房国玉
SEW-传动设备（天津）有限公司 天津 300457
摘要：伴随经济社会的快速发展以及信息技术的进一步提高，电力系统在自动化程度不断提高的同时，正逐渐推广运用节能设计技术。本文介绍了电气工程设计原则，探讨了电气系统中的节能技术。
关键词：电气自动化；节能技术；分析
1.电气自动化及节能设计简述
在社会和经济高速发展的前提下，电力的需求越来越大，建立稳健可靠的供电系统成为电网公司的首要任务。传统电力系统由于设备陈旧，主要依托人力来实现运行于管理。随着计算机以及自动化技术的发展，电气自动化技术应运而生。电气自动化系统是当前实现电能优质、灵活和可靠传输的最佳解决方案，系统中的节能设计方案也一直在不断研究进步。当电气自动化系统中节能设计方案不能充分发挥作用时，会造成电能的严重浪费并且可能威胁到整个系统的安全稳定运行。当系统受到不利影响后，输电、供电和配电环节就必然产生恶性循环，给生产生活带来严重挑战。当前电网结构复杂，容量增速很大，特别对于城市电网设计性能优良的节能方案十分困难。当前电网中存在的非线性负载，比如变频器和整流器，这些设备会引入大量谐波污染，给节能设计也带来很大的干扰和挑战。因此，如何提高节能系统的可靠性，如何最大限度地提升供电效率，是需要不断投入研究的热点问题。从电力传输的各个环节来看，减少输电线路的传输损耗，提高变压器的效率以及合理布置无功补偿装置都可以达到节能的目的。另一个方面，提高用电单元效率，尽量降低热损耗，合理配置驱动方案，将传动系统中的势能和惯性能加以利用，降低配电需求必须给予足够重视。
2．电气自动化节能技术
2.1减少电能传输的损耗
电路线路上必然会存在电阻，因此只要有电流通过线路就会产生有功功率能耗，对于这样一种形式的能量损失，我们就需要根据其能耗的机理来进行设计处理，考虑到线路上的电流是不允许改变的，因此就只能够在线路的电阻上做文章，也就是说，只要能够在不影响线路正常运行的状况下减小线路上的电阻，就能够有效的起到节能的作用。我们更进一步的来探讨，与线路电阻有关的是线路自身的电导、线路截面和线路的长度，相应的节能方式也就可以分为三个大类：一是选用电导率比较小的金属材质来作为线路的输电导线；二是尽可能的减少线路的长度，这一点可以通过线路少走弯路、不走回头路来实现；三是适当的增大导线截面的面积。
2.2无功补偿
在电力系统中，无功功率占有供配电设备的很大一部分容量，因此增大了线路的损耗，从而造成电网的电压下降，也因此影响了电能质量和电网的经济运行。而对于用户而言，无功功率的直观表现为功率因数偏低，而当功率因数小于0.9时，用户就会向供电部门缴纳一定比率的罚款，因此用户用电的成本也增高，经济效益就会下降。但是我们若选用恰当的无功补偿设备的话就可以实现无功就地平衡，提高功率因数，从而实现节能减耗、提高电能质量、稳定系统电压的目的，而且能够提高经济效益和社会效益。比如，在受导电抗的作用下，电机发出的交流电流和交流电压的相位角不为零，因此电机发出的电能不能完全被用电器吸收，不能被吸收的部分则在电机和用电器之间往返变化而不会释放出来。又因为电容器产生的是超前的无功，因此采用电容器补偿可以与无功率的电能进行抵消，即Q=QL-QC。
在采用无功补偿设备对电力系统进行无功补偿时，对于无功补偿设备的要求有以下几点：
2.2.1在使用电容器补偿时，电容器容量的确定应该根据配电电压的容量、负荷、三相电压的平衡度、自然功率因素、目标功率因数等参数经过计算来确定。而若是在补偿处产生了谐波的话就要串联一定量的电抗器，滤除线路上的谐波。
2.2.2为了有效的防止投切振荡、过补偿和无功倒送，在电容器的功率参数、无功电流、无功功率这些投切物理量中最好选择无功功率作为投切参数物理量。
2.2.3在很早以前的补偿电容组中电容器的分担方式和投切开关的方式普遍采用等容量分组和循环投切；后来又采用了按比例分配、按编码配置、投切开关按级投切。但是这些方式都不能达到我们想要的补偿效果。因此，现在所采用的是模糊投切，其适应面广、调节平滑、跟踪准确而且效果很好。在使用过程中，低压的时候投切开关则选择投切复合开关，而高压补偿柜中选真空接触器作为投切开关。
2.3使用有源滤波器
为了有效避免与电网联结电气设备的误动作，就必须消除谐波，而消除谐波最有效的方法就是使用有源滤波器。误动作主要是由于电气设备数量的增加，产生的谐波越来越多，又由于这些谐波电流在电网阻抗上产生的电压与基波电压重叠，就会引起电压的畸变，从而造成电气设备产生误动作。概括起来，有源滤波器主要以下特性：具有优异的动态性能；反应快；能使功率范围更宽大等，能使无功补偿达到更好的效果。
