电气工程自动化信息技术及其节能设计探讨

左云龙，郭健，季红春

（郑州博努力计算机科技有限公司，郑州 450000）

1 引言

随着我国工业化高速发展的推进，社会各行各业对电气工程系统的使用黏性与日俱增，给予该领域发展机遇的同时，还存在着一系列难以忽视的能源问题。现阶段，我国电气工程自动化信息技术面临着功能不全、能耗较高、信息化建设不足等问题，在如今能源储量日渐紧张的宏观背景下，诸多问题亟待解决。基于此，有针对性与系统性地开展电气工程自动化信息技术的研究，以多维度的融合节能的设计理念为切入点，并以此探讨节能设计的最优路径，有助于促进我国经济的绿色可持续发展。

2 电气工程自动化信息技术简介与发展现状

电气工程学作为新时代背景下的一个核心专业领域，对工业化国家的社会经济发展进程具有难以取代的主推能力。电气工程系统的稳定与便捷，致使其应用范畴逐渐普及于社会各行各业，并与当前的诸多产业，如能源动力、推进控制系统、信号传递、现场管理等，都具有非常高的结合程度，而且早已成为这些产业中很重要的一部分。换言之，电气工程的自动化信息水平直接反映着我国当前阶段工业发展的质量。电气工程自动化技术对于实现电气工程及其自动化领域的自动化、智能化等工作目标有着重要的帮助，而且相对于普通电机工程科技的优越性也非常突出，主要集中表现在两方面：首先是日渐自动化的电气工程系统能有效地在运行及使用的过程中降低其中的人力消耗与时间消耗，进而避免量化资源的浪费，在一定程度上提高了作业单元的效益；其次，有利于电气工程系统的资源共享、信息采集与储存等，并在原有的基础上实现创新，有利于各种先进技术手段的交织互融，最大化彰显该系统的智能化与自动化效益。基于此，电气工程自动化信息技术已成为经济可持续发展的必然趋势。

3 电气工程自动化信息技术发展中的困局

3.1 功能不全

在经济社会高速发展的宏观背景下，我国的电气工程自动化信息水平受到多维社会发展因素制约，集中体现在其建设过程中的使用功能不全，无法基于全面需求满足整体工作单元的电气工程系统的需要。对现阶段已有的智能化电机工程设备而言，通常一个装置可以进行一至两个工作，但对一个工作过程复杂的项目而言，就需要多套智能化电气工程装置协同工作，而多套装置内部的信息交换受限，缺乏系统化的信息获取与管理，这也影响了电气工程与智能化装置的智能化水平，加剧了工作的难度与负荷量，由此降低运行效率。因此，需要优化电气工程自动化信息技术的运行结构，科学统筹资源，多维度提高工作效率。

3.2 能耗较高

在电气工程自动化信息技术多元化的发展过程中，由于现阶段电气工程系统尚未健全标准化、统一化的设计原则，进而导致诸多相关企业在运行中往往只是结合自身的发展需求对其进行优化与运用，且优化的目的只是基于表面提高电气工程系统的实效性，并以此获取更高的经济价值，在此过程中诸多企业为了有效地降低设计成本，并未对节能设计环节投入足够的建设力度，也因此导致此技术的优化与革新存在局限性，相较于其他发达国家还存在一定的差距。因为节能设计的滞后与不足，导致相关企业在该项技术运用时，通常出现诸多能源消耗问题，并由此增加运用的经济成本。

3.3 信息化建设不足

相对于世界先进的电气工程系统研究，我国的该领域的研究起步较晚，由于诸多外界因素的干扰与制约，致使我国电气工程的信息化建设存在滞后性，主要表现在：第一，我国对该领域自动化设备并无统一规范的运行准则，各个使用单位根据自身的工作情况与需求进行个性化的规范与调整，进而造成了各级单位间的沟通困难，且并未获得相关企业内部的协调支撑；第二，对该领域的信息化建设投入力度尚浅，由于诸多电气工程机械设备只能浅显地应付一线工作的基本需求，未能充分考虑到对信息化交流平台建设的实际需求，并且大量购入此设备，相关企业也不愿意支付额外的经济费用支撑其信息化设备的购入，因此导致现阶段该领域的信息化建设不足。

4 电气工程节能设计的原则

4.1 适用性

在进行电气工程节能设计时，各个环节始终要围绕安全性为基础原则进行设计与优化。无论是秉持绿色环保的概念进行节能降耗的设计，还是提高电气设备的工作效益，都应以安全运行为基础，而后开展实施，以此促进电气工程企业的高质量发展。设计研究人员在电气工程的节能设计环节中，应加大对相应电气产品质量的检测与关注，不能因为过多节省电力而造成质量出现问题，因为该做法容易造成产品的安全隐患问题。节能设计还应以电气产品的科学、可行的生产为前提，避免电气工程系统因自身的运行问题而造成生产故障，从而最大化体现出控制系统本身的节电特性[1,2]。

