左云龍 郭健 季紅春

Discussion on Automatic Information Technology of Electrical Engineering and Its Energy Saving Design

ZUO Yun-long， GUO Jian， JI Hong-chun

（Zhengzhou Bonuli Computer Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou 450000， China）

【摘? 要】在經(jīng)濟社會高速發(fā)展的宏觀背景下，電氣工程作為一項高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，逐漸趨向于自動化、信息化發(fā)展，并積極推動社會各行各業(yè)的持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)階段，在電氣工程自動化信息技術(shù)多元發(fā)展的過程中，諸多安全問題接踵而來，電氣工程系統(tǒng)的多維普及使用，加劇了能源消耗的情況出現(xiàn)。論文以其技術(shù)的簡介與發(fā)展為理論基礎(chǔ)，有針對性地闡述電氣工程自動化信息技術(shù)發(fā)展中的困局與設(shè)計原則，結(jié)合案例分析法探索電氣工程自動化信息技術(shù)中的節(jié)能設(shè)計。

【Abstract】Under the macro background of rapid economic and social development， electrical engineering， as a high-tech industry， gradually tends to develop in automation and information technology， and actively promotes the sustainable development of all walks of life. At present， in the process of multi-dimensional development of electrical engineering automation information technology， many security problems are coming one after another， and the multi-dimensional popularization of electrical engineering system has intensified the situation of energy consumption. Based on the brief introduction and development of electrical engineering automation information technology， this paper expounds the dilemma and design principles in the development of electrical engineering automation information technology， and explores the energy-saving design of electrical engineering automation information technology with case analysis.

【關(guān)鍵詞】電氣工程;自動化信息技術(shù);節(jié)能設(shè)計

【Keywords】electrical engineering; automatic information technology; energy saving design

【中圖分類號】TM76? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2022）02-0165-04

1 引言

隨著我國工業(yè)化高速發(fā)展的推進，社會各行各業(yè)對電氣工程系統(tǒng)的使用黏性與日俱增，給予該領(lǐng)域發(fā)展機遇的同時，還存在著一系列難以忽視的能源問題。現(xiàn)階段，我國電氣工程自動化信息技術(shù)面臨著功能不全、能耗較高、信息化建設(shè)不足等問題，在如今能源儲量日漸緊張的宏觀背景下，諸多問題亟待解決?；诖?，有針對性與系統(tǒng)性地開展電氣工程自動化信息技術(shù)的研究，以多維度的融合節(jié)能的設(shè)計理念為切入點，并以此探討節(jié)能設(shè)計的最優(yōu)路徑，有助于促進我國經(jīng)濟的綠色可持續(xù)發(fā)展。

2 電氣工程自動化信息技術(shù)簡介與發(fā)展現(xiàn)狀

電氣工程學(xué)作為新時代背景下的一個核心專業(yè)領(lǐng)域，對工業(yè)化國家的社會經(jīng)濟發(fā)展進程具有難以取代的主推能力。電氣工程系統(tǒng)的穩(wěn)定與便捷，致使其應(yīng)用范疇逐漸普及于社會各行各業(yè)，并與當前的諸多產(chǎn)業(yè)，如能源動力、推進控制系統(tǒng)、信號傳遞、現(xiàn)場管理等，都具有非常高的結(jié)合程度，而且早已成為這些產(chǎn)業(yè)中很重要的一部分。換言之，電氣工程的自動化信息水平直接反映著我國當前階段工業(yè)發(fā)展的質(zhì)量。電氣工程自動化技術(shù)對于實現(xiàn)電氣工程及其自動化領(lǐng)域的自動化、智能化等工作目標有著重要的幫助，而且相對于普通電機工程科技的優(yōu)越性也非常突出，主要集中表現(xiàn)在兩方面：首先是日漸自動化的電氣工程系統(tǒng)能有效地在運行及使用的過程中降低其中的人力消耗與時間消耗，進而避免量化資源的浪費，在一定程度上提高了作業(yè)單元的效益;其次，有利于電氣工程系統(tǒng)的資源共享、信息采集與儲存等，并在原有的基礎(chǔ)上實現(xiàn)創(chuàng)新，有利于各種先進技術(shù)手段的交織互融，最大化彰顯該系統(tǒng)的智能化與自動化效益?；诖?，電氣工程自動化信息技術(shù)已成為經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。