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2.4提高功率因素
功率因素与电气设备在运行过程中的节能密切相关，如果功率因素能够控制在较高的水平上，电力系统电能的转化率就会提高。那么提高功率因素有哪些方法呢？笔者分析了一下，一般有以下几种方法：（一）通过提高用户的负载率来提高功率因素，比方说像电动机这样的动力电气设备，可以在满足生产工艺的前提下，尽量选择少极数的电动机，因为少极数的电动机，它的起动转矩较大，起动过程中的电流也就相对较大，所以电器设备能够在最短的时间内达到正常运行，运行效率高，并且可以减小能耗；（二）在低压电力系统中，则可以通过装备自动补偿的电容柜，来补偿无功功率。
2.5选择合适的电压等级
电压等级的合理配置，同样可以起到很好的节能效果，一方面要对高压配电与低压配电的电压等级进行合理选择；另一方面就是在确定供电电压时，需要综合各方面的影响因素进行考虑，包括用电设备的性质、电网的发展前景、以及供电回路的数量等。
2.6选择合理的变压器
绝缘子、钢材、硅钢片等都是变压器的组成部分，不管哪一部分出现了问题，都会直接影响变压器能源的消耗，所以在选择这些组成部分的时候要慎重，在保证工作顺利的情况下，以节约为核心，合理选择这些组成部分，达到节能的效果。线路和机柜在采用以铜为材料的基础上，可以减少变压器的损耗。在选择硅钢片的时候，选用稍微薄一点的为佳，前提是保障设施设备正常进行。随着变压器节能特性的不断完善，那些陈旧的消耗高的变压器将逐渐被淘汰。在选择变压器的时候，要着重其负载率，通常情况下选取的区间在40%～60%。不管是在工厂还是在高楼大厦，变压器的放置位置也很重要，一方面要考虑到方便，另一方面要考虑所需电缆的长度，因此电力负荷中心是最佳位置，这样不断降低了电能的消耗，也使电能的质量得到提高。
3.科学配置驱动系统
3.1提高系统用电效率
在工业驱动系统中大量存在四象限运行机构，这些机构的第四象限运行阶段势能和惯性能转化成电能。这些回馈能量的处理在传统模式下主要有两种模式：1.回馈电网； 2.电阻发热消耗。回馈电网模式从配置方案的合理性方面分析只适合超大功率驱动环境，对于小功率驱动来说增加的配置价值远高于再生能量的价值；电阻发热消耗模式 使得这些能量直接被消耗。
超级电容的出现从技术上很好的解决了这一问题。它具备支持瞬间大电流充放电、频繁充放电的特点，适用于升降机、频繁启停设备的再生能量储存、再利用的场合，实现能量的最佳利用。
3.2选择高效节能产品、合理配置方案
自2012年国家强制推行驱动能效标准以来，对能效不达标电机驱动产品从法律上进行了严格限制。在此基础上，如何使系统达到最优化需要科学统筹。
传统感应式三相鼠笼电机能效标准分为三个等级IE1、IE2、IE3，三个等级的额定效率分别有2-3个百分点，自2016年开始IE1等级电机已经不再允许进入市场。感应式三相鼠笼电机具有当电机脱离额定状态之后效率明显下降的特性，因此，在负载不能长时间保持接近额定、速度经常变换的驱动效率自然无法保证。这就需要重新考虑一套更加高效节能的方案。
对于传统变频驱动的领域，以永磁同步电机取代变频电机是一种新型控制架构，永磁转子很好的解决了变频器控制三相鼠笼感应电机出现的低速轻载状态下电机效率急剧下降的
问题，把控制与电机集成在一起使得中频线损可以不再考虑，感应电机电磁转换过程中的铜耗、铁耗产生的发热最大限度的消除，无功功率接近于零。
结语
我国社会在迅速的发展，能源得到了巨大的消耗。很多能源在使用过程中不合理，造成了能源的很大浪费现象。随着全球能源危机的到来，加强电气自动化的节能技术已经是经济发展的需要。
参考文献
[1]彭朱.浅析电气自动化节能设计技术[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2014，07：214.
[2]韩志林.论电气自动化中的节能技术应用[J].电子世界，2014，15：70.
论文作者:房国玉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/10
标签：功率论文; 线路论文; 节能论文; 电能论文; 电网论文; 电机论文; 电压论文; 《防护工程》2018年第14期论文;