黃國凱

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007）

0 引言

人們生活生產(chǎn)中，電氣自動化技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，特別是信息技術(shù)的發(fā)展，推動電氣自動化技術(shù)也隨之更新，在自動化水平提高下，卻也出現(xiàn)過度挖掘能源，能源浪費(fèi)打破自然平衡的問題。因此，面對能源危機(jī)，需響應(yīng)國家節(jié)能減排要求，落實(shí)節(jié)能設(shè)計(jì)理念，不僅能夠減少電能浪費(fèi)，緩解能源危機(jī)，還能保證電氣工程系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，減少發(fā)生故障概率。

1 電氣自動化工程節(jié)能設(shè)計(jì)意義

電氣工程作為現(xiàn)代重要學(xué)科，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)等于一體，工程水平一定程度能夠代表國家的科技發(fā)展水平，應(yīng)用較為廣泛，在人們生活、工作方方面面均有體現(xiàn)，具有重要價(jià)值。該工程開展節(jié)能設(shè)計(jì)，意義如下：

（1）電氣設(shè)備應(yīng)用均會耗能，特別是電能作為常規(guī)能源，用于工作、生活各個(gè)方面，能源短缺問題愈發(fā)顯著，使得節(jié)能減排成為電氣工程自動化關(guān)鍵研究問題，將節(jié)能理念融入工程設(shè)計(jì)，可提高工作效率，減少能耗。

（2）電氣工程自動化系統(tǒng)對運(yùn)行平穩(wěn)性要求較高，傳統(tǒng)技術(shù)盡管能夠提高工作效率，運(yùn)行卻存在穩(wěn)定性、安全性不足情況，易造成輸供電系統(tǒng)不穩(wěn)、停電的情況。而在節(jié)能理念深入應(yīng)用下，能夠減少電氣工程能耗，保證輸供電系統(tǒng)安全運(yùn)行，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（3）電氣工程自動化系統(tǒng)長期應(yīng)用中，易出現(xiàn)諧波，損害電網(wǎng)，難以保護(hù)電力設(shè)備，為解決該問題，需結(jié)合實(shí)際做好節(jié)能工作，合理應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，能夠減少系統(tǒng)能耗，消除諧波，以免損害電網(wǎng)，推動設(shè)備實(shí)現(xiàn)可持續(xù)應(yīng)用。

2 電氣工程自動化發(fā)展現(xiàn)狀

社會經(jīng)濟(jì)及科技的發(fā)展，使得人們生活水平逐步提高，工程自動化設(shè)計(jì)高新技術(shù)，應(yīng)用推廣較為廣泛，滲透至生活各個(gè)方面，日常插排、開關(guān)均為電氣工程。而隨著時(shí)間推移，人們對電氣工程自動化要求更高，逐漸暴露更多問題，主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1 系統(tǒng)集成不足

電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，集成發(fā)展作為提高系統(tǒng)功能的重要環(huán)節(jié)，我國電氣自動化仍處于多島自動化方面，互不連接、信息獨(dú)享、功能單一，難以將電氣自動化作用充分發(fā)揮出來。

2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不一

電氣自動化未來發(fā)展中，以建立快捷、高效電氣自動化系統(tǒng)為主要方向。但是，部分企業(yè)由于自身網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不同，導(dǎo)致電氣工程依托于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展受到阻礙，加上不同企業(yè)、廠家交換軟、硬件產(chǎn)品中，由于程序接口不同，對于企業(yè)信息數(shù)據(jù)交流傳輸造成影響，難以實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)共享，無法發(fā)揮自動化系統(tǒng)效用。

2.3 技術(shù)過于主觀

不同企業(yè)在開發(fā)、應(yīng)用電氣自動化技術(shù)中，受限于技術(shù)人員掌握技術(shù)程度及思想理論，人員開發(fā)中遵循過往經(jīng)驗(yàn)，受到主觀意識和習(xí)慣支配，開發(fā)系統(tǒng)平臺各有不同，造成電氣工程自動化的實(shí)施、設(shè)計(jì)、維護(hù)，且增加了程序成本，進(jìn)而加大整體系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

