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摘 要：文章分析了大力发展电气节能技术的必要性,并从减少电能传输的损耗、变压器的节能设计技术、无功补偿设备的合理配置、利用光伏发电推进电气节能技术发展等方面阐述了电气自动化的节能设计技术.
关 键 词：电气自动化；节能技术
中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）30-0001-02
电气自动化过程中的节能设计技术在整个自动化系统中起着非常重要的作用,优良的节能技术方案可以降低电力用户的用电成本以及减小能源消耗.在电气自动化系统中,实现节能的前提条件是确保系统可靠运行,并在此基础上不断优化各个电力传输环节,实现电能的高效利用.在节能设计过程中,需要以提高电气自动化系统的运行效率为目标,最大可能地降低电力能源的各种方式损耗.只有充分发挥电气节能技术的优势,才能真正实现电气自动化系统的高效优质管理与传输电能的作用与价值,为国家带来良好的经济和社会效益.
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.
2发展电气自动化节能设计的必要性
我国十二五规划中明确指出节能减排的目标是2010年的万元GDP能耗由2005年的1.22t标准煤下降到0.98t标准煤左右,下降20%.大力发展工业节能、建筑施工节能是中国可持续发展的必然选择.电力作为现代社会的主要能源之一,随着工业以及生活电器的增多、用电量的增大,发展电力节能具有很强的现实意义.目前电能供应过程中出现较多的损耗,如果不改善优化,很可能出现电能供应紧张的问题,影响社会的正常秩序.为了解决这一问题,必须降低电气自动化设备的能源消耗,提高其电能传输效率.只有充分提高了电能的传递、使用效率,才能缓解当前电能供应出现的危机,才能降低电力成本,提高供电单位的效益.
3电气自动化节能技术设计
3.1减少电力传输过程的损耗
电能通常由地处偏远的电厂产生,在到达负荷中心前需要经过架空线或者电缆等导线进行传输.由于导线电阻以及电抗的存在,传输过程中会产生一定量的功率损耗,包括有功和无功功率损耗.根据电路原理,要想减小这部分损耗就需要减小导线阻抗,或者增大电网的运行电压.就导线本身的优化而言,由于导线的电阻是和其横截面积成反比的,因此可以通过增大导线线径的方法减小电阻进而减小有功功率损耗.但是较粗的导线意味着导线成本的提高,另外由于重量以及体积的增大,给安装施工以及后续维护以及更换带来麻烦.所以通过科学的评价方法选择合适的导线线径对于电气自动化的节能设计具有非常重要的意义.在减小导线阻抗方面,还可以选择电阻率较小材料的导线,例如用铜线代替铝线,不过这同时也意味着成本的增加.在线路走线方面,尽量避免走弯路,这样可以减小输电线路的长度,也可以起到减小线路阻抗的目的.总体来考虑,减少电力传输工程中能源损耗的方法就是使用单位阻抗小的导线作为传输通道、优化线路走线,但是需要权衡投入,使得投入和损耗最小,电能产出最大,达到真正意义上的节能减排.
3.2变压器节能技术
变压器作为电气自动化系统中的常用电力设备,在输电以及配电系统中起着至关重要的作用.在实际使用过程中,变压器中的线圈由于存在电阻也会产生有功损耗,称为铜耗；组成变压器磁路的铁磁材料也会产生铁耗,这些损耗都不利用电能的高效传输.对于电力变压器的技能设计而言,有效降低其空载损耗、负载过程的铜耗以及铁耗是节能设计的方向.具体措施比如优化线圈的绕线结构、采用阻值较小的漆包线、使用性能优良的铁磁材料等.在解决了变压器自身损耗的基础上,合理配置其接线形式,提高电能质量,也可以从负载角度提高电能利用效率.
