少變壓器自身所承受的消耗。另外，也可以考慮將單相用電設(shè)備連接到三相電源上，以此來有效避免負(fù)荷不平衡問題的發(fā)生，這樣也可以實(shí)現(xiàn)控制變壓器電能損耗的目的。

（二）做好變壓器方面的選擇工作

在對(duì)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該在中心地方放置變壓器，在這里進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，可以有效地減少電氣自動(dòng)化的能耗。設(shè)計(jì)原理主要是變壓器可以有效地阻止電氣系統(tǒng)中電流與電壓智聯(lián)的轉(zhuǎn)換。第一，在材料選擇上，工作人員應(yīng)優(yōu)先選擇節(jié)能環(huán)保的材料，比如：銅、絕緣材料等。第二，應(yīng)該較多的選擇銅作為變壓器的主材料，銅在變壓器中起著十分重要的作用。它能夠代替變壓器中的硅，可以有效地提升變壓器的運(yùn)行效率。還可以起到降低能耗的作用，進(jìn)而起到節(jié)能效果。第三，在商品市場(chǎng)中有多種材質(zhì)和類型的變壓器，工作人員應(yīng)該首先選擇具有節(jié)能效果的變壓器，定期對(duì)變壓器進(jìn)行檢查是否存在問題，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，并經(jīng)常對(duì)變壓器進(jìn)行更換，進(jìn)而使變壓器一直保持在最好的狀態(tài)。第四，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)變壓器的功率和數(shù)量進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算。在不同的項(xiàng)目中對(duì)于電量的要求不同，需要根據(jù)項(xiàng)目的具體需求選擇變壓器，在電力系統(tǒng)中放置變壓器容量低會(huì)降低變壓器的使用時(shí)間，在電力系統(tǒng)中放置變壓器容量高會(huì)造成資源浪費(fèi)。因此，在選擇變壓器的過程中，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)電源系統(tǒng)的實(shí)際狀況和實(shí)際功率數(shù)據(jù)選擇合適的變壓器。

（三）優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)方案

在對(duì)電氣工程進(jìn)行相關(guān)節(jié)能設(shè)計(jì)的過程中，涉及的方面較為寬泛，而且整個(gè)操作的過程十分復(fù)雜，這就要求相關(guān)的電氣設(shè)計(jì)人員擁有非常足夠的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及專業(yè)能力，才能夠?qū)﹄姎夤?jié)能方面的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行十足的掌握，按照國家規(guī)定的規(guī)范和原則進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。這使得電氣工程最終呈現(xiàn)出來的效果符合國家標(biāo)準(zhǔn)，而且在性能以及外觀上都得到一定程度上的保障。在我國以前的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要是依靠人工來實(shí)現(xiàn)電氣工程的整體設(shè)計(jì)，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中需要大量的成本，進(jìn)行人力的投入，而且人工操作難免會(huì)產(chǎn)生誤差，不同設(shè)計(jì)人員之間也難以實(shí)現(xiàn)完美配合。所以，在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)問題，由此我國傳統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)質(zhì)量相對(duì)較低。但是，隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，在現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)能夠成功地采用CAD技術(shù)，對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的優(yōu)化和統(tǒng)籌，在一定程度上，縮短設(shè)計(jì)周期，而且也能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)質(zhì)量提供保障。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，遺傳算法是較常用的，這種算法在先進(jìn)性、實(shí)用性以及高效性上都有較為優(yōu)異的表現(xiàn)。

結(jié)束語

綜上所述，隨著節(jié)能環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展等環(huán)保能源發(fā)展理念受到社會(huì)的廣泛關(guān)注和認(rèn)可。為了滿足時(shí)代的發(fā)展需求，對(duì)電氣自動(dòng)化工程中的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化十分重要。在電氣自動(dòng)化工程的應(yīng)用中，必須進(jìn)行科學(xué)的節(jié)能設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的協(xié)調(diào)。在節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，必須遵循科學(xué)的原則，采用科學(xué)的方法，提高節(jié)能工程的總體效果和質(zhì)量，全面提高電氣自動(dòng)化工程的應(yīng)用效果。