2.4 能源消耗較大

在電氣工程實(shí)際生產(chǎn)中，盡管應(yīng)用較為廣泛，為了能夠提高經(jīng)濟(jì)效益，部分企業(yè)對于環(huán)境污染及節(jié)能設(shè)計(jì)有所忽視，僅獲得更多經(jīng)濟(jì)效益，功能單一，也使得用電高峰階段，易出現(xiàn)電能匱乏情況，究其原因主要是用電設(shè)備、用戶多，加上電氣工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備較多，浪費(fèi)情況嚴(yán)重，加大了工程控制難度，需做好節(jié)能設(shè)計(jì)工作，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 電氣工程自動化的節(jié)能設(shè)計(jì)措施

3.1 明確設(shè)計(jì)原則

電氣自動化工程設(shè)計(jì)中，涉及諸多專業(yè)知識，開展節(jié)能設(shè)計(jì)工作將會遇到一定困難，為保證落實(shí)節(jié)能理念，開展設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循理念，將節(jié)能技術(shù)優(yōu)勢發(fā)揮出來。具體如下：（1）先進(jìn)性原則，部分節(jié)能技術(shù)與設(shè)備隨著科技進(jìn)步而發(fā)展，對工程設(shè)計(jì)也提出了新的要求，人員需結(jié)合實(shí)際工作環(huán)境，完善、創(chuàng)新設(shè)備，保證使用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)；（2）安全性原則，節(jié)能設(shè)計(jì)不僅需節(jié)約資源，也要保障工程系統(tǒng)安全運(yùn)行，設(shè)計(jì)師在工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)將設(shè)備節(jié)能及安全性放到首要位置，保證設(shè)備安全工作，方能提高工作效率；（3）可持續(xù)性原則，我國提出可持續(xù)發(fā)展理念，已經(jīng)深入人心，電氣自動化工程設(shè)計(jì)也應(yīng)遵循該理念，人員節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)從多角度、長期系統(tǒng)發(fā)展考慮，秉持減少能耗、節(jié)能減排理念，推動企業(yè)可持續(xù)發(fā)展；（4）環(huán)保性原則，電氣工程節(jié)能設(shè)計(jì)目的在于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少能耗，人員需樹立環(huán)保理念，節(jié)能設(shè)計(jì)從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至施工，均落實(shí)環(huán)保理念，減少污染，提高工程經(jīng)濟(jì)及生態(tài)效益。

3.2 確定改進(jìn)思路

電氣自動化工作效益及效率更為高效，提高工作可靠性，獲得市場競爭支持，需根據(jù)實(shí)際情況，改進(jìn)節(jié)能設(shè)計(jì)。明確設(shè)計(jì)思路如下：（1）從科技方面出發(fā)，電氣自動化工程科技化發(fā)展是指需根據(jù)社會新的技術(shù)、產(chǎn)品、材料等合理應(yīng)用，秉持自主創(chuàng)新理念，對于各種節(jié)能降耗方法、工藝等積極推廣，使用材料、技術(shù)力求創(chuàng)新，合理應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等；（2）從信息方面出發(fā)，電氣自動化中應(yīng)用信息技術(shù)能夠優(yōu)化自動化水平，設(shè)備的制造、設(shè)計(jì)與運(yùn)行合理使用仿真及計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過人工智能分析電網(wǎng)建設(shè)情況，借助網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力運(yùn)行信息的傳遞，動態(tài)監(jiān)控電力工程運(yùn)行情況。