3 電氣工程自動化信息技術(shù)發(fā)展中的困局

3.1 功能不全

在經(jīng)濟社會高速發(fā)展的宏觀背景下，我國的電氣工程自動化信息水平受到多維社會發(fā)展因素制約，集中體現(xiàn)在其建設(shè)過程中的使用功能不全，無法基于全面需求滿足整體工作單元的電氣工程系統(tǒng)的需要。對現(xiàn)階段已有的智能化電機工程設(shè)備而言，通常一個裝置可以進行一至兩個工作，但對一個工作過程復(fù)雜的項目而言，就需要多套智能化電氣工程裝置協(xié)同工作，而多套裝置內(nèi)部的信息交換受限，缺乏系統(tǒng)化的信息獲取與管理，這也影響了電氣工程與智能化裝置的智能化水平，加劇了工作的難度與負荷量，由此降低運行效率。因此，需要優(yōu)化電氣工程自動化信息技術(shù)的運行結(jié)構(gòu)，科學(xué)統(tǒng)籌資源，多維度提高工作效率。

3.2 能耗較高

在電氣工程自動化信息技術(shù)多元化的發(fā)展過程中，由于現(xiàn)階段電氣工程系統(tǒng)尚未健全標準化、統(tǒng)一化的設(shè)計原則，進而導(dǎo)致諸多相關(guān)企業(yè)在運行中往往只是結(jié)合自身的發(fā)展需求對其進行優(yōu)化與運用，且優(yōu)化的目的只是基于表面提高電氣工程系統(tǒng)的實效性，并以此獲取更高的經(jīng)濟價值，在此過程中諸多企業(yè)為了有效地降低設(shè)計成本，并未對節(jié)能設(shè)計環(huán)節(jié)投入足夠的建設(shè)力度，也因此導(dǎo)致此技術(shù)的優(yōu)化與革新存在局限性，相較于其他發(fā)達國家還存在一定的差距。因為節(jié)能設(shè)計的滯后與不足，導(dǎo)致相關(guān)企業(yè)在該項技術(shù)運用時，通常出現(xiàn)諸多能源消耗問題，并由此增加運用的經(jīng)濟成本。

3.3 信息化建設(shè)不足

相對于世界先進的電氣工程系統(tǒng)研究，我國的該領(lǐng)域的研究起步較晚，由于諸多外界因素的干擾與制約，致使我國電氣工程的信息化建設(shè)存在滯后性，主要表現(xiàn)在：第一，我國對該領(lǐng)域自動化設(shè)備并無統(tǒng)一規(guī)范的運行準則，各個使用單位根據(jù)自身的工作情況與需求進行個性化的規(guī)范與調(diào)整，進而造成了各級單位間的溝通困難，且并未獲得相關(guān)企業(yè)內(nèi)部的協(xié)調(diào)支撐;第二，對該領(lǐng)域的信息化建設(shè)投入力度尚淺，由于諸多電氣工程機械設(shè)備只能淺顯地應(yīng)付一線工作的基本需求，未能充分考慮到對信息化交流平臺建設(shè)的實際需求，并且大量購入此設(shè)備，相關(guān)企業(yè)也不愿意支付額外的經(jīng)濟費用支撐其信息化設(shè)備的購入，因此導(dǎo)致現(xiàn)階段該領(lǐng)域的信息化建設(shè)不足。

4 電氣工程節(jié)能設(shè)計的原則

4.1 適用性

在進行電氣工程節(jié)能設(shè)計時，各個環(huán)節(jié)始終要圍繞安全性為基礎(chǔ)原則進行設(shè)計與優(yōu)化。無論是秉持綠色環(huán)保的概念進行節(jié)能降耗的設(shè)計，還是提高電氣設(shè)備的工作效益，都應(yīng)以安全運行為基礎(chǔ)，而后開展實施，以此促進電氣工程企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。設(shè)計研究人員在電氣工程的節(jié)能設(shè)計環(huán)節(jié)中，應(yīng)加大對相應(yīng)電氣產(chǎn)品質(zhì)量的檢測與關(guān)注，不能因為過多節(jié)省電力而造成質(zhì)量出現(xiàn)問題，因為該做法容易造成產(chǎn)品的安全隱患問題。節(jié)能設(shè)計還應(yīng)以電氣產(chǎn)品的科學(xué)、可行的生產(chǎn)為前提，避免電氣工程系統(tǒng)因自身的運行問題而造成生產(chǎn)故障，從而最大化體現(xiàn)出控制系統(tǒng)本身的節(jié)電特性[1，2]。

