电气自动化技术在电气工程中的应用分析

王森

（济南建设设备安装有限责任公司，山东 济南 250033）

电气自动化技术是指以电力技术为依据，通过控制模块设计实现电力设备自动化运行的一种技术，在科技技术不断发展的大环境下，电气自动化技术的设计更新步伐加快，在电气领域上具有举足轻重的作用[1]。电气自动化技术的出现促进电气工程向新的时代迈进，就目前电气工程建设情况而言，很多地区仍旧使用老旧电气设备，运行效率无法满足时代需求，自动化水平不足。因此，对电气自动化技术在电气工程中的应用进一步进行分析，提高电气自动化水平，对于实现电气工程的节能调度、提高运转性能等具有非常重要的现实意义。

由于不同区域的经济环境不同，社会环境同样存在差距，相关专业人员在进行人才培养的过程中，具有不同的实践方式与教学体系。因此，电气工程相关专业人员的能力大不相同。对于技术工人而言，设备安装、调试、运维、检修等能力至关重要。传统电气技术自动化能力较为成熟，专业能力同样较高[2]。但是，随着电能的广泛使用，专业人员对电能的浪费问题逐渐凸显。如何将电气技术进行节能环保的设计成为电气工程的关键[3]。电气自动化的专业人才不仅需要具有专业能力，还需要具有创新能力，更需要具有节能环保的理念，多项能力与理念相结合，才能形成更佳的自动化技术。

传统电气工程的节能问题相关研究相对较少，且电气节能调度效果不佳，基于此，本文研究了电气自动化技术在电气工程中的应用分析这一课题，期望最大限度地提高电气工程的使用效果。通过实例分析可知，本文设计的电气自动化技术在电气工程调度过程中消耗的能量较少，且耗时短，表明本文所设计的技术具有较好的应用效果，具备较强的使用性和可推广性。

1 基于电气工程的电气自动化技术设计

1.1 平衡电气设备负荷

电气设备在进行自动化配电过程中，平衡电气设备负荷至关重要。自动化技术的设计主要是对电气设备的运行状态进行实时把控[4]。通过主控设备端口，对电气设备中的各个信息进行捕捉，当出现负荷不平衡的情况时，及时发出预警，减少电气设备出现的故障隐患。使用主控设备不仅可以监测到电气量的不良数据，还可以将数据进行存储，便于设备的后续运维。在电气设备正常使用的过程中，电气量相关负荷处于正常分配的状态；当电气设备长时间使用，内部会存在不可控因素，电气量会出现较为明显的波动[5]。此时，自动化监测能力的效果就会凸显，合理地控制电气量，进而平衡电气设备的波动负荷，稳定电气设备的整体电气量。

1.2 基于电气工程规划负荷分级

在平衡了电气设备负荷的基础上，本文利用电气工程实际施工标准，划分出电力负荷等级。规划负荷分级的本质意义是为工程提供稳定性需求[6]。对于建筑群而言，高层建筑较多，居住人口或办公人口较多，供电需求量较大，按照电气相关规范将其设定为三级负荷。对于单回路的供电设备而言，网络、安保、预警、家电等电气设备，供电需求量相对较少，负荷等级为二级。单回路供电示意图如图1 所示。

图1 单回路供电示意图

对于消防电力等电力供应设定为一级负荷[7]。不同的负荷情况对应着不同的负荷系数，分别计算出一级、二级、三级负荷系数，与电气设备容量之和进行比值计算，即可得出电气设备需求负荷值。在此条件下，可以对电气量进行估算，提高电气设备电气量控制效果。

1.3 计算无功补偿能量

本文在平衡负荷、划分负荷等级的基础上，对电气设备的无功补偿能量进行计算。一般情况下，电气工程会选取绝缘干式变压器作为变电设备，额定电压为10*2.5%/0.4kV，空载损耗为1.50kW 左右，负载损耗为7.012kW 左右，短路阻抗为0.06，声级为55dB。当变压器的容量低于1000kva时，电压会在10V/0.4-0.23kv 范围内变化，使电气设备的空载与负载损耗降低[8]。无功补偿主电路图如图2 所示。

图2 无功补偿主电路图

电气设备供电过程中功率因数在0.80～0.85 范围内，很容易出现能量浪费的情况，影响自动化技术的节能效果。因此，本文从电气设备低压侧展开无功补偿能量计算，公式如下：

式（1）中，U(t)为电气设备的无功补偿能量；Mp 为电气量比例系数；m(p)为电气设备电能的输入偏差；T 为调度时间。当U(t)≥1 时，电气调度能量消耗较多；当U(t)＜1 时，电气调度能量消耗较少。只有减少多余能量消耗，才能真正意义上实现电气工程的节能调度。

2 实例分析

2.1 工程概况

为了验证本文设计的电气自动化技术是否具有实用效果，本文以X 建筑群为例，对上述技术进行实例分析验证。X 建筑群位处于某市中心区域，规划用地面积约12000m2，是一个综合性质的住宅区域。该建筑群计划建设10 栋楼，每栋楼有40 层，可以商用也可以住宅使用。由于X 建筑群处于市中心区域，购买或租用的人群各项能力较强，喜欢单独居住。再考虑到商用的特点，将楼体建设成一梯一户的模式。因此，建筑总体面积可以达到28800m2，高度在100m 左右。为了保证X 建筑群居住人群的日常出行条件，该建筑群建设了两层地下车库，总面积可达到10500m2，可以停500辆车左右。由于X 建筑群楼体之间距离较短，建筑电气的设置至关重要。