3.3 選擇合適變壓器

電氣自動化系統(tǒng)中，變壓器具有重要作用，也是節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)，變壓器能夠?qū)﹄姎庀到y(tǒng)用電功率造成影響，進(jìn)而制約電壓電流的有效期換，要求選擇變壓器時(shí)，要深入考量能源節(jié)約問題，采取規(guī)定變壓器型號控制功率消耗，達(dá)到該目標(biāo)。變壓器選擇需考慮以下環(huán)節(jié)：一是遵循節(jié)能原則，選用絕緣和銅片材料，銅材料對變壓器運(yùn)行作用重要，考慮節(jié)能要求，需提高應(yīng)用銅材料頻率，電線電柜以硅材料替代，能夠保證變壓器空載運(yùn)行效率，減少運(yùn)行能耗，達(dá)到節(jié)能目的；二是市場變壓器類型多樣，選擇存在難度，需秉持經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能型原則，投入應(yīng)用后做好維修保養(yǎng)，應(yīng)用一段時(shí)間后更換，保證變壓器功能?？墒褂脝蜗嘧詣友a(bǔ)償設(shè)備，能夠利用單相補(bǔ)償設(shè)備保證流動三相電流平衡狀態(tài)，減少變壓器消耗，考慮用電設(shè)備與三相電源連接，以免負(fù)荷不平衡，控制變壓器能耗；三是變壓器數(shù)量、容量的科學(xué)確定，變壓器容量如果難以滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求，必定會降低設(shè)備使用壽命，影響運(yùn)輸電能質(zhì)量，當(dāng)容量超出系統(tǒng)運(yùn)行需求，會造成資源浪費(fèi)，難以達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。所以，變壓器選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際選擇容量，控制變壓器數(shù)量，以2臺為主，并聯(lián)變壓器方式，保證自動化系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，以免能源浪費(fèi)。

3.4 降低電能消耗

電能運(yùn)輸中，受限于導(dǎo)線自身特性，決定工程運(yùn)行會出現(xiàn)功率損耗問題，是客觀存在的問題，難以避免，電能在電力系統(tǒng)中只有經(jīng)過導(dǎo)線方能順利傳輸，為減少電能損耗，系減少導(dǎo)線電阻。因此，節(jié)能設(shè)計(jì)中，根據(jù)物理學(xué)可知，導(dǎo)線橫截面和電阻之間負(fù)向相關(guān)關(guān)系，可利用此類關(guān)系減少電氣自動化系統(tǒng)損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。例如，材料選擇電導(dǎo)率小制作導(dǎo)線，避免導(dǎo)線傳輸中電能消耗量，也可增加導(dǎo)線橫截面，將導(dǎo)線電阻降低，避免電能損耗過多，或是適當(dāng)縮短導(dǎo)線長度，設(shè)計(jì)中盡量布置電氣工程處于一條直線，以免彎路過多增加導(dǎo)線長度，電壓器布置中，則需要靠近工程負(fù)荷中心，減少供需電之間距離。

3.5 選擇無功補(bǔ)償設(shè)備

電氣自動化系統(tǒng)中，無功功率占據(jù)供配電設(shè)備諸多容量，傳輸電能時(shí)線路傳輸存在無功功率損耗，易引發(fā)電壓降低、電壓不穩(wěn)的情況，進(jìn)而對電氣自動化運(yùn)行的電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益造成影響。以用戶而言，無功功率體現(xiàn)在功率因數(shù)較低，增加了用戶繳納費(fèi)用，也提高了用戶用電成本，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益降低。因此，為確保電氣自動化系統(tǒng)無功功率為平衡狀態(tài)，減少能耗，系統(tǒng)內(nèi)可加設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備，提高社會及經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)節(jié)能效果。可從以下出發(fā)：

（1）電容器補(bǔ)償應(yīng)用中，需結(jié)合應(yīng)用參數(shù)確定電容器容量，根據(jù)計(jì)算參數(shù)結(jié)構(gòu)選擇電容器。

（2）采取定位準(zhǔn)確、適應(yīng)范圍廣泛的一體化模糊投切模式增加補(bǔ)償效果，以往補(bǔ)償電容器通常選用分擔(dān)投切模式，或是根據(jù)配置編碼方式完成投切，該投切模式難以達(dá)到預(yù)期節(jié)能效果。節(jié)能設(shè)計(jì)中，電氣工程運(yùn)行處于高壓補(bǔ)償狀態(tài)，選擇真空接觸器，低壓補(bǔ)償狀態(tài)則使用投切負(fù)荷開關(guān)，優(yōu)化節(jié)能質(zhì)量。

