摘 要：文章分析了大力發(fā)展電氣節(jié)能技術(shù)的必要性，并從減少電能傳輸?shù)膿p耗、變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)、無功補(bǔ)償設(shè)備的合理配置、利用光伏發(fā)電推進(jìn)電氣節(jié)能技術(shù)發(fā)展等方面闡述了電氣自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號：TU201.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0001-02

電氣自動(dòng)化過程中的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)在整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中起著非常重要的作用，優(yōu)良的節(jié)能技術(shù)方案可以降低電力用戶的用電成本以及減小能源消耗。在電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的前提條件是確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行，并在此基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化各個(gè)電力傳輸環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電能的高效利用。在節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，需要以提高電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率為目標(biāo)，最大可能地降低電力能源的各種方式損耗。只有充分發(fā)揮電氣節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢，才能真正實(shí)現(xiàn)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的高效優(yōu)質(zhì)管理與傳輸電能的作用與價(jià)值，為國家?guī)砹己玫慕?jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 電氣自動(dòng)化及節(jié)能設(shè)計(jì)簡述

在社會(huì)和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的前提下，電力的需求越來越大，建立穩(wěn)健可靠的供電系統(tǒng)成為電網(wǎng)公司的首要任務(wù)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由于設(shè)備陳舊，主要依托人力來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行于管理。隨著計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)電能優(yōu)質(zhì)、靈活和可靠傳輸?shù)淖罴呀鉀Q方案，系統(tǒng)中的節(jié)能設(shè)計(jì)方案也一直在不斷研究進(jìn)步。當(dāng)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中節(jié)能設(shè)計(jì)方案不能充分發(fā)揮作用時(shí)，會(huì)造成電能的嚴(yán)重浪費(fèi)并且可能威脅到整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)受到不利影響后，輸電、供電和配電環(huán)節(jié)就必然產(chǎn)生惡性循環(huán)，給生產(chǎn)生活帶來嚴(yán)重挑戰(zhàn)。當(dāng)前電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容量增速很大，特別對于城市電網(wǎng)設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的節(jié)能方案十分困難。當(dāng)前電網(wǎng)中存在的非線性負(fù)載，比如變頻器和整流器，這些設(shè)備會(huì)引入大量諧波污染，給節(jié)能設(shè)計(jì)也帶來很大的干擾和挑戰(zhàn)。因此，如何提高節(jié)能系統(tǒng)的可靠性，如何最大限度地提升供電效率，是需要不斷投入研究的熱點(diǎn)問題。從電力傳輸?shù)母鱾€(gè)環(huán)節(jié)來看，減少輸電線路的傳輸損耗，提高變壓器的效率以及合理布置無功補(bǔ)償裝置都可以達(dá)到節(jié)能的目的。

2 發(fā)展電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

我國十二·五規(guī)劃中明確指出節(jié)能減排的目標(biāo)是2010年的萬元GDP能耗由2005年的1.22 t標(biāo)準(zhǔn)煤下降到0.98 t標(biāo)準(zhǔn)煤左右，下降20%。大力發(fā)展工業(yè)節(jié)能、建筑施工節(jié)能是中國可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。電力作為現(xiàn)代社會(huì)的主要能源之一，隨著工業(yè)以及生活電器的增多、用電量的增大，發(fā)展電力節(jié)能具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。目前電能供應(yīng)過程中出現(xiàn)較多的損耗，如果不改善優(yōu)化，很可能出現(xiàn)電能供應(yīng)緊張的問題，影響社會(huì)的正常秩序。為了解決這一問題，必須降低電氣自動(dòng)化設(shè)備的能源消耗，提高其電能傳輸效率。只有充分提高了電能的傳遞、使用效率，才能緩解當(dāng)前電能供應(yīng)出現(xiàn)的危機(jī)，才能降低電力成本，提高供電單位的效益。

