电气工程自动化及其节能设计的应用研究

付晨

（青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266000）

引言

随着我国经济的飞速发展，电气行业在这个过程中也得到了更大的扩张，而且电气工程的应用也不断增加。新兴的节能设计技术，能够在一定程度上帮助电气工程行业稳定发展。在帮助相关企业提升经济效益的基础上，也能够帮助电气工程向着自动化、节能化的方向不断发展和推进，提高工程质量，对于电气行业的稳定发展起着非常重要的支撑作用。此外，人们对生活质量的要求变得越来越高，随之而来的就是资源的消耗速度变得越来越快，我国目前已经出现资源以及能源紧缺的现象。这种情况已经引起了我国的高度重视，在电气自动化工程应用过程中逐渐强调对于节能设计的应用，如何将整体的技术进行研究和分析，并且在资源管理过程中，为做好资源整体化、节能化提供可靠依据，是近年来人们尤为关注的问题之一。

一、电气工程自动化的相关含义

在社会的发展过程中，电气工程实现了长期的发展，也形成了一个相对更加完善的体系，使自动化体现出更加人性化的特点，也为我国的社会建设提供了更加丰富的经济效益。在电气工程自动化方面，未来的主要发展趋势主要体现在三个方面，即一次设备的智能化方向、一次设备在线监控方向以及电力互感器方向。其中一次设备在线监测方向主要是由多个微处理核心的控制采集器，来分散地对不同部分的工艺流程数据进行采集和控制，通过相对应的数据通信系统和中央控制器进行联网，对生产过程进行集中监控的一种系统。在电气工程体系中的具体应用主要是采取数据网络技术，通过复杂的网状网络结构服务器，实现对电气工程的区域管理，并通过相关的单位实现数据库的引擎，提高电气工程自动化系统运行的安全性。

二、电气自动化节能设计原则

电气自动化节能设计得原则可以表示为图1。在设计原则的指导下：（1）优化供电和配电系统设计。电气自动化设备在使用过程中会消耗大量电能，这将导致电力短缺并增加生产成本。要保证电气自动化工程的正常运行，需要给予其足够的动力支持，所以对供电和配电的要求就是尽可能进行优化以降低电能的损耗。要积极引进先进的节能技术，以确保电气自动化项目的节能效果最大化同时要保证生产效益技术遥遥领先。在当前经济不断发展且城市化进程不断扩大的现实条件下，需要充分考虑供配电系统的电气设备用电需求以及社会用电需求的不断提升，优化设计供电和配电是的能够实现电能的合理利用，以最小的能源消耗创造更大的经济效益和社会效益。（2）加强电气设备管理。在电气设备生产过程中，大多数电气设备并不总是以高于额定功率状态运行的，而是更多地在低于额定功率的条件下运行，这就造成电能在大多数时间里是浪费的。因此需要加强电气设备的管理来提升设备的运行效率，或者通过无功补偿来调节其运行状态，使得能源的利用效率从根本上大大提高。（3）设计合理的负荷系数。在电气设备生产设计过程中，其运行的负载系数是不可马虎的，只有合理设计负荷系数，电气设备的运行负荷率和用电效率才能显著提高。但是，电气设备的设计需要满足安全性的先决条件，尤其是在设计某些特殊的电力和电气设备的负载系数时，电气设备需要根据电气设备的具体运行条件进行调整，以确保电气设备不会发生安全事故。因此，在设计电气工程时，必须设计合理的负载系数，以便在确保安全的同时还能够实现节能的目的。

三、电气自动化工程中节能设计的要求

（一）先进性

当进行电气自动化工程时，还应该考虑电气自动化的先进性。虽然说运用这种技术的就已经具备了一定先进性，但应用节能设计技术也要充分考虑先进性这一要素。将先进的科学技术于节能设计技术充分融合，进而优化现有的节能设计技术，这也是时代对于电气自动化工程的新要求。任何新技术的诞生都需要先前技术的经验，通过对旧技术的更新，进而造就先进的新技术。因此，为了促进自动电气化工程的进一步发展，就需要持续更新现有的电气自动化技术。

（二）节能性

当进行电气自动化工程时，相关企业不仅要重视自身的利益，还要科学地认识到节能问题。在电气自动化工程的实际应用过程中，应更加注重节能。能源和环境保护是电动自动化时代提出的一个新思想，在电动自动化的实际应用过程中应更加注重节能减排。所谓的节能，不仅要求在电气自动化项目中减少自身的能耗，而且还要求在项目实施中减少对周围环境的污染。

