王 健

貴州省節(jié)能監(jiān)測(cè)中心 貴州 貴陽 550000

長(zhǎng)期以來,我國(guó)采取粗放式模式發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)與電力生產(chǎn),對(duì)于資源、 能源的消耗極大,已經(jīng)影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。因此,國(guó)家正在大力轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,倡導(dǎo)綠色發(fā)展、低碳發(fā)展。另一方面,國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)、管理效率不高,亟待推廣電氣自動(dòng)化工程。所以,在推廣電氣自動(dòng)化工程的過程中,有必要做好電氣自動(dòng)化工程的節(jié)能設(shè)計(jì)。

一、電氣自動(dòng)化工程

電氣自動(dòng)化工程涵蓋電力電子、電力傳動(dòng)、電力系統(tǒng)、自動(dòng)化、高電壓、絕緣技術(shù)、電機(jī)電器及其控制等多門專業(yè)技術(shù),電氣自動(dòng)化工程通過感應(yīng)器、繼電器等元件,對(duì)機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)作實(shí)施控制。

自二十世紀(jì)以來,電氣化已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的核心；而電氣自動(dòng)化工程則可以進(jìn)一步提升電氣化生產(chǎn)與電氣化管理的效率[1]?！?dāng)前,電氣自動(dòng)化工程在工業(yè)生產(chǎn)、高速動(dòng)車、城市軌道交通、電力生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。在電力領(lǐng)域,電氣自動(dòng)化工程優(yōu)化了配電網(wǎng)的運(yùn)行方式,有效降低了電網(wǎng)的損耗,提高了配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性；在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,電氣自動(dòng)化工程實(shí)現(xiàn)了工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn),不僅節(jié)約了生產(chǎn)成本,而且提高了產(chǎn)品質(zhì)量；在交通領(lǐng)域,電氣自動(dòng)化工程對(duì)高速動(dòng)車、地鐵列車進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行控制,有效緩解了城市交通擁堵。

但電氣自動(dòng)化工程在實(shí)際應(yīng)用中,也暴露出了能耗大這一短板。因此,如何做好電氣自動(dòng)化工程的節(jié)能設(shè)計(jì),已成為電氣自動(dòng)化學(xué)科的熱點(diǎn)問題。

二、電氣自動(dòng)化工程中的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵要點(diǎn)

(一)選擇變壓器。傳統(tǒng)變壓器損耗中的空載損耗,發(fā)生在變壓器鐵芯疊片內(nèi),屬于鐵損。其計(jì)算公式為

其中,P0=變壓器鐵芯空載功率損耗,單位為KW。Kc=變壓器鐵芯制造工藝系數(shù),一般在1.15～1.70之間；Pc=變壓器鐵芯單位質(zhì)量的電功能損耗,單位為k W/kg；Gc=變壓鐵鐵芯總質(zhì)量,單位為kg。

根據(jù)以上公式,可以一目了然地發(fā)現(xiàn):變壓器鐵損與變壓器制造工藝、鋼片單位損耗與鐵芯質(zhì)量存在正相關(guān)。因此,在選擇變壓器時(shí),應(yīng)當(dāng)為電氣自動(dòng)化工程選擇相匹配的節(jié)能型變壓器。節(jié)能型變壓器在鐵中加入硅、鋁,或選用非晶態(tài)合金代替鐵,可以大大降低了空載損耗[2]。為電氣自動(dòng)化工程選擇適宜的節(jié)能變壓器,需要根據(jù)電氣自動(dòng)化工程的具體情況,仔細(xì)計(jì)算變壓器的有功損耗、無功損耗、空載無功損耗、變壓器額定容量、變壓器磁化功率,變壓器額定負(fù)載時(shí)繞阻漏抗漏磁功率、平均負(fù)載系數(shù)、負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù),無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量等參數(shù)。在條件允許的情況下,可為電氣自動(dòng)化工程配置2臺(tái)容量、特性相同的節(jié)能變壓器,進(jìn)行并列運(yùn)行。

(二)選擇導(dǎo)線。線損同樣也是電氣自動(dòng)化工程能耗的一個(gè)重要方面。線損的計(jì)算公式為

其中,R=每相導(dǎo)線的電阻,單位為Ω；L=導(dǎo)線長(zhǎng)度,單位為Km；ρ=導(dǎo)線材料電阻率,單位為Ω·mm2/km；S=導(dǎo)線截面積,單位為mm2。

做好電氣自動(dòng)化工程的節(jié)能設(shè)計(jì),需要盡可能選擇電阻率較低的導(dǎo)線,并合理設(shè)計(jì)導(dǎo)線的截面積[3]。據(jù)分析,不同材質(zhì)的線纜電阻率不同,且隨著導(dǎo)線截面積的上升,其電阻值會(huì)出現(xiàn)下降。在20℃下,截面積50mm2的銅絞線電阻為0.39Ω/km,截面積50mm2的鋁絞線電阻為0.64Ω/km,截面積為50mm2的鋼芯鋁絞線電阻為0.65Ω/km；截面積240mm2的銅絞線電阻為0.078Ω/km,截面積240mm2的鋁絞線電阻為0.132Ω/km,截面積為240mm2的鋼芯鋁絞線電阻為0.132Ω/km[3]。

由此可見,為電氣自動(dòng)化工程選擇截面積較大的絕緣銅芯導(dǎo)線有利于降低線損,但這也可能增加敷設(shè)導(dǎo)線的成本,所以必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,選擇適宜的導(dǎo)線及適宜的導(dǎo)線截面積[4]。

在條件允許的情況下,還應(yīng)盡量選用節(jié)能導(dǎo)線。使用節(jié)能導(dǎo)線,可以在總截面相等的條件下,減少導(dǎo)線直流電阻。當(dāng)然,節(jié)能導(dǎo)線的價(jià)格較為昂貴,這就需要運(yùn)用價(jià)值工程,盡量選擇性價(jià)比較高的節(jié)能導(dǎo)線。

為電氣自動(dòng)化工程敷設(shè)導(dǎo)線時(shí),應(yīng)盡量選擇新型導(dǎo)線,合理布局線路走徑,有意識(shí)地縮短線路長(zhǎng)度,降低線路的電流密度。

(三)選擇濾波器。電氣自動(dòng)化工程由各個(gè)電氣設(shè)備構(gòu)成,在它們的運(yùn)行過程中,又會(huì)產(chǎn)生諧波。諧波不僅會(huì)增大導(dǎo)線線路損耗,還會(huì)影響變壓器等設(shè)備的運(yùn)作。因此,需要為電氣自動(dòng)化工程選擇適宜的濾波器。采用有源濾波器可以有效減少諧波含量。此外,還可采用靜止無功補(bǔ)償裝置、可控串聯(lián)補(bǔ)償電容器治理諧波。

結(jié)束語

電氣自動(dòng)化工程對(duì)于提高生產(chǎn)效率,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。做好電氣自動(dòng)化工程的節(jié)能設(shè)計(jì),則有利于電氣自動(dòng)化工程的推廣與發(fā)展,有助于加快工業(yè)體系與電力體系生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。因此,這一方面的問題值得進(jìn)一步深入研究。