电气自动化的节能设计技术分析

李 俊

上海市南供电设计有限公司 上海 201199

引言

作为新型技术，电气自动化在生产生活中扮演着重要角色，显著提升了生产效率、大量节约了人力、物力。在经济快速发展的同时，社会深刻认识到节能环保的重要性，提出经济效益的增加不能以牺牲环境为代价。在此背景下，相关企业也采取一系列措施对节约能源表示大力支持。基于此，提升电气自动化的节能设计技术显得尤为必要。

1 电气自动化节能设计基本原则

1.1 环保 对电气自动化工程进行节能设计的主要目的是减少对于自然资源的利用，提高能源利用效率，以此实现企业经济效益的提升。除此以外，设计过程中还需要将其与低碳环保相结合。在材料的选取上，技术人员需要把环保作为重点选择依据，同时兼顾适用性和可靠性，做好维护检修工作，一旦发现老化破损部件或线路应该及时更换，更换的同时注意保护周边环境，避免使其受到污染[1]。

1.2 经济 相关技术人员应该深入了解企业的经济状况，在设计过程中应该将成本控制考虑在内，结合企业自身实际情况制定出可行性方案，避免为了一味追求节能环保而超出企业的承受能力，增加企业负担。即无论是在设计环节还是在设备维护更换环节都应结合企业实际，通过仔细斟酌得到最佳方案，确保在节约能源的同时尽量减少成本投入，尽量保证企业的经济效益。

1.3 可靠 电气自动化的节能设计不能以牺牲企业经济效益和人民利益为代价，应该最大程度地保证企业的发展。单纯追求设计中的节能无法促进生产的各个环节有效运行，工作效率和整体水平也会有所下降。因此，技术人员必须加强重视设计的可靠性。

1.4 安全 任何工作，安全都应该排在首位，对于电气自动化节能设计来说，虽然着重强调了节能的重要性，但是安全问题也应引起足够的重视。在设计中，相关人员务必基于安全原则的基础展开工作，为此需要加强安全管理力度，以确保设计工作的顺利进行。

2 电气自动化节能设计技术要点

2.1 变压器的设计 变压器能够通过改变缠绕线圈的数量比例实现对电压或电流的控制，借助一定技术手段可以尽量减少电能在两相邻线圈之间传输过程中产生的能量损耗，使传输中的功率保持稳定。值得注意的是，由于不恰当的运行，变压器很容易出现空载损耗，造成一定的能量浪费，为此，对变压器进行节能设计尤为必要。

首先，要严格控制材料的组合和选择。通常情况下，生产变压器的必需材料包括铜片、硅钢片和其它绝缘材料，加工过程中需要按照科学标准进行配比，如果某种材料比例低于或高于理论水平，整体性能就会受到很大影响，能量损耗现象随之发生。因此，在材料配制阶段，应依据严格要求科学计算出每种材料的理论用量，并按照计算结果进行选择和使用，以确保设备的正常运行和节能效果。采用铜质导线作为配电柜和导线的主要材料，并采取恰当的措施对导线进行换位处理，同时控制好硅钢片的薄度，使之达到一定标准便可以有效降低变压器出现空载运行的可能性，减少能量损耗。

其次，控制变压器的运行时间。任何设备运行过程中都不可能完全避免能量损耗，节能变压器长时间使用也会产生热量，久而久之就会对设备造成损坏；同时，运行过程中会受到其它外部环境影响增加设备的老化程度。加强设备保护就是在节省材料，进而节约能源。

再次，选择正确的安放位置。变压器应该选择安放在用电高度集中的地点，可以缩短设备之间的距离，减少电缆的使用量，以此降低成本；此外，设备相对集中的放置方式可以给管理带来便利，提升管理效率，增加企业经济效益。

最后，需要根据实际需求合理配置设备的容量。如果容量过小，设备便会经常处于满载状态，长期的运行会加速老化，缩短使用寿命；若容量过大，设备会经常处于轻载状态，降低了能量利用率，产生大量的资源浪费。在数量方面也应该根据实际需要进行设置，数量过少无法满足使用需求，过多又会造成浪费。因此在投入使用之前应该深入了解电气自动化工程系统的详细情况，实现变压器数量和容量的科学分配。