四、电气自动化工程中的节能设计技术

（一）合理选择变压器

变压器在电气自动化系统运行中发挥着十分关键的作用，同时也是节能设计的重点，原因在于变压器可以直接影响电气系统的用电功率，影响电流电压的有效切换。这要求在变压器选择时，要对节约能源作深入的考量，通过使用规定变压器型号来实现控制其有用功率消耗量的目标。为实现这一目标，在变压器选择时要对以下原则作充分的考量：（1）严格遵循节能原则，尽可能去使用铜片和绝缘材料。（2）铜材料在变压器运行中发挥着重要的作用，出于节能考虑，要有效提升铜材料的应用频率。就近年来的变压器设计来看，通过在电线电柜中使用硅材料来代替铜材料，可以实现两方面的目的，一是可以确保变压器在空载运行过程中有很好的运行效率，二是可以最大限度减少变压器运行过程中的能耗，以此来实现节约能源的目的。（3）目前来看，市面上的变压器类型较多，在选择时会有一定的难度，为此要始终秉承选用节能型的变压器这一原则。待正式投入使用后，要做好维修保养工作，并在使用一段时间后及时更换，这对确保变压器功能有重要的意义。（4）变压器设计时要考虑采用一些单相自动补偿设备，原因在于通过单相自动补偿设备可以有效确保流动的三相电的电流处于平衡状态，可以最大限度减少变压器自身所承受的消耗。另外，也可以考虑将单相用电设备连接到三相电源上，以此来有效避免负荷不平衡问题的发生，这样也可以实现控制变压器电能损耗的目的。

（二）做好变压器方面的选择工作

在对电气自动化系统进行设计时，应该在中心地方放置变压器，在这里进行节能设计，可以有效地减少电气自动化的能耗。设计原理主要是变压器可以有效地阻止电气系统中电流与电压智联的转换。第一，在材料选择上，工作人员应优先选择节能环保的材料，比如：铜、绝缘材料等。第二，应该较多的选择铜作为变压器的主材料，铜在变压器中起着十分重要的作用。它能够代替变压器中的硅，可以有效地提升变压器的运行效率。还可以起到降低能耗的作用，进而起到节能效果。第三，在商品市场中有多种材质和类型的变压器，工作人员应该首先选择具有节能效果的变压器，定期对变压器进行检查是否存在问题，发现问题及时解决，并经常对变压器进行更换，进而使变压器一直保持在最好的状态。第四，在进行设计时，对变压器的功率和数量进行科学合理的计算。在不同的项目中对于电量的要求不同，需要根据项目的具体需求选择变压器，在电力系统中放置变压器容量低会降低变压器的使用时间，在电力系统中放置变压器容量高会造成资源浪费。因此，在选择变压器的过程中，设计人员必须根据电源系统的实际状况和实际功率数据选择合适的变压器。

（三）优化节能设计方案

在对电气工程进行相关节能设计的过程中，涉及的方面较为宽泛，而且整个操作的过程十分复杂，这就要求相关的电气设计人员拥有非常足够的设计经验以及专业能力，才能够对电气节能方面的相关内容进行十足的掌握，按照国家规定的规范和原则进行科学合理的设计。这使得电气工程最终呈现出来的效果符合国家标准，而且在性能以及外观上都得到一定程度上的保障。在我国以前的传统设计中，主要是依靠人工来实现电气工程的整体设计，所以在进行设计的过程中需要大量的成本，进行人力的投入，而且人工操作难免会产生误差，不同设计人员之间也难以实现完美配合。所以，在设计过程中经常会出现问题，由此我国传统电气设计质量相对较低。但是，随着信息化技术的不断发展，在现阶段，设计人员已经能够成功地采用CAD技术，对相关的设计进行科学的优化和统筹，在一定程度上，缩短设计周期，而且也能够为设计质量提供保障。在进行设计的过程中，遗传算法是较常用的，这种算法在先进性、实用性以及高效性上都有较为优异的表现。

结束语

综上所述，随着节能环保，可持续发展等环保能源发展理念受到社会的广泛关注和认可。为了满足时代的发展需求，对电气自动化工程中的节能设计进行优化十分重要。在电气自动化工程的应用中，必须进行科学的节能设计，以实现环境保护的社会经济效益与生态效益的协调。在节能设计过程中，必须遵循科学的原则，采用科学的方法，提高节能工程的总体效果和质量，全面提高电气自动化工程的应用效果。