4.2 环保性

在电气工程实施过程中，进行节能设计时还应充分考虑到工作环境。尽管其设计根本上是为了节约能源，但终极目的还是要对地球生态环境发挥防护功能，所以电气自动化系统就应该在环境保护基础上，运用降低能源的方法实现节电设计目的。此外，还需要设计师具有较强的环境保护意识，使其能基于多元化的视角开展电气设计工作，包括材料、工艺技术等方面实现节能的环保目标，最终使得电气工程自动化信息技术得到质的飞跃，切实提高其工作收益，多维度使相关企业的经济效益最大化[3,4]。

4.3 综合性

在该技术实际运用的过程中，除必须强调安全性和环保性之外，还应重视综合性的使用效益，在这里具体是指各企业的综合经济效益。以往为保证电气设备行业的经济性，常通过“材料替换”的方式减少企业投资成本，而这些方式尽管具有经济效益优点，但同时也会影响电气设备的应用效益，从而导致企业后期出现了维修成本增加的问题。所以，在电气工程自动化技术的节能设计流程中，因地制宜，根据企业的发展实情制定节能设计方案，进而保障自动化信息技术的最大效益。

5 电气工程自动化信息技术中的节能设计

电气工程自动化信息技术的节能设计是必然的升级优化方向，意义深重。本文就某制造业企业照明节能设计照度结果实证分析（见表1），有无节能设计的照明效果差异较大，节能设计的运用能最大化减少能耗，进而提高运行生产的效率。

表1 某制造业企业照明节能设计照度数据

5.1 配电系统的优化设计

基于节能设计理念，必须对配电控制系统进行相对应的优化设计。将配电控制系统和电力智能化技术加以科学、合理的匹配，这样可以使电气工程智能化技术的协调性和工作效能获得明显的提高。在电气工程智能化技术的运用过程中，对智能化工作所包含的每个环节，必须加以严密的管理与监控，有效保证整个电机工程智能化操作的有效性。并且，就算在工作的流程中发生了故障，也可以有效地进行上报处理，防止因为问题没有处理而影响电气工程自动化控制系统的工作。最后，对于配电控制系统中的通信导线，是整个配电控制系统中十分关键的部分，在配电控制系统的工作流程中有着效益非凡的作用力[5]。所以，在进行导线选择的过程中，要秉承因地制宜的原则，依据发展实情选择通讯导线，最大化彰显运行效益，避免浪费，进而提高电气工程系统的工作效率，保障其稳定运行。

5.2 合理选取变压器

变压器的选择是节能设计尤为关键的内容，也是制约电气工程自动化信息技术节能效益彰显的核心要义，所以，在实施节能设计的过程中，一定要对变压器做出正确的选型。而由于变压器的材料不同，其在工作过程中产生的影响也不尽相同，因此，铜质变压器在工作时期产生的输出电量消耗问题往往要远远小于铁质变压器，所以，在进行节电方案设计的过程中，就要尽量地选择铜质变压器。而想要更进一步提高其节电效益，就要保证所选用变压器存在着较小的能源消耗设计，进而能具有针对性地减少运行过程中的能耗。当然，对变压器的选用也一定要以工程的实际需要和电气企业节能目标为基准。首先，一定要保证变压器的节电功效，具备节能效益的变压器则可有效地降低内部运行的各种因素影响，但一旦不具有良好节电功效时，受多种能源因素的影响就会使变压器产生功率突然增加的状况，从而难以获得一定的效益；其次，要对变压器中的电压做好管理，增加其额定电流均衡性，避免因为电压不平衡对变压器产生损坏，以此顺应节能设计的目的，切实提高其运行效益。

5.3 优选自动化电能装置

5.3.1 无功补偿装置

无功功率的产生会造成电气工程自动化系统出现容量空间变小等状况，影响较为严重时可能会导致内部线路质变问题，故因根据电气工程的实情选择无功补偿设备，以满足工作所需，已达到最稳定的运行状态，以此减少能源的损耗。当系统所产生的功率因数小于0.9 时，将严重加大公司的经营压力。所以，无功补偿设备的安装是帮助公司节省生产成本的关键因素。在制定该设备规格时应以容量要求、设备电压容量、谐波率为基础，通过并联方法实现安装具有良好的实用价值。

5.3.2 有源滤波器

有源滤波器的有效融合使用是基于保障节能设计效益彰显的重要设备。通常情况下，当电气设备系统受到谐波影响时，就会极大程度降低工作运行效率，同时还会提高系统运行故障的产生风险。此时，就应该在有源滤波器的辅助下减少谐波，从而为电气工程自动化技术的运用奠定基础。

