四川省西南機(jī)電設(shè)備進(jìn)出口有限公司 胡曉毅

電氣自動化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)探析

四川省西南機(jī)電設(shè)備進(jìn)出口有限公司 胡曉毅

隨著工業(yè)技術(shù)、電氣工程技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，電氣自動化工程的節(jié)能設(shè)計(jì)越來越重要，電氣設(shè)計(jì)是電氣工程的靈魂，電氣設(shè)計(jì)的合理與否直接影響著企業(yè)的財(cái)務(wù)開銷、經(jīng)濟(jì)成本及其生產(chǎn)維護(hù)。在此，簡要地談一下電氣自動化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)。

變壓器設(shè)計(jì)；節(jié)能設(shè)計(jì)

一、引言

隨著世界能源的大規(guī)模使用及其不合理的浪費(fèi)，能源的短缺越來越引起發(fā)達(dá)和發(fā)展中國家的普遍關(guān)注。其中，電力能源的耗費(fèi)和電力設(shè)計(jì)也引起了人們的高度重視。人們在追求智能樓宇、博物館建筑、住宅樓和校園建筑的舒適、安逸、安全和人性化的同時(shí)，也開始注重電氣自動化工程的節(jié)能設(shè)計(jì)，既要做到合理、達(dá)到用戶使用需求，又要兼顧到節(jié)能設(shè)計(jì)。

1.變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器是電力自動化工程中的重要設(shè)備，承擔(dān)著轉(zhuǎn)換電壓、電流和功率的重要作用。變壓器是耗能的大戶，當(dāng)變壓器處于空載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，低壓系統(tǒng)的能源損耗絕大部分是變壓器自身的運(yùn)行損耗。因此，變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)是否合理是整個(gè)電力工程節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

通常，變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)要從下面幾個(gè)環(huán)節(jié)來考慮：

（1）減少變壓器的型材損耗。例如，變壓器用的硅鋼片、鋼材、銅線和絕緣材料、絕緣子和變壓器油等都是正常變壓器所構(gòu)成所必備的材料，這些材料的設(shè)計(jì)選擇如果不合理，要消耗供電系統(tǒng)的大量電能，若是本著厲行節(jié)約的理念，在滿足變壓器工作要求的前提下，周密合理地選擇材料和運(yùn)行介質(zhì)，可為電力工程間接地節(jié)約施工成本和節(jié)約電能。

（2）為降低變壓器的電能損耗，配電線路和配電柜，應(yīng)盡量選擇銅材并且采用換位導(dǎo)線措施，基于降低變壓器的空載損耗考慮，應(yīng)降低磁密并應(yīng)盡量的選取冷軋用的高質(zhì)硅鋼片，在滿足設(shè)備運(yùn)行要求的條件下，盡量采用較薄的硅鋼片，達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）選用節(jié)能方式的變壓器。目前，S11和S10都是為節(jié)能的設(shè)計(jì)要求而“量身打造”這種變壓器不僅繼承了原有變壓器的優(yōu)點(diǎn)，還具有高效的節(jié)能特性，從生產(chǎn)長期運(yùn)行來看，節(jié)能效果比較顯著，可作為節(jié)能設(shè)計(jì)的首選變壓器。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)，要注意選擇合理的變壓器接線方式，合理的接線方式對節(jié)能的影響也十分重要，同時(shí)，在變壓器的生產(chǎn)運(yùn)行期間，不應(yīng)讓變壓器長期過載運(yùn)行，使得變壓器處于超溫運(yùn)行狀態(tài)，這樣不僅加速變壓器的老化，同時(shí)也增加了變壓器的電能損耗。

（4）在工廠車間或大型智能樓宇，由于生產(chǎn)負(fù)荷率很大，變壓器按設(shè)計(jì)規(guī)范要求通常都放置在電力負(fù)荷的中心位置，盡量地與冰凍機(jī)、空壓機(jī)、大型引風(fēng)機(jī)、離心機(jī)等大的生產(chǎn)負(fù)荷放置在一起，這樣便于生產(chǎn)管理，更重要的是可以減少現(xiàn)場電纜的長度、減少輸配電線路的事故率，降低線路的電壓降和電能的損失，同時(shí)提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)和電能的質(zhì)量。

具體的放置位置要根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場工藝設(shè)備的分布和實(shí)際情況來布局。對于大型的智能高層建筑，為了經(jīng)濟(jì)考慮，應(yīng)盡量放地下層，因?yàn)橹悄芨邔佑秒娏看蟮碾姎庠O(shè)備多數(shù)在低層。

（5）選擇適宜的變壓器容量及臺數(shù)。一般來說，變壓器的額定容量，主要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際用電的總有功功率來確定。變壓器如果選擇的容量過小，會讓變壓器長期在滿載及其過載方式下運(yùn)行，久而久之，會降低變壓器的使用壽命；如果容量選擇過大，變壓器經(jīng)常處在輕載的運(yùn)行狀態(tài)，這樣功率因數(shù)較低，極大地浪費(fèi)電力資源和設(shè)備利用率。為了多方面考慮，通常變壓器的選擇要預(yù)留20%的冗余余量，對于校園建筑電氣，因負(fù)荷較小，留10%的冗余足夠。額定容量的選擇，要把擴(kuò)容和過負(fù)荷等等因素都考慮在內(nèi)，如是選則過小，在繼續(xù)增加變壓器的臺數(shù)，會影響生產(chǎn)運(yùn)行，并加大投資而造成浪費(fèi)。另外也可根據(jù)負(fù)荷等級來選擇變壓器的臺數(shù)。若是選擇2臺及2臺以上的變壓器。并讓兩臺變壓器采用并聯(lián)運(yùn)行方式，不但增強(qiáng)了電力系統(tǒng)的可靠性和安全性，而且也極大地提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)，有利于節(jié)能設(shè)計(jì)的要求。

