电气自动化节能设计技术要点分析

电气自动化节能设计技术要点分析

张鹏飞

平顶山中选自控系统有限公司     河南平顶山    467000

摘要：社会的发展进步促使电气自动化技术得到了更多的应用，但与此同时，电气自动化所带来的能源消耗问题日益严重，因此，节能设计技术的应用研究逐渐得到更多重视。基于对电气自动化以及节能技术的了解，从电气自动化节能设计原则入手，总结提出了变压器选择、传输过程降耗以及无功补偿三个方电气自动化节能设计技术要点，对于电气自动化的可持续发展和应用有着积极意义。

关键词：电气自动化；节能设计；技术要点

引言：

电气自动化技术的应用目标在于减轻工作人员负担，提升整体工作效率和质量，但同时在实际进行应用的过程中需要消耗大量的能源，因此，近年来电气自动化节能设计研究不断深入，但由于其自身较强的复杂性和综合性，相应节能设计难度较大，为保障系统运行稳定性，同时减少能源消耗，提高供电效率，加强对于电气自动化节能设计技术方面的研究和分析是十分有必要的。

一、电气自动化节能设计原则

电气自动化节能设计并非单纯考量能源消耗和利用率，还需要综合考虑安全、环境等方面因素，在实际进行电气自动化节能设计的过程中，需要遵循以下原则：第一，安全性原则，安全是生产的前提基础，在实际进行节能设计时，应以安全性为首要原则；第二，环保性原则，为保障节能设计的有效性，还需要确保相应技术的选择具有较强的可靠性，在考虑自动化工程节能性以及经济性的同时，也应同步考量周围生态环境和居民生活情况，避免为实现节能目标，而选择不利于长远发展的技术手段；第三，经济性原则，电气自动化工程其本身需要投入的成本较高，为实现节能设计目标，还需要确保相应资金成本的支出能够控制在合理范围内，实现资金成本最优设计，在达到节能要求的同时，减少不必要的资金投入；第四，先进性原则，现代科技的发展，使得节能环保技术得到了极大的创新和运用，为保障电气自动化节能设计的有效性以及可发展性，应加强对于新技术、材料、理念等的研究和运用，不断提升节能是设计效果，保障节能设计的先进性[1]。

二、电气自动化节能设计技术要点内容

（1）变压器的选择

变压器作为电气自动化工程中的重要设备，也是能源消耗较多的结构，因此电气自动化节能设计中，变压器的选择是提高节能效果首要步骤。变压器损耗情况主要包括可变和不可变两个部分，详细情况分类如表1所示。

表 1 变压器损耗

在实际进行变压器的选择和优化调整时，需要注意以下要点内容。

第一，优先选择节能型变压器，以此降低变压器有功功率的损耗。

第二，科学进行变压器电气设计，确保变压器三相电电流维持平衡，对此可选择三相四线供电、单相自动功率补偿设备等多种方式进行设计，以此解决电路负荷不平衡问题，减少变压器本身的电能损耗，达到节能效果。

第三，合理进行变压器型号材质选择，优选铜制变压器，加强对于硅钢片厚度的控制，减少损耗，同时结合实际电气自动化系统实际运行情况和需求，科学选择变压器型号。

第四，将变压器负载率控制在40%~60%之间。

第五，合理确定变压器安装位置，最好将其设置在电力负荷中心，以此降低电能损耗，同时还能够提升电能质量[2]。

（2）传输过程降耗

电能传输过程中，由于线程、导线横截面积以及传输导线电阻等方面因素影响，不可避免地会消耗有功功率，造成能源损耗，因此传输过程降耗也是电气自动化工程中节能设计技术的要点内容。在实际电能传输过程中，传输线路中的电流是固定的，不会随意发生变化，因此，想要减少传输过程的能源消耗，就需要从电阻角度入手，减少线路电阻，以此达到降耗效果。根据电阻与导线截面、导线长度等的关系，想要达到减少导线电阻的目的，就需要对导线横截面积以及长度等进行优化处理，详细节能设计技术措施包括以下内容。

第一，扩大导线截面，由于导线电阻与横截面之间成反比，即横截面越大，导线电阻越小，因此，可在保障电路电气特性的基础上，根据线路实际情况，适当增加导线横截面积，以此降低电阻，进而减少导线损耗。

第二，缩短导线长度，基于导线电阻与导线长度之间的正比关系，可知导线长度越短，导线电阻越小，对此，在实际进行电气自动化节能设计的过程中，应合理进行布线设计，减少迂回线路，尽可能缩短导线长度，以此降低导线电阻和线路损耗。经济供电半径关系情况如表2所示。

表 2 经济供电半径关系

第三，缩短变压器与负荷中心距离，通过减少供电距离，能够有效缩短线路有功功率损耗，达到节能效果。

第四，科学进行导线选择，优选电导率较小的材质，以此减少传输过程损耗。

（3）无功补偿配置

电气自动化系统运行时，其供电设备中存在大电量无功功率，极大地增加了系统损耗，降低了系统运行的经济性，而无功补偿是电网运行过程中，节能降耗的主要措施之一，该技术措施在转变电网功率因素、平衡系统电压以及减少传递功率损耗方面有着良好作用效果，而且还能够提升电压质量。配电网无功补偿功率计算公式为：

式中，Q表示配电网无功补偿功率，单位为kvar；S表示补偿前视在功率，单位为kW；cosφ1表示无功补偿前功率因数；cosφ2表示无功补偿后功率因数。

根据上述公式可知，补偿后的功率因数越高，需要补偿的无功容量越大。当系统中其他参变量保持不变的情况下，不同线路功率因数的线损变化情况如表3所示。根据表3可知，输电线路功率因数从0.70逐渐上升到1的过程中，线损逐渐下降，而且线损减小十分明显。

表 3 功率因数和线损关系

在实际应用无功补偿技术的过程中，为保障相应设备选择的合理性以及实用性，需要注意以下要点内容。

第一，针对无功倒送、投切振荡等问题，需要选用无功功率作为投切参数物理量。

第二，安装无功补偿设备过程中，应选择就地补偿方式，最大程度上减少线路损耗。

第三，确定投切方式时，建议选择模糊投切，这种投切方式不仅适应性较强，而且跟踪准确，能够更好地满足节能设计要求，尽可能扩大补偿效果。

第四，针对电容器补偿设计时，应根据负荷情况、配电压容量以及目标功率因数等，合理确定电容器容量，保障计算的精准程度，促使无功补偿作用得到充分发挥[3]。

结束语：综上所述，电气自动化技术的发展，使得系统运行过程中功率浪费情况不断加剧，严重影响了电网运行的质量和效率，为提升电气自动化的节能水平，在实际进行电气自动化工程设计的过程中，可采取相应节能设计措施，如优选质量好的节能变压器，强化对于变压器负载控制，加强线路设计，减少迂回线路，合理确定导线截面积，此外还可根据实际情况进行无功补偿配置，从多个角度降低线路、电气设备损耗，在保障电能质量的同时，提升电气自动化工程的节能性。

参考文献：

[1]金建军.节能设计理念在电气自动化工程中的应用[J].现代工业经济和信息化,2022,12(04):128-130.

[2]贾坚江.电气自动化工程中的节能设计技术浅析[J].中国设备工程,2022(01):122-123.

[3]李文雅,梁启凡.电气工程自动化及其节能设计的应用研究[J].中国设备工程,2021(15):105-106.

基金项目：平顶山中选自控系统有限公司研发项目：选煤厂大数据决策支持平台，BJHY-ZX-KJ（Ⅲ）（2）(2022)-7.