3 電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 減少電力傳輸過程的損耗

電能通常由地處偏遠(yuǎn)的電廠產(chǎn)生，在到達(dá)負(fù)荷中心前需要經(jīng)過架空線或者電纜等導(dǎo)線進(jìn)行傳輸。由于導(dǎo)線電阻以及電抗的存在，傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的功率損耗，包括有功和無功功率損耗。根據(jù)電路原理，要想減小這部分損耗就需要減小導(dǎo)線阻抗，或者增大電網(wǎng)的運(yùn)行電壓。就導(dǎo)線本身的優(yōu)化而言，由于導(dǎo)線的電阻是和其橫截面積成反比的，因此可以通過增大導(dǎo)線線徑的方法減小電阻進(jìn)而減小有功功率損耗。但是較粗的導(dǎo)線意味著導(dǎo)線成本的提高，另外由于重量以及體積的增大，給安裝施工以及后續(xù)維護(hù)以及更換帶來麻煩。所以通過科學(xué)的評價(jià)方法選擇合適的導(dǎo)線線徑對于電氣自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。在減小導(dǎo)線阻抗方面，還可以選擇電阻率較小材料的導(dǎo)線，例如用銅線代替鋁線，不過這同時(shí)也意味著成本的增加。在線路走線方面，盡量避免走彎路，這樣可以減小輸電線路的長度，也可以起到減小線路阻抗的目的?？傮w來考慮，減少電力傳輸工程中能源損耗的方法就是使用單位阻抗小的導(dǎo)線作為傳輸通道、優(yōu)化線路走線，但是需要權(quán)衡投入，使得投入和損耗最小，電能產(chǎn)出最大，達(dá)到真正意義上的節(jié)能減排。

3.2 變壓器節(jié)能技術(shù)

變壓器作為電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的常用電力設(shè)備，在輸電以及配電系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。在實(shí)際使用過程中，變壓器中的線圈由于存在電阻也會(huì)產(chǎn)生有功損耗，稱為銅耗；組成變壓器磁路的鐵磁材料也會(huì)產(chǎn)生鐵耗，這些損耗都不利用電能的高效傳輸。對于電力變壓器的技能設(shè)計(jì)而言，有效降低其空載損耗、負(fù)載過程的銅耗以及鐵耗是節(jié)能設(shè)計(jì)的方向。具體措施比如優(yōu)化線圈的繞線結(jié)構(gòu)、采用阻值較小的漆包線、使用性能優(yōu)良的鐵磁材料等。在解決了變壓器自身損耗的基礎(chǔ)上，合理配置其接線形式，提高電能質(zhì)量，也可以從負(fù)載角度提高電能利用效率。

3.3 有源濾波器對于節(jié)能的積極意義

有源電力濾波器是針對電力系統(tǒng)中的諧波而提出的電力裝置。近年來，隨著電力電子型非線性負(fù)載在電網(wǎng)中的大量使用，系統(tǒng)的電壓中出現(xiàn)了大量諧波。諧波的存在使得電能質(zhì)量變差，對用戶產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)也會(huì)造成不必要的電能損耗。電網(wǎng)中的諧波會(huì)導(dǎo)致電壓變化不正常，可能會(huì)引發(fā)系統(tǒng)誤操作，影響到各種電機(jī)的正常使用。隨著半導(dǎo)體功率器件技術(shù)的進(jìn)步，利用有源電力濾波器來消除電力系統(tǒng)中的諧波成為解決諧波問題的重要方案。相比傳統(tǒng)無源濾波器，利用有源電力濾波器可以更大程度消除諧波，減少不必要的電能損耗，因此對于電氣自動(dòng)化的節(jié)能優(yōu)化也有著積極作用。

3.4 無功補(bǔ)償設(shè)備的合理配置

無功補(bǔ)償技術(shù)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，它可以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)、平衡系統(tǒng)電壓以及降低輸送線路的功率損耗。通過合理配置無功功率裝置，可以最大可能地降低電網(wǎng)的能量損耗，改善電壓質(zhì)量。相反，如果沒有科學(xué)合理的無功功率補(bǔ)償，電力系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)電壓波動(dòng)、功率損耗增大的情況，影響系統(tǒng)的健康運(yùn)行。