4.2 環(huán)保性

在電氣工程實施過程中，進行節(jié)能設(shè)計時還應(yīng)充分考慮到工作環(huán)境。盡管其設(shè)計根本上是為了節(jié)約能源，但終極目的還是要對地球生態(tài)環(huán)境發(fā)揮防護功能，所以電氣自動化系統(tǒng)就應(yīng)該在環(huán)境保護基礎(chǔ)上，運用降低能源的方法實現(xiàn)節(jié)電設(shè)計目的。此外，還需要設(shè)計師具有較強的環(huán)境保護意識，使其能基于多元化的視角開展電氣設(shè)計工作，包括材料、工藝技術(shù)等方面實現(xiàn)節(jié)能的環(huán)保目標，最終使得電氣工程自動化信息技術(shù)得到質(zhì)的飛躍，切實提高其工作收益，多維度使相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟效益最大化[3，4]。

4.3 綜合性

在該技術(shù)實際運用的過程中，除必須強調(diào)安全性和環(huán)保性之外，還應(yīng)重視綜合性的使用效益，在這里具體是指各企業(yè)的綜合經(jīng)濟效益。以往為保證電氣設(shè)備行業(yè)的經(jīng)濟性，常通過“材料替換”的方式減少企業(yè)投資成本，而這些方式盡管具有經(jīng)濟效益優(yōu)點，但同時也會影響電氣設(shè)備的應(yīng)用效益，從而導(dǎo)致企業(yè)后期出現(xiàn)了維修成本增加的問題。所以，在電氣工程自動化技術(shù)的節(jié)能設(shè)計流程中，因地制宜，根據(jù)企業(yè)的發(fā)展實情制定節(jié)能設(shè)計方案，進而保障自動化信息技術(shù)的最大效益。

5 電氣工程自動化信息技術(shù)中的節(jié)能設(shè)計

電氣工程自動化信息技術(shù)的節(jié)能設(shè)計是必然的升級優(yōu)化方向，意義深重。本文就某制造業(yè)企業(yè)照明節(jié)能設(shè)計照度結(jié)果實證分析（見表1），有無節(jié)能設(shè)計的照明效果差異較大，節(jié)能設(shè)計的運用能最大化減少能耗，進而提高運行生產(chǎn)的效率。

5.1 配電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計

基于節(jié)能設(shè)計理念，必須對配電控制系統(tǒng)進行相對應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。將配電控制系統(tǒng)和電力智能化技術(shù)加以科學(xué)、合理的匹配，這樣可以使電氣工程智能化技術(shù)的協(xié)調(diào)性和工作效能獲得明顯的提高。在電氣工程智能化技術(shù)的運用過程中，對智能化工作所包含的每個環(huán)節(jié)，必須加以嚴密的管理與監(jiān)控，有效保證整個電機工程智能化操作的有效性。并且，就算在工作的流程中發(fā)生了故障，也可以有效地進行上報處理，防止因為問題沒有處理而影響電氣工程自動化控制系統(tǒng)的工作。最后，對于配電控制系統(tǒng)中的通信導(dǎo)線，是整個配電控制系統(tǒng)中十分關(guān)鍵的部分，在配電控制系統(tǒng)的工作流程中有著效益非凡的作用力[5]。所以，在進行導(dǎo)線選擇的過程中，要秉承因地制宜的原則，依據(jù)發(fā)展實情選擇通訊導(dǎo)線，最大化彰顯運行效益，避免浪費，進而提高電氣工程系統(tǒng)的工作效率，保障其穩(wěn)定運行。