（3）設(shè)計(jì)投切參數(shù)物理量時(shí)，應(yīng)對無功倒送、投切振蕩的實(shí)際及發(fā)生概率進(jìn)行綜合分析，合理選擇無功功率為參數(shù)物理量，設(shè)計(jì)無功補(bǔ)償設(shè)備遵循就近原則，便于能夠直接補(bǔ)償，減少線路傳輸無用功。

3.6 選擇有源濾波器

電氣自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于較為復(fù)雜，實(shí)際運(yùn)行中不可避免會產(chǎn)生諧波，對于電氣自動化工程運(yùn)行將會造成較大影響，需使用有源濾波器，而相較于無源濾波器，其動態(tài)性能更為優(yōu)越，用于工程系統(tǒng)中，能夠?qū)⒅C波過濾，設(shè)備誤操作之前就會及時(shí)組織，以免引發(fā)更多安全問題。而節(jié)能設(shè)計(jì)中，條件允許還可使用多源有源濾波器，增加電氣工程功率運(yùn)行范圍，提高運(yùn)行效率，優(yōu)化節(jié)能效果。

4 電氣工程自動化的節(jié)能設(shè)計(jì)發(fā)展方向

4.1 提高AVC系統(tǒng)性能

在智能電網(wǎng)AVC中，是指電網(wǎng)自動電壓無功控制，利用自動化、智能化設(shè)備，對電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)詳細(xì)計(jì)算和分析，以此調(diào)度電網(wǎng)系統(tǒng)，保證供電系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。而我國AVC系統(tǒng)由于處于初級階段，缺陷較多，需采取人工方式對采集數(shù)據(jù)加以處理，數(shù)據(jù)易錯(cuò)且效率較低，開發(fā)智能電網(wǎng)AVC系統(tǒng)，對系統(tǒng)界面重新改編，能夠提高可視化程度，優(yōu)化AVC系統(tǒng)分析能力，提高輸電可靠性與效率，優(yōu)化供電設(shè)備利用率，加強(qiáng)應(yīng)用人工智能，減輕人員勞動強(qiáng)度。

4.2 構(gòu)建合理電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，需確保負(fù)荷用電可靠性，系統(tǒng)性能滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，降低技術(shù)成本的同時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)效益，將電力工程優(yōu)勢發(fā)揮出來，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的相互補(bǔ)充。但是，我國部分地方由于電網(wǎng)建設(shè)時(shí)間較早，設(shè)備老舊，需更換高能線路、變壓器及設(shè)備，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

4.3 實(shí)現(xiàn)新能源并網(wǎng)

新能源的普及使得電氣工程中，供電所占比數(shù)量逐漸增高，為確保供電穩(wěn)定安全，將新能源和電網(wǎng)連接已經(jīng)成為工程發(fā)展重要任務(wù)，特別是風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電，工作模式對于天氣條件依賴性較高，天氣狀況關(guān)乎發(fā)電質(zhì)量。例如，用戶端電力需求迅速增加，卻受限于當(dāng)?shù)貧夂驐l件，難以支撐較大電力消耗，必定會增加火力發(fā)電廠供應(yīng)電力比例，對供應(yīng)電力平衡性造成破壞，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)產(chǎn)生重大事故。而用戶電力需求降低，也會產(chǎn)生此種情況，如果未能制定對應(yīng)措施，會以其他方式釋放過剩的新能源電能，浪費(fèi)嚴(yán)重，此類不確定性均與天氣有關(guān)，需將天氣可測量數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)發(fā)電需求，即可獲得規(guī)律性新能源發(fā)電曲線，反饋至調(diào)度電網(wǎng)人員，優(yōu)化新能源實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。

5 結(jié)語

綜上所述，電氣工程自動化節(jié)能設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)遵循先進(jìn)性、安全性、可持續(xù)性、環(huán)保性原則，明確節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)從科技、信息方面出發(fā)，通過選擇合適變壓器、無功補(bǔ)償設(shè)備、有源濾波器的方式，減少電能消耗，提高電力工程運(yùn)行效率。