無功補(bǔ)償設(shè)備包括傳統(tǒng)的靜止電容器、同步調(diào)相機(jī)以及同步發(fā)電機(jī)和靜止無功補(bǔ)償器（SVC），也包括利用柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）技術(shù)發(fā)展而來的靜止無功發(fā)生器（SVG）。這些無功補(bǔ)償裝置均能優(yōu)化電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中的功率分布，但同時(shí)必須注意各種設(shè)備具有不同的工作特性。比如，同步調(diào)相機(jī)由于響應(yīng)速度較慢并且自身損耗大，已基本淘汰。利用開關(guān)投切電容器的方案簡單可靠，但是只能有級調(diào)節(jié)，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的調(diào)控能力。因此，在選擇無功補(bǔ)償設(shè)備的過程中，就需要有針對性使用。電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)過程中必須科學(xué)設(shè)計(jì)無功補(bǔ)償裝置的配置，具體需要遵循以下幾個(gè)原則：

①根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)選擇無功補(bǔ)償裝置，比如電壓等級和負(fù)荷容量等。

②根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)備選擇，因?yàn)槌讼到y(tǒng)的具體參數(shù)外，必須還要考慮到負(fù)荷的特點(diǎn)，比如較大功率負(fù)荷適宜選擇動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置，而小負(fù)荷則優(yōu)先選擇靜態(tài)補(bǔ)償裝置，這樣的配置方案可以使得電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的節(jié)能效果十分明顯。

③必須合理確定無功補(bǔ)償裝置的投切方式。在實(shí)際選擇過程中，必須優(yōu)先選擇適用面廣和準(zhǔn)確系數(shù)高的投切方式，避免使用投切遲緩、故障率高的方式。

④優(yōu)先選擇就地補(bǔ)償方式。就地配置無功補(bǔ)償裝置可以達(dá)到更好的補(bǔ)償效果，同時(shí)降低功率損耗。

3.5 電氣自動(dòng)化照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

照明系統(tǒng)是電氣自動(dòng)化中一個(gè)必不可少的部分，其功率損耗也在整個(gè)系統(tǒng)的損耗中占據(jù)很大比例。因此，在電氣自動(dòng)化照明系統(tǒng)中采取節(jié)能設(shè)計(jì)，對于提高能源利用率具有重要意義。鑒于照明系統(tǒng)自身的特點(diǎn)，其節(jié)能設(shè)計(jì)可以從以下兩個(gè)方面考慮：

①應(yīng)該優(yōu)化當(dāng)前照明系統(tǒng)的照明效率，可以從更換更加節(jié)能的照明設(shè)備入手，也可以從系統(tǒng)角度分析，即對照明系統(tǒng)大范圍規(guī)劃，減少不必要的浪費(fèi)，提高電能利用率。

②盡可能借助自然光進(jìn)行照明，是節(jié)能的另一個(gè)思路，太陽光的大范圍利用對于電氣自動(dòng)化的節(jié)能具有非常重要的意義。

3.6 光伏發(fā)電技術(shù)推進(jìn)電氣自動(dòng)化節(jié)能發(fā)展

光伏發(fā)電作為新興的可再生能源技術(shù)，是應(yīng)對能源危機(jī)的解決方法之一。通過對太陽光能的捕捉，光伏系統(tǒng)可以將其轉(zhuǎn)化為電力共人們利用。充分利用太陽能這一綠色能源，對于電氣自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前光伏發(fā)電系統(tǒng)尚處于發(fā)展期，在政府持續(xù)出臺支持光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的機(jī)遇下，電氣自動(dòng)化過程中應(yīng)該更加注重這方面的節(jié)能設(shè)計(jì)，通過新能源的使用達(dá)到節(jié)能的目的。

4 結(jié) 語

在電氣自動(dòng)化設(shè)備廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的前提下，開展電氣節(jié)能設(shè)計(jì)具有非常重大的實(shí)際意義。本文從減少輸電環(huán)節(jié)的能量損耗、變壓器節(jié)能以及積極使用有源電力濾波器和無功補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)節(jié)能、照明系統(tǒng)節(jié)能和大力發(fā)展光伏發(fā)電推進(jìn)節(jié)能等方面闡述了具體的節(jié)能設(shè)計(jì)方案及技術(shù)措施。隨著電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，電能的使用過程會(huì)越來越高效和經(jīng)濟(jì)，這對于改善電能使用緊張的現(xiàn)狀以及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展都有非常積極的作用。

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