5.2 合理選取變壓器

變壓器的選擇是節(jié)能設(shè)計尤為關(guān)鍵的內(nèi)容，也是制約電氣工程自動化信息技術(shù)節(jié)能效益彰顯的核心要義，所以，在實施節(jié)能設(shè)計的過程中，一定要對變壓器做出正確的選型。而由于變壓器的材料不同，其在工作過程中產(chǎn)生的影響也不盡相同，因此，銅質(zhì)變壓器在工作時期產(chǎn)生的輸出電量消耗問題往往要遠遠小于鐵質(zhì)變壓器，所以，在進行節(jié)電方案設(shè)計的過程中，就要盡量地選擇銅質(zhì)變壓器。而想要更進一步提高其節(jié)電效益，就要保證所選用變壓器存在著較小的能源消耗設(shè)計，進而能具有針對性地減少運行過程中的能耗。當然，對變壓器的選用也一定要以工程的實際需要和電氣企業(yè)節(jié)能目標為基準。首先，一定要保證變壓器的節(jié)電功效，具備節(jié)能效益的變壓器則可有效地降低內(nèi)部運行的各種因素影響，但一旦不具有良好節(jié)電功效時，受多種能源因素的影響就會使變壓器產(chǎn)生功率突然增加的狀況，從而難以獲得一定的效益;其次，要對變壓器中的電壓做好管理，增加其額定電流均衡性，避免因為電壓不平衡對變壓器產(chǎn)生損壞，以此順應(yīng)節(jié)能設(shè)計的目的，切實提高其運行效益。

5.3 優(yōu)選自動化電能裝置

5.3.1 無功補償裝置

無功功率的產(chǎn)生會造成電氣工程自動化系統(tǒng)出現(xiàn)容量空間變小等狀況，影響較為嚴重時可能會導(dǎo)致內(nèi)部線路質(zhì)變問題，故因根據(jù)電氣工程的實情選擇無功補償設(shè)備，以滿足工作所需，已達到最穩(wěn)定的運行狀態(tài)，以此減少能源的損耗。當系統(tǒng)所產(chǎn)生的功率因數(shù)小于0.9時，將嚴重加大公司的經(jīng)營壓力。所以，無功補償設(shè)備的安裝是幫助公司節(jié)省生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素。在制定該設(shè)備規(guī)格時應(yīng)以容量要求、設(shè)備電壓容量、諧波率為基礎(chǔ)，通過并聯(lián)方法實現(xiàn)安裝具有良好的實用價值。

5.3.2 有源濾波器

有源濾波器的有效融合使用是基于保障節(jié)能設(shè)計效益彰顯的重要設(shè)備。通常情況下，當電氣設(shè)備系統(tǒng)受到諧波影響時，就會極大程度降低工作運行效率，同時還會提高系統(tǒng)運行故障的產(chǎn)生風(fēng)險。此時，就應(yīng)該在有源濾波器的輔助下減少諧波，從而為電氣工程自動化技術(shù)的運用奠定基礎(chǔ)。

5.3.3 電阻器

電阻值是影響電氣工程系統(tǒng)能源損耗指數(shù)的量化指標，基于此，在進行節(jié)能設(shè)計時應(yīng)科學(xué)合理地選擇電阻器（400 kVA配電變壓器補償裝置運行記錄如表2所示），以此運用電阻杜絕了系統(tǒng)的短路電流問題，又可從低溫電阻材料、厚度、橫截面等參數(shù)控制電阻器的阻值。另外，還應(yīng)該確保在能量傳遞階段不能產(chǎn)生很大的電流量。因為通常電阻器阻值越大，其功率也會更大?；诖耍€應(yīng)依據(jù)節(jié)能的需求選擇電阻值較低的電阻器，以此減少能源消耗，并依靠電氣工程系統(tǒng)嚴格設(shè)置的線路布置情況準確判斷電阻器的運行性能，進而保持電氣工程設(shè)備的穩(wěn)定性。

5.4 融入PLC自動控制理念

在進行節(jié)能設(shè)計環(huán)節(jié)時，若是能融合PLC自動控制理念，則電氣工程系統(tǒng)的節(jié)能運作將事半功倍。其中PLC技術(shù)是現(xiàn)階段節(jié)能特性尤為顯著的一種自動化信息技術(shù)，其是根據(jù)人類的思考方法進行模仿，因此當運用到電氣工程及其自動化系統(tǒng)時，不僅可以加快電機工程信息化建設(shè)，同時還可以有效提升工作效率，從而為電氣工程及其自動化系統(tǒng)提供重要的安全保護，主要體現(xiàn)在如下方面：第一，遠程控制管理和智能化系統(tǒng)故障診斷服務(wù)，利用PLC技術(shù)可為電氣工程以及自動化生產(chǎn)中的智能化控制系統(tǒng)進行自動化管理。例如，可以對隔離開關(guān)、斷路器等設(shè)備進行科學(xué)的數(shù)據(jù)處理，并按照具體分析結(jié)果對有關(guān)設(shè)備實現(xiàn)遠程管理，以此避免安全隱患。故障診斷以通過PLC技術(shù)進行對電氣工程系統(tǒng)的合理且全面的內(nèi)在安全隱患評估，并通過評估數(shù)據(jù)加以修正，以保證確定安全問題出現(xiàn)的故障段的同時最大化保障企業(yè)的經(jīng)濟效益，多層面地幫助工作人員準確判斷故障段，減少在此浪費的時間，以此提高產(chǎn)品運行生產(chǎn)的效率。第二，實現(xiàn)融合發(fā)展，現(xiàn)階段PLC技術(shù)已與先進的信息化、自動化的技術(shù)進行融合，PLC技術(shù)將可以作為企業(yè)智能化管理設(shè)備，為電氣工程企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能目標提供了巨大助力，從而帶動電機工程的高效發(fā)展。

