电气工程自动化节能设计技术的研究与应用

齐崇勇

华电江苏分公司

0 引言

电气工程自动化专业是电气信息领域的一门新兴学科。由于这项专业与人们的日常生活及城市的工业发展密切相关，因此也受到了大家的广泛关注。如今，电气工程自动化专业发展十分迅速。电气工程和自动化已经成为高新技术产业的重要组成部分，在农业、工业、国防等领域中都有广泛的应用，在国民经济中发挥着越来越重要的作用[1]。为了响应国家有关节能的号召，电气工程必须运用节能设计技术，寻找出一条可持续发展的道路。

1 电气工程节能的重要性

1.1 环保约束要求节能

随着社会的发展，电已经成为人类生活中必不可少的商品。目前，火力发电是我国最主要的发电方式。火力发电消耗的是不可再生能源，会排放污染性气体，如SO2、NOx和有机污染物等气体污染物，严重影响了地球生态和生物多样性，对人类的生活和健康造成了较大影响。从环境保护方面考虑，对电气工程进行节能是必须的[2]。

1.2 可持续发展要求节能

从1831年法拉第发现了电磁感应以来，人类进入了电器时代。100多年来，科学技术不断进步，电器设备也越来越多样化，新型设备的不断出现，也是对能源的一大挑战。如今，能源的短缺是全社会共同关注的重点问题，因此从科学发展、可持续发展等方面考虑，电气工程有必要进行节能设计。

1.3 社会进步要求节能

随着科学的不断发展，人们对于生活的标准越来越高，对日常生活的居住环境要求也在不断提高。随着对能源需求的不断增大，能源也越来越紧缺，要解决这个问题，就必须对电气工程采取节能措施。这不仅是适应时代的进步，满足现代生活的基本需求，而且通过电气工程自动化技术的节能创新，可以提高生活中各种电器的使用效率，达到减少能源消耗的目的，提升社会经济发展的质量[3]。

2 电气工程节能的现状

2.1 电气工程自动化程度较低

电气工程自动化技术在我国工业生产中起着很重要的作用，提高了工业生产的效率。但从目前发展来看，在工业生产中，自动化的程度仍然落后于发达国家。我国现有的自动化技术往往只能完成自己独立的几项工作，而且这几项技术还需要通过多个设备共同协作才能完成。在整个电气自动化的过程中，不同环节之间的“交流”很少，这样就不能形成一个完整的自动化链，影响了整个大系统自动化的进程[4]。

2.2 电气工程自动化耗能大

目前，我国对于电气自动化尚没有统一的标准，相关企业主要针对自身情况及利益考量进行设计开发，系统节能的考虑相对较少。这就导致了虽然我国现在发展十分迅速，但是面临的能源问题也十分严峻。相对于发达国家，我国的能源缺口仍很严重。如果国家对于各种自动化设备有严格的节能标准和要求，各企业大大增加节能投入，能源消耗的问题便会得到改善。

2.3 自动化的建设较为落后

目前，由于我们国家对于电气自动化没有统一的标准，企业内部的各项设备又是从不同的制造厂家进行采购的，而不同供应商的设备设计结构和标准往往各取所需，导致在设备运行的状况下，各厂家提供的设备零部件之间的信息传递不稳定，配合不够默契；导致企业内部的电气自动化没有很好的能力进行适应，从而影响电气自动化的建设[5]。

3 电气工程节能的措施

3.1 电压的配置选择

在电气工程中，首先要做的是确定电气工程中电压等级的选择，以获得节能效果。例如，当前通用电气工程中的中压配电电压为10kV或者20kV，低压配电电压为220V或380V[6]。对于电压的选择，需要进行全面考量。电压选择与许多因素有关：一是国家电网在当地的供电设备的特点；二是电气工程中的电源电路数量；三是电力用户的计算电压容量；四是电气工程所在地区的发展水平。高压电网和低压电网在选择时也有不同：选择低压配电网的情况是用户的电力用于低功耗；选用高压配电网的情况是用户的计算能力，电气设备，单电源仪表电源的距离和计算负荷超过一定的范围内。在电压选择过程中，需要参考上述要求选择正确的电压以避免浪费。

3.2 供应系统和分配系统的具体设计

在电气工程的节能设计过程中，只有采取以下节能措施时，供电系统和配电系统才能同时实现节能效果：电源设计过程和配电系统要求尽可能简单和可靠，在设计阶段避免出现过多的配电级数。原则上，同一电压系统的配电原则不应超过两个等级。在低压时原则上不应超过三级，同时三级电力负荷不允许超过四级。在节能设计过程中，电网系统的变压器必须通过相应的技术手段深入电力负荷中心，通过缩短电源线的半径以有效地减少传输损耗。因此，这就要求国家电网的地方供电公司要科学合理地设计供电线路，合理规划相关供电线路，避免出现线路重叠，为节能提供基础支撑。

3.3 变压器的选择

电气工程的首要任务是选择变压器。变压器的选择必须根据用户对节能的需求进行设计和选择。正确选择变压器也是节能的重要组成部分。例如：民用电的变压器选择，应该考量的是用户的分段用电量。当出现功耗不均和突然耗电的现象时，有必要考虑选择使用专用变压器。需要强调的是，电网的变压器失调可能是三相电流没有均衡分配所致。在这种情况下，线路中变压器的损耗会增加。三相电流的不平衡比例与变压器的损耗成正比。三相电流不平衡越大，变压器的损耗就越严重。因此，电气工程节能设计应从三相电流平衡设计入手[7]。

3.4 降低电能在传输过程中的损耗

在电气工程的节能设计中，应尽最大努力减少传输过程中的电能损失。通常的做法是选择导电率低的材料。在设计过程中，如果当地经济条件允许，选择铜电缆进行电路设计是较好的方案。同时，在电路设计过程中，必须保持电路趋势直线化，缩短电线长度。根据电线的加热情况和电压的损失，选择电路中的电线是科学合理的技术路线[8]。

3.5 改善自然功率因数

自然功率因数是供配电系统未输入无功补偿装置时的有效功率与无功补偿装置输入配电系统后的功率之比。自然功率因数的选择可以有效改善整个动力系统。为了实现这一目标，可以减少线路损耗并减少无功功率和恒定有功功率下的负载电流负载，可以使用改进的自然功率因数无功功率补偿器实现就地补偿。该补偿器可以减少无功功率传输线损耗并实现电气工程中的节能目标，达到电气工程节能的目的[9]。

4 结语

随着国家对节能工作的越来越重视，随着电气设备生产技术的改进和节能减排意识的提高，电气工程的节能工作有了一定的成效。为了使电气工程进一步提高节能的效果，以适应社会需要，满足国家可持续发展的要求，应该加大节能力度，将节能的理念贯穿于整个用电过程。从生产到管理，从输送到使用，都应该以节能为目的，为合理利用资源做贡献。