X 建筑群的建筑电气设置情况如表1 所示。

表1 X 建筑群建筑电气设置

为了更加便于居民的居住，X 建筑群的供配电设计过程结合了实际需求，得出最佳供配电负荷，进而选择出合理的变压器，将整个建筑群形成一个电气配电框架。由于电气火灾经常发生，对于高层建筑而言，是较为严重的火灾情况。不仅会影响建筑的安全居住条件，还会造成建筑电气不稳定的情况。因此，在X 建筑群中的消防建设更倾向于预警与时效性，最大限度地降低火灾对建筑与人们的损失。除此之外，建筑群的电气工程设计从节能性、实用性、安全性、经济性、智能性等方面展开。其中，资源调度的节能性是关键因素。X 建筑群采用先进的电气自动化技术，在不弱化电气设备使用效果的前提下，将使用材料与电能的消耗降到最低，进而减少X 建筑群的能量调度消耗值。

2.2 应用结果

在上述条件下，本文选取150mA、200mA、250mA、300mA、350mA、400mA、450mA、500mA、550mA、600mA 等电气量作为基础。在标准能量调度消耗值一致的情况下，将传统电气自动化技术在电气工程调度中消耗的能量，与本文设计的电气自动化技术在电气工程调度中消耗的能量进行对比，具体应用结果如表2 所示。

表2 应用结果

如表2 所示，本文选取X 建筑群的150mA～600mA 电气量，不同的电气量对应着不同的能耗。在相同条件下，传统电气自动化技术在电气工程调度中消耗的能量波动较大，与标准能量调度消耗值相差±0.050kW 左右。其中，电气量为350mA 与450mA 时，调度消耗的能量与标准能量调度消耗值相差最多，为0.050kW；其余电气量调度消耗的能量从0.010kW～0.040kW 不等。因此，使用传统技术在电气工程调度过程中消耗的能量较多，节能效果不佳，需要进一步改进。而本文设计的电气自动化技术在电气工程调度中消耗的能量波动较小，与标准能量调度消耗值相差±0.001kW 左右。其中，电气量为250mA、400mA、450mA、550mA 时，调度消耗的能量与标准能量调度消耗值相一致。由此可知，使用本文设计的技术在电气工程调度过程中消耗的能量较少，电气调度节能效果更佳，符合本文研究目的。

电气工程中的节能效果至关重要，只有降低能源调度消耗的能量，才能为储备新能量、提高经济环境创造条件。节能“节”的对象主要是电能资源，也就是建筑群中的电气设备，建筑物电能供应过程中，合理的技术设计可以带来较多的节能效果。同时，也需要根据实际情况，对建筑电气设备的节能原则作出干预。新时代的建筑建设中，节能性质得到了较高的重视。良好的电气节能效果，可以为人们提供优质的办公服务与居住环境，不仅可以降低城市的供电配电压力，还可以减少社会资源的总消耗。电气设备的使用为人们提供了较大的便利条件，电能甚至可以取代一部分不可再生的能源，利用其无污染的优势，在更多的领域中使用。但是市场中电能材料也是参差不齐，很多不合理的情况也逐渐显现。电气材料质量的不稳定会为电气设备造成一定的危险性，因此，新的电气自动化技术需要合理规避不合理情况，将自动化技术完善得更加成熟。

本文考虑到建筑群体的正常电气设备运行安全性与节能性。在具体技术设计过程中，更加注重电气设备的负荷平衡性，并需要使电气量与能量调度之间的关系形成正比关系。电气量的增加会提升调度消耗的能量；电气量的减少会降低调度消耗的能量。因此，新的自动化技术可以通过条件电压、电流、电阻等电气量，进而减少调度消耗的能量。由此可见，电压、电流、电阻等电气量之间需要进行负荷平衡，当其中之一的负荷值减少，其他两个负荷值需要相应增加。在此条件下，电气量的控制需要保证各个线路之间的负荷情况，如果任意一个电气量发生负荷极端变化，都会导致电气设备出现危险性运行，影响建筑内的电气工程的使用效果。

电气工程中自动化处理效果主要是在施工过程中，屏蔽传输信号，通过干扰不良信号，实现可靠信号处理的过程。此过程中，电气自动化操作故障较少，运行较为可靠，运维较为简便。电气工程施工过程中，需要实地考察，使电气工程与自动化技术均可以使用该区域的实际施工效果，实现建筑电气的稳定性运行。

为进一步验证本文研究方法的性能，对比本文设计的电气自动化技术与传统技术在电气工程调度中的耗时，见表3。

表3 运行耗时统计表

为更直观的对比两种方法，将上表数据绘制成曲线图，如图3。

图3 耗时对比图

从图3 可以看出，本文所设计的电气自动化技术在电气工程调度中所耗费时间较短，传统技术耗费时长明显高于本文方法。本文在电气自动化技术的设计过程中，引入微型计算机，使工程可以自动分析当前设备运行情况，减少运维出现的误差对工程施工造成的影响。除此之外，本文设计的自动化电气技术采用集中管控的方式，运行更加稳定，对其他技术的要求不高，更加便于整体控制。因此，使用本文设计的技术更具有实用价值。

3 结论

近些年来，建筑行业发展迅猛，建筑电气设备市场前景处于一个较高的水平上。随着信息化、智能化、自动化等技术的研究，电气工程在各个领域上的应用广泛，建筑电气技术取得了不错的发展。为了进一步满足人们对电气工程的需求，本文研究了电气自动化技术在电气工程中的应用分析这一课题。通过平衡负荷、划分负荷等级、计算无功补偿能量等方式，实现电气工程的节能调度，旨在提高自动化技术的节能效果，为电气工程的进一步发展提供方向。

通过实例验证了本文所设计方法的有效性，具有较好的电气调度节能效果，但本研究仍旧存在一定不足，在今后的工作中将进一步深入剖析电气自动化技术，更加详细的应用于电气工程的具体环节，进一步提升应用效果。