电气自动化及节能设计概述

电气自动化及节能设计概述
摘要：随着我国经济的发展，现代化的工业厂区建筑逐渐向节能、高效、安全等方面发展，这对电气自动化发展提出了新的要求，如何在降低损耗的情况下实现对电源的高效利用，成为了现代化厂区设计的热点与难点，基于此，文章对新时期工业厂区电气自动化的节能设计进行了积极探讨。

一、电机运行中的节能设计
电机拖拽系统是电气系统一个较大的电能消耗单元，运行方案的不合理及综合维护不到位等，都会致使其运行低效，造成大量的电能浪费。

大量的发热降低电机系统综合使用寿命。

基于此，在进行电机运行的节能设计时应当采用高效可靠、节能经济的电气控制方案。

（一）改变继电器控制方式
对于运行工况偏离高效区的功率大、运行时间较长的用电系统利用变频调整控制方式改变传统的继电器控制方式，进而进行动态调节电源输入端电源频率，利用对电机转速的调控让整个电机拖拽系统的输出与输入达到平衡状态，实现节能降耗。

（二）实现电机无级平滑
交流电机串级调速实现电机无级平滑调整，低速时机械特性比较硬，特别是晶闸管低同步串级调速系统。

二、减少电能在线路上的传输损耗
电能在传输的过程中，导线上所存在的电阻便会产生相应的有功功率损耗。

但是，线路上的电流是无法改变的，要想将线路上的电能损耗减少，就必须减小导线的电阻。

导线的电阻与电导及导线的长度成正比，则与导线的截面积成反比。

所以，要想减少导线的电阻就需要通过以下几个方面：
(一)采用电导率相对较小的材质做导线
导线材质的选用方面，应当选电阻率非常小的材料，这样有利于线路传输中的电能损耗的降低。

缩短导线的长度，特别是在布线的时候尽量减少弯路。

(二)合理布局，优化线路走向
尽可能的使变压器靠近负荷中心，使供电距离缩短，在经济合理的供电半径内供电;对供电线路进行合理布局，优化供电线路走向，这样便可以适当的减短导线的长度，尽量不让导线走回头路，从而避免电能在来回电路上造成损失。

(三) 缩短供电距离
适当将导线的横截面积增大，在不影响其他条件时，尽可能的选用横截面积较大的导线，利用减少电阻的方面来减少损耗。

减小负荷中心与变压器的距离，进而缩短供电距离。

三、无功补偿
电力系统由输配电线路、升降压变压器、配电变压器、用户电力负荷等各个功能环节组成。

电能在电压的作用下以电流的形式在电力系统的各个功能环节中流动，为用户提供期望的能量，同时也存在着不可忽视的能量损耗。

特别是系统中无功功率负荷和无功功率网损在电网中几乎无处不在，不但造成大量的能量浪费，同时也严重地影响了电能的质量。

电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件。

有效的电压控制和合理的无功补偿不仅能保证电压质量，而且提高了电力系统运行的稳定性和安全性，充分发挥了经济效益。

在整个电力系统中，供配电设备中的较大一部分容量都被无功功率所占据，从而使线路损耗增大，电网的电压下降，从而严重地影响了电能质量与电网的经济运行。

在用户的角度上，无功功率主要体现在功率因数偏低，若功率因数没有超过0.9时，用户就需要向供电部门缴纳相应比率的功率因素调整电费，这样就会使用户的用电成本增加，经济效益下降。

用户端的用电设备基本上以感性负荷为主，其无功损耗主
要由励磁损耗和漏磁损耗所构成，其功率因数约为0.6～0.9之间。

由此可推出，用户端负荷的功率因数角约在53
°～26°之间。

根据功率三角形，功率因数的正切值tg
ψ≈1.33～0.49，也就是说用户端的无功功率需求是有功功率需求的0.49～1.33倍，可见用户端无功负荷之大，是不可忽视的。

但是，如果用户采用合适的无功补偿设备，便可以实现无功平衡，从而达到提升功率因数、节能降耗、稳定系统电压以及提升电能质量等多项目的，还可以一定程度的提升社会效益与经济效益。

例如，在导电抗的影响下，电机所发出的交流电压与交流电流的相位角不为零，导致电机所发出的电能无法被电器完全吸收，无法被吸收的部分便会在电机与用电器之间回来变化而不能释放出来。

由于电容器所产生的是超前的无功，所以，使用电容器进行补偿能够有效的与无功率的电能相抵消，即Q=QL-QC。

在使用无功补偿设备对电力系统进行无功补偿时所使用的无功补
偿设备有以下几个要求：
(1)电容器补偿在使用之前，选择的电容器容量应通过计算配电电压的容量、负荷、自然功率因素、三相电压的平衡度、目标功率因数等多项参数来确定。