5.5 提升應(yīng)用效率

相關(guān)企業(yè)若是想提升內(nèi)部的運行與使用效率，需以相關(guān)的信息技術(shù)為應(yīng)用基礎(chǔ)，在多維度提高工作效率的同時，有針對性地將系統(tǒng)的運用成本做反比計算。為了在節(jié)能工程中實現(xiàn)這一目標，首先，需要客觀分析其中的資源運用情況，并強化其中各類設(shè)備的聯(lián)系，由此來提高系統(tǒng)電力的傳遞效率與輸出質(zhì)量，并改善各種裝置的工作效率，同時盡量減少輔助環(huán)節(jié)和人工作業(yè)，這對效率的提高和節(jié)能降耗效果的達成有著十分積極的意義，并可以在降低設(shè)備消耗的同時，將設(shè)備使用壽命適當延伸。其次，要在裝置內(nèi)部形成一種自動化的控制系統(tǒng)，減少系統(tǒng)開關(guān)次數(shù)，并以此實現(xiàn)了降低其能源消耗的目的。最后，在實施節(jié)電設(shè)計的過程中，必須針對負載數(shù)值加以考量，并且要根據(jù)各裝置的實際工作狀況，進行負荷的調(diào)節(jié)工作，以使得負載之間能一直處于均衡狀態(tài)下，在提高電力輸送效能的同時，也使消耗問題有效地減少。

5.6 降低自動化設(shè)備損耗

節(jié)能設(shè)計的主要目的是妥善解決運行過程中的能源消耗問題，進而促使電氣工程系統(tǒng)具有更高質(zhì)量的節(jié)能性能。首先，在導(dǎo)線的選擇方面，應(yīng)對諸多導(dǎo)線類型進行對比，進而選擇電導(dǎo)率較低的導(dǎo)線，以順應(yīng)節(jié)能設(shè)計的目的，以此延長使用的壽命。其次，還可以企業(yè)的照明設(shè)備為節(jié)能設(shè)計的切入點，予以降耗處理。一般而言，在照明設(shè)備上進行節(jié)能設(shè)計能夠有效幫助企業(yè)減少35%的經(jīng)濟投入，其中在電光源上可選擇節(jié)能的LED、熒光燈等。據(jù)實證資料分析，250 W的納燈所產(chǎn)生的能耗僅僅只有20 W。在照明方法的節(jié)能設(shè)計上，可基于實際運行情況選擇混合照明、局部照明等方式，同時利用白墻的反射性能，多維度增加光的使用率，以達到節(jié)能的目的。最后，可基于設(shè)計方法與實際運行布置照明線路，減少經(jīng)濟投入，例如，220 V電壓，可以按照單相二線或三相四線進行供電設(shè)計，以此減少能源消耗，最大程度契合節(jié)能的設(shè)計目標。

6 結(jié)語

基于電氣工程自動化信息技術(shù)的節(jié)能設(shè)計研究，能最大化彰顯其運行價值，并在提高相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)運營的同時，有效解決能源損耗的問題，這對推動相關(guān)電氣企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極的促進作用。基于此，電氣工程系統(tǒng)的優(yōu)化與升級應(yīng)以節(jié)能為介入點，客觀分析當前的不足，合理強化其節(jié)能設(shè)計，科學(xué)統(tǒng)籌資源，優(yōu)化運營配置，強化運行效益，并為相關(guān)研究與運行領(lǐng)域提供多元化的技術(shù)支撐。

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【作者簡介】左云龍（1989-），男，河北保定人，從事電氣信息化研究。