2.2 减少线路损耗 电流在流经线路时会出现一定程度的电能损耗，该现象经常出现在电气自动化系统中，由于构成输电线路的材料中存在电阻，其会对电流产生一定程度的阻碍作用，由此将电能转化为热量散发出去。电阻越大，能量损耗越大，而电阻的大小同时由导体的长度和横截面积决定，对于不同种材料而言，电阻率会有所不同，即便长度和横截面积一定，电阻也会产生差异[2]。为了减少输电线路中的能量损耗，需要从三个方面着手加以改善:

第一，采用电阻率较低的材料作为导线首选材料，由于铜材料电阻率较小，导电性能较好，而且价格相对低廉，因此实际应用中铜导线出现的概率较高；第二，通过减少线路的长度来减小电阻，为此可以减少线路的缠绕，尽量以直线方式设置线路，避免增加不必要的线路长度；第三，扩大导线的横截面积，尽量选择粗导线接入电路中，以便有效减小电阻。

2.3 运用无功补偿 所谓无功补偿即采取恰当的方式减少电路组成中的电源设备、变压器以及输电线路中无用功，提高电能向有用功的转化。目前，无功补偿广泛应用于电气系统中。很多用户认为，无功功率会产生一定费用，用电成本有所升高，不仅无法增加经济效益还会在一定程度上造成经济损失。为了能够发挥无功补偿的真正作用，可以在其中加入相应设备，以便能够达到无功就地补偿的效果，提高功率因数的同时明显减少了电量损耗。在设备选择上应该遵循三方面原则:

第一，无功补偿中的电容器有关参数必须能够承受实际需要的最大负荷以及其他方面的需求，若补偿过程中产生谐振波，可以采用相应设备减少其产生；第二，为了尽量消除无功补偿中的过量补偿或无功倒送等现象，应该以无功功率参数作为基准选择电容器；第三，传统电容器采用的等容量分组方式、投切开关采用的循环投切方式等均未能在无功补偿中显示出显著效果，因此，经过不断优化，现在的投切方式采用模糊投切，该方式具有较好的适用性和跟踪效果，弥补了传统方式的不足。

2.4 选择有源滤波器 随着用电需求的进一步加大，电气自动化设备也大幅增加，因此其中产生的谐波电流呈现明显的增加趋势。谐波电流的振动能够产生磁场，磁场的振动又产生电压，通过该电压与原有电压的重合产生了畸变电压，电压的畸变现象极易引起设备的错误运作。为此需要采取有力措施消除谐波电流的产生，有源滤波器在此方面作用明显。有源滤波器的使用需要为其提供电源装置，可以对谐波电流进行动态抑制，同时具有无功补偿的作用。有源滤波器可以在进行无功补偿过程中消除其中的谐波电流，而且不会产生谐振现象，效率较高，效果明显。但是，由于其技术含量较高，价格方面处于劣势，因此在用电量需求较大的场合非常少见。此外，有源滤波器对于电压的承受能力较低，通常情况下不能超过690V，因此实际应用受到限制。

2.5 提高系统功率 一方面，提升自动功率和负载能力，在满足正常需要的基础上尽量减少电动机的使用，以此减少电能消耗。另一方面，实现电动机的变频控制，当负载较小时自动降低运行频率，减少无用功。以上方法无需添加额外设备，通过减少无用功来提高系统能量转化效率，降低成本投入，高效简捷。此外，借助人工补偿的方式提高系统的功率因数，并且通过安装补偿设备实现就地补偿，有效减少了无功传输，具有较好的节能效果。

2.6 加强电缆设计 电气工程中，电缆占据成本中的大部分比重，而且，在后期维护中还会产生一定费用。在电缆的设计阶段应该综合多方面进行考虑。一方面通过控制横截面积、长度对电阻加以控制，尽量避免传输过程中的能量损耗；另一方面应该重视电缆的安全性，降低安全事故的发生概率。现阶段，由于受到技术和经济等方面的约束，可供选择的电缆材料主要有铜、铝和钢，应根据实际情况选择合适的材料[3]。

结论

电气自动化技术已经在电力系统中得到广泛应用，并且体现出巨大的价值。在经济效益提升的同时，社会越来越重视节能环保，为了顺应发展，电力企业也在尝试多种办法对电气自动化设备进行节能设计。通过合理选材、科学计算设备的配置数量和容量、运用有源滤波器等实现了系统的节能性。相关企业应该大力响应社会需求，促进电气自动化的节能环保，提升社会发展的整体水平。