要是在补偿时出现了谐波就必须串联一定量的电抗器，以便将线路上的谐波消除掉。

(2)为更加有效地消除投切振荡、过补偿和无功倒送等情况发生，电容器的功率参数、无功电流、无功功率等投切物理量宜选择无功功率作为投切参数物理量。

(3)传统补偿电容组普遍采用等容量分组和循环投切等分担方式、投切开关方式。

随着补偿电容组技术的不断发展，出现了按比例分配、按编码配置、投切开关按级投切等分担和投切方式。

但是上述方式均无法达到实际生产、生活的需求，无法满足补偿效果。

为弥补上述传统补偿方式的不足，模糊投切方式应运而生。

这种投切方式适应面广，调节平滑，跟踪准确，并且投切效果较佳。

使用模糊投切方式时，若低压则投切开关选择投切复合开关;若高压，则选真空接触器，操作较为简单。

对于供电系统来说，无功损耗主要包括变压器的无功损耗和输电线路的无功损耗。

变压器的无功损耗同样由励磁损耗和漏磁损耗所构成，根据变压器的运行状态可分为空载和负载两种状态。

输电线路的无功损耗主要体现在串联电抗上的感性无功损耗和并联电纳上的容性充电损耗。

一般35kV及以下线路的充电无功损耗很小，线路无功损耗主要表现为感性的。

可见负荷功率(有功功率+无功功率)越大，线路的无功损耗越大;线路电压越低，无功损耗越大。

所以在35kV及以下电网进行无功补偿，特别是在10kV电网上进行分组动态无功补偿，对降低线路损耗、稳定电网电压、节约能源将起到明显的作用。

四、设备选择
（一）滤波器
因为电网扩建时需使用大量的非线性电压电流特性的电
气设备，这些设备的增加会产生较高的谐波电流。

谐波电流在电网阻抗作用下会产生一定的电压，如果这些产生的电压重叠于基波电压，就会导致电压发生畸变，继而引起电网联结电气设备发生误动作，影响整个电网的正常使用。

为此，若要有效地消除非线性电压电流特性的电气设备产生的谐波则需使用
有源滤波器。

一般来讲，有源滤波器具有较多优点，如反应快，其动态性能表现优越;其在无功补偿的模式下可有效消除谐波，功率因数可强制达到1;在三相补偿谐波电流下可同时滤除2～60
次滤波。

相比之下，由于多元有源滤波器应用了并联运行方式，其功率范围更广。

因此，在电网建设过程中选择性应用有源滤波器可实现对谐波地有效过滤。

这些有源滤波器可很好地预防电气设备由于畸变电压而导致的误操作。

滤波器的良好性能极大地提高了电气设备的运行效率，并且对无功补偿也产生了很好的效果，具有良好的节能作用。

（二）变压器的选择
变压器是供配电系统中最为常见的电气设备，变压器上由于铁损、铜损、负载损耗以及空载损耗等原因产生大量电能浪费。

变压器节能可以从降低空载损耗、负载损耗以及优化变压器运行方式几个方面实现节能。

总的来说，变压器在设计选择时就应该达到以下几个要求：第一，变压器应该具有较好的节能性，以便将变压器的有功功率损耗进行较大程度的减少;第二，为了让流过的三相电的电流保持平衡，必须从根本上使变压器本体的损耗减少，最好使用一些合理、有效的减少负荷不平衡的方式，如三相四线制供电、单相自动补偿设备、将单相用电设备均匀分接在三相电源上等。

七、其他形式的节能
在电气系统中，不但可以使用节能的技术进行节能，还可以使用一些其他的节能方式进行节能，例如，使用高效光源来达到节能的效果，在家庭中所使用的主要是照明用电，所以，将照明所使用的光源使用光色好、发光率高、显色性能佳的高效光源是一个非常不错的选择。

这可以从根本上做到节约能源。

八、结束语
总之，在未来经济发展过程中，须从节约能源为出发点，减少电气自动化所消耗的能源，将其污染环境的程度降至最低，为使用者提供健康、舒适的工作及生活空间，从而最终实现国内节能电气的跨越式发展。

随着社会的不断进步，电力技术的飞速发展，相信电气自动化的节能技术在今后的使用频率会越来越高，使用范围越来越广，并且今后研究的节能技术也会向更优、更节能地方向发展。

引用文献
致谢
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