5.3.3 电阻器

电阻值是影响电气工程系统能源损耗指数的量化指标，基于此，在进行节能设计时应科学合理地选择电阻器（400 kVA 配电变压器补偿装置运行记录如表2所示），以此运用电阻杜绝了系统的短路电流问题，又可从低温电阻材料、厚度、横截面等参数控制电阻器的阻值。另外，还应该确保在能量传递阶段不能产生很大的电流量。因为通常电阻器阻值越大，其功率也会更大。基于此，还应依据节能的需求选择电阻值较低的电阻器，以此减少能源消耗，并依靠电气工程系统严格设置的线路布置情况准确判断电阻器的运行性能，进而保持电气工程设备的稳定性。

表2 400 kVA 配电变压器补偿装置运行记录

5.4 融入PLC 自动控制理念

在进行节能设计环节时，若是能融合PLC 自动控制理念，则电气工程系统的节能运作将事半功倍。其中PLC 技术是现阶段节能特性尤为显著的一种自动化信息技术，其是根据人类的思考方法进行模仿，因此当运用到电气工程及其自动化系统时，不仅可以加快电机工程信息化建设，同时还可以有效提升工作效率，从而为电气工程及其自动化系统提供重要的安全保护，主要体现在如下方面：第一，远程控制管理和智能化系统故障诊断服务，利用PLC 技术可为电气工程以及自动化生产中的智能化控制系统进行自动化管理。例如，可以对隔离开关、断路器等设备进行科学的数据处理，并按照具体分析结果对有关设备实现远程管理，以此避免安全隐患。故障诊断以通过PLC 技术进行对电气工程系统的合理且全面的内在安全隐患评估，并通过评估数据加以修正，以保证确定安全问题出现的故障段的同时最大化保障企业的经济效益，多层面地帮助工作人员准确判断故障段，减少在此浪费的时间，以此提高产品运行生产的效率。第二，实现融合发展，现阶段PLC 技术已与先进的信息化、自动化的技术进行融合，PLC 技术将可以作为企业智能化管理设备，为电气工程企业实现节能目标提供了巨大助力，从而带动电机工程的高效发展。

5.5 提升应用效率

相关企业若是想提升内部的运行与使用效率，需以相关的信息技术为应用基础，在多维度提高工作效率的同时，有针对性地将系统的运用成本做反比计算。为了在节能工程中实现这一目标，首先，需要客观分析其中的资源运用情况，并强化其中各类设备的联系，由此来提高系统电力的传递效率与输出质量，并改善各种装置的工作效率，同时尽量减少辅助环节和人工作业，这对效率的提高和节能降耗效果的达成有着十分积极的意义，并可以在降低设备消耗的同时，将设备使用寿命适当延伸。其次，要在装置内部形成一种自动化的控制系统，减少系统开关次数，并以此实现了降低其能源消耗的目的。最后，在实施节电设计的过程中，必须针对负载数值加以考量，并且要根据各装置的实际工作状况，进行负荷的调节工作，以使得负载之间能一直处于均衡状态下，在提高电力输送效能的同时，也使消耗问题有效地减少。

5.6 降低自动化设备损耗

节能设计的主要目的是妥善解决运行过程中的能源消耗问题，进而促使电气工程系统具有更高质量的节能性能。首先，在导线的选择方面，应对诸多导线类型进行对比，进而选择电导率较低的导线，以顺应节能设计的目的，以此延长使用的寿命。其次，还可以企业的照明设备为节能设计的切入点，予以降耗处理。一般而言，在照明设备上进行节能设计能够有效帮助企业减少35%的经济投入，其中在电光源上可选择节能的LED、荧光灯等。据实证资料分析，250 W的纳灯所产生的能耗仅仅只有20 W。在照明方法的节能设计上，可基于实际运行情况选择混合照明、局部照明等方式，同时利用白墙的反射性能，多维度增加光的使用率，以达到节能的目的。最后，可基于设计方法与实际运行布置照明线路，减少经济投入，例如，220 V 电压，可以按照单相二线或三相四线进行供电设计，以此减少能源消耗，最大程度契合节能的设计目标。

6 结语

基于电气工程自动化信息技术的节能设计研究，能最大化彰显其运行价值，并在提高相关企业生产运营的同时，有效解决能源损耗的问题，这对推动相关电气企业的可持续发展具有积极的促进作用。基于此，电气工程系统的优化与升级应以节能为介入点，客观分析当前的不足，合理强化其节能设计，科学统筹资源，优化运营配置，强化运行效益，并为相关研究与运行领域提供多元化的技术支撑。