王 健

贵州省节能监测中心 贵州 贵阳 550000

长期以来,我国采取粗放式模式发展工业生产与电力生产,对于资源、 能源的消耗极大,已经影响了国民经济的长期可持续发展。因此,国家正在大力转变经济发展方式,倡导绿色发展、低碳发展。另一方面,国内各个行业、各个领域的生产、管理效率不高,亟待推广电气自动化工程。所以,在推广电气自动化工程的过程中,有必要做好电气自动化工程的节能设计。

一、电气自动化工程

电气自动化工程涵盖电力电子、电力传动、电力系统、自动化、高电压、绝缘技术、电机电器及其控制等多门专业技术,电气自动化工程通过感应器、继电器等元件,对机电系统动作实施控制。

自二十世纪以来,电气化已经成为现代工业社会运转的核心；而电气自动化工程则可以进一步提升电气化生产与电气化管理的效率[1]。——当前,电气自动化工程在工业生产、高速动车、城市轨道交通、电力生产等各个领域的应用日益广泛。在电力领域,电气自动化工程优化了配电网的运行方式,有效降低了电网的损耗,提高了配电网运行的安全性；在工业生产领域,电气自动化工程实现了工业自动化生产,不仅节约了生产成本,而且提高了产品质量；在交通领域,电气自动化工程对高速动车、地铁列车进行自动运行控制,有效缓解了城市交通拥堵。

但电气自动化工程在实际应用中,也暴露出了能耗大这一短板。因此,如何做好电气自动化工程的节能设计,已成为电气自动化学科的热点问题。

二、电气自动化工程中的节能设计技术关键要点

(一)选择变压器。传统变压器损耗中的空载损耗,发生在变压器铁芯叠片内,属于铁损。其计算公式为

其中,P0=变压器铁芯空载功率损耗,单位为KW。Kc=变压器铁芯制造工艺系数,一般在1.15～1.70之间；Pc=变压器铁芯单位质量的电功能损耗,单位为k W/kg；Gc=变压铁铁芯总质量,单位为kg。

根据以上公式,可以一目了然地发现:变压器铁损与变压器制造工艺、钢片单位损耗与铁芯质量存在正相关。因此,在选择变压器时,应当为电气自动化工程选择相匹配的节能型变压器。节能型变压器在铁中加入硅、铝,或选用非晶态合金代替铁,可以大大降低了空载损耗[2]。为电气自动化工程选择适宜的节能变压器,需要根据电气自动化工程的具体情况,仔细计算变压器的有功损耗、无功损耗、空载无功损耗、变压器额定容量、变压器磁化功率,变压器额定负载时绕阻漏抗漏磁功率、平均负载系数、负载波动损耗系数,无功经济当量等参数。在条件允许的情况下,可为电气自动化工程配置2台容量、特性相同的节能变压器,进行并列运行。

(二)选择导线。线损同样也是电气自动化工程能耗的一个重要方面。线损的计算公式为

其中,R=每相导线的电阻,单位为Ω；L=导线长度,单位为Km；ρ=导线材料电阻率,单位为Ω·mm2/km；S=导线截面积,单位为mm2。

做好电气自动化工程的节能设计,需要尽可能选择电阻率较低的导线,并合理设计导线的截面积[3]。据分析,不同材质的线缆电阻率不同,且随着导线截面积的上升,其电阻值会出现下降。在20℃下,截面积50mm2的铜绞线电阻为0.39Ω/km,截面积50mm2的铝绞线电阻为0.64Ω/km,截面积为50mm2的钢芯铝绞线电阻为0.65Ω/km；截面积240mm2的铜绞线电阻为0.078Ω/km,截面积240mm2的铝绞线电阻为0.132Ω/km,截面积为240mm2的钢芯铝绞线电阻为0.132Ω/km[3]。

由此可见,为电气自动化工程选择截面积较大的绝缘铜芯导线有利于降低线损,但这也可能增加敷设导线的成本,所以必须根据现场的实际情况,选择适宜的导线及适宜的导线截面积[4]。

在条件允许的情况下,还应尽量选用节能导线。使用节能导线,可以在总截面相等的条件下,减少导线直流电阻。当然,节能导线的价格较为昂贵,这就需要运用价值工程,尽量选择性价比较高的节能导线。

为电气自动化工程敷设导线时,应尽量选择新型导线,合理布局线路走径,有意识地缩短线路长度,降低线路的电流密度。

(三)选择滤波器。电气自动化工程由各个电气设备构成,在它们的运行过程中,又会产生谐波。谐波不仅会增大导线线路损耗,还会影响变压器等设备的运作。因此,需要为电气自动化工程选择适宜的滤波器。采用有源滤波器可以有效减少谐波含量。此外,还可采用静止无功补偿装置、可控串联补偿电容器治理谐波。

结束语

电气自动化工程对于提高生产效率,促进国民经济长期可持续发展具有重要意义。做好电气自动化工程的节能设计,则有利于电气自动化工程的推广与发展,有助于加快工业体系与电力体系生产方式的转变。因此,这一方面的问题值得进一步深入研究。