3.3有源滤波器对于节能的积极意义
有源电力滤波器是针对电力系统中的谐波而提出的电力装置.近年来,随着电力电子型非线性负载在电网中的大量使用,系统的电压中出现了大量谐波.谐波的存在使得电能质量变差,对用户产生很大的影响,同时也会造成不必要的电能损耗.电网中的谐波会导致电压变化不正常,可能会引发系统误操作,影响到各种电机的正常使用.随着半导体功率器件技术的进步,利用有源电力滤波器来消除电力系统中的谐波成为解决谐波问题的重要方案.相比传统无源滤波器,利用有源电力滤波器可以更大程度消除谐波,减少不必要的电能损耗,因此对于电气自动化的节能优化也有着积极作用.
3.4无功补偿设备的合理配置
无功补偿技术在电力系统中发挥着重要的作用,它可以改善电网的功率因数、平衡系统电压以及降低输送线路的功率损耗.通过合理配置无功功率装置,可以最大可能地降低电网的能量损耗,改善电压质量.相反,如果没有科学合理的无功功率补偿,电力系统会出现电压波动、功率损耗增大的情况,影响系统的健康运行.无功补偿设备包括传统的静止电容器、同步调相机以及同步发电机和静止无功补偿器（SVC）,也包括利用柔流输电系统（FACTS）技术发展而来的静止无功发生器（SVG）.这些无功补偿装置均能优化电气自动化系统中的功率分布,但同时必须注意各种设备具有不同的工作特性.比如,同步调相机由于响应速度较慢并且自身损耗大,已基本淘汰.利用开关投切电容器的方案简单可靠,但是只能有级调节,无法实现连续的调控能力.因此,在选择无功补偿设备的过程中,就需要有针对性使用.电气自动化节能设计过程中必须科学设计无功补偿装置的配置,具体需要遵循以下几个原则：
①根据系统运行参数选择无功补偿装置,比如电压等级和负荷容量等.
②根据电网的实际负荷状态进行无功补偿设备选择,因为除了系统的具体参数外,必须还要考虑到负荷的特点,比如较大功率负荷适宜选择动态补偿装置,而小负荷则优先选择静态补偿装置,这样的配置方案可以使得电气自动化系统的节能效果十分明显.
③必须合理确定无功补偿装置的投切方式.在实际选择过程中,必须优先选择适用面广和准确系数高的投切方式,避免使用投切迟缓、故障率高的方式.
④优先选择就地补偿方式.就地配置无功补偿装置可以达到更好的补偿效果,同时降低功率损耗.
3.5电气自动化照明系统节能设计
照明系统是电气自动化中一个必不可少的部分,其功率损耗也在整个系统的损耗中占据很大比例.因此,在电气自动化照明系统中采取节能设计,对于提高能源利用率具有重要意义.鉴于照明系统自身的特点,其节能设计可以从以下两个方面考虑：
①应该优化当前照明系统的照明效率,可以从更换更加节能的照明设备入手,也可以从系统角度分析,即对照明系统大范围规划,减少不必要的浪费,提高电能利用率.
②尽可能借助自然光进行照明,是节能的另一个思路,太阳光的大范围利用对于电气自动化的节能具有非常重要的意义.
3.6光伏发电技术推进电气自动化节能发展
光伏发电作为新兴的可再生能源技术,是应对能源危机的解决方法之一.通过对太阳光能的捕捉,光伏系统可以将其转化为电力共人们利用.充分利用太阳能这一绿色能源,对于电气自动化的节能设计具有很强的现实意义.当前光伏发电系统尚处于发展期,在政府持续出台支持光伏产业发展政策的机遇下,电气自动化过程中应该更加注重这方面的节能设计,通过新能源的使用达到节能的目的.
4结语
在电气自动化设备广泛应用于各行各业的前提下,开展电气节能设计具有非常重大的实际意义.本文从减少输电环节的能量损耗、变压器节能以及积极使用有源电力滤波器和无功补偿装置实现节能、照明系统节能和大力发展光伏发电推进节能等方面阐述了具体的节能设计方案及技术措施.随着电气自动化节能技术的发展,电能的使用过程会越来越高效和经济,这对于改善电能使用紧张的现状以及促进经济社会的发展都有非常积极的作用.
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