2.提高功率因數(shù)

功率因數(shù)是電氣運(yùn)行的重要物理量，它與電氣設(shè)備的節(jié)能密切相關(guān)。功率因數(shù)如果長期控制在比較高的水平上，電力系統(tǒng)的無功功率就會變大，系統(tǒng)電能的轉(zhuǎn)化率就會變高。提高功率因數(shù)的方法：一是通過提高用戶負(fù)載率，例如對于動力電氣設(shè)備，諸如電動機(jī)，可以在滿足工藝生產(chǎn)要求的前提下，盡量選擇極數(shù)較少的電動機(jī)。因?yàn)樯贅O數(shù)的電機(jī)，其起動轉(zhuǎn)矩較大，起動過程中的電流也相對較大，所以電氣設(shè)備在最快的時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行，效率很高，同時(shí)也節(jié)約電能的損耗。此外，可讓電動機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻自動控制，使得電機(jī)在負(fù)載較小時(shí)，獲得較高的功率因數(shù)。當(dāng)用戶的負(fù)載率控制穩(wěn)定在0.7左右，會使變壓器的一次側(cè)功率因數(shù)達(dá)到最高。二是在低壓電力系統(tǒng)中裝設(shè)自動補(bǔ)償?shù)碾娙莨瘢瑏硌a(bǔ)償無功功率。一般來說，其無功功率的選擇盡量控制在變壓器的20%－30%，這樣使得電力系統(tǒng)穩(wěn)定，并且節(jié)能效果最佳。

3.電力電纜的選擇

電力電纜是輸配電系統(tǒng)的重要組成部分，其線路成本占總的電力工程的投資而言，相對較大，特別是電力線路長期投入使用，維護(hù)量會越來越大，所以電力電纜的選擇應(yīng)謹(jǐn)慎選擇。

電力電纜的截面選擇：通常按照經(jīng)濟(jì)電流密度的曲線和持續(xù)允許的電流來進(jìn)行選擇。在一年中負(fù)荷最大的使用小時(shí)數(shù)相同的情況下，利用前者選擇電力電纜通常比按后者選擇的電纜截面要大一個(gè)等級，這樣對于電纜材料的投資和使用量非常不利。

在選擇電纜材質(zhì)時(shí)，因?yàn)殂~電纜價(jià)格的確比鋁電纜的價(jià)格貴許多，因此不少工程都選購了鋁電纜，其實(shí)從電力電纜的長期經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行的角度來看，鋁電纜在安全和節(jié)能方面是不占據(jù)優(yōu)勢的。但是銅電纜越粗，比相同截面的鋁電纜貴重的倍數(shù)越大，所以在保證安全的前提下，個(gè)別截面較粗的電纜可以選取鋁電纜，這個(gè)有待于探討，具體情況具體分析，但是較小截面的銅電纜比鋁電纜貴不太多，推薦選擇銅電纜。

二、合理選擇光源

為了達(dá)到照明工程的節(jié)能設(shè)計(jì)，其光源的選擇推薦選用高效能的光源，這種高效能的光源的發(fā)光效率是普通照明燈的好幾倍，可以大量的節(jié)約電力電能。

對于工廠、住宅用的衛(wèi)生間及其上下樓梯間應(yīng)盡量選擇節(jié)能顯著的吸頂燈為宜，雖然這類燈具的功率相對較低，但是也可以滿足人們和用戶生活的需要，所以選擇此類燈具會節(jié)約很多的電能。對于圖書館、閱覽室和超市的貨架處可以選擇緊湊型熒光燈，因?yàn)樗墓馔枯^高，光線比較集中，適合這類場所和人們生活的實(shí)際需要，且減少了照明工程的投入成本和安裝。

三、結(jié)束語

綜上分析，電力工程的節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是變壓器的選擇、功率因數(shù)的保持和控制，以及輸配電線路的節(jié)能設(shè)計(jì)，對于這三方面來說，還有很大的節(jié)能空間可挖，需進(jìn)行周密的思考和設(shè)計(jì)。

[1]潘龍.建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能探索[J].建筑電氣,2009(02).

[2]許先灶.智能化低壓配電系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用[J].低壓電器,2004(2).

[3]何首賢.供配電技術(shù)[J].中國水利水電出版社,2005.

[4]任紅.建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施[J].建筑電氣,2008(02).

[5]馮葉亮,翟道國.電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析及策略[J].廣西電力,2005(04).

胡曉毅（1970—），男，四川成都人，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于四川省西南機(jī)電設(shè)備進(jìn)出口有限公司，研究方向：工程管理。