淺談水電工程電氣節能設計中存在的問題及優化措施

趙興奎

(云南保山蘇帕河水電開發有限公司，云南 保山 678000)

淺談水電工程電氣節能設計中存在的問題及優化措施

趙興奎

(云南保山蘇帕河水電開發有限公司，云南 保山 678000)

對水電工程電氣節能設計中存在的問題進行分析，在此基礎上提出了優化建議及措施。

水電工程；電氣節能設計；優化

0 引言

新世紀，人類面臨著越來越嚴峻的能源危機。在我國，改革開放以來，經濟雖然得到了飛速發展，但卻是以環境的破壞和能源的消耗為代價。隨著環境和能源問題的日益嚴峻，人們的生存狀況面臨著前所未有的挑戰。如何通過轉變發展思路，采取有效措施降低能源消耗，平衡環境與經濟之間的關系，成為全國各個行業面臨的重要課題。水電工程是能源創造工程，也是能源消耗較大的工程，在水電工程中樹立節能環保理念，以“重需求、低消耗、新技術、促環保”為原則，不斷優化電氣節能設計，對于最大限度節約能源，提高利用率，實現經濟與環境效益的最大化，具有非常重要的現實意義。

1 當前水電工程電氣節能設計中存在的問題

電氣節能設計是降低整個水電工程能源消耗的重要環節，通過對水電工程電氣系統進行優化和改善，規范電氣設計的相關環節，以保證系統高質量運行，減少能源消耗。然而，電氣節能設計并非關閉或者限制水電工程的某部分功能，只是在系統正常運行的基礎上，通過節能技術的改進，降低能源消耗和浪費。受觀念和技術的影響，當前我國水電工程的節能設計存在許多問題，現總結如下：

(1) 電氣節能設備落后，能源利用率低下。目前，水電工程的規模在不斷擴大，但對于電氣設備更新和升級的投入卻沒有跟上，水電工程中基本以大功率、高能耗的電氣設備為主，使用時間較長，技術和型號相對落后，甚至一些被國家明令禁止的產品和設備也在普遍使用。大量灰塵和顆粒物的長時間吸附，使設備的散熱性大大降低，絕緣性也變差，不僅造成了能源上的過多消耗，也帶來了安全上的隱患。此外，在電氣設備中存在運行負荷計算不準確、設備選型不符合實際要求等問題，導致了設備的利用率低下。

(2) 節能化設計缺乏有效的標準和依據，技術水平落后。電氣節能設計的另一個關鍵問題是技術問題，節能技術落后，節能化設計缺乏有效的標準和依據，經濟技術分析不全面，導致設計的質量難以保證，效益不明顯。例如，電氣設備線路出現電路迂回的問題，造成線路上能源損耗嚴重；諧波治理和無功補償設備的安裝點設置不合理，造成額外消耗；在綜合分析變壓器費用問題時，沒有折算變壓器的經濟優化費用等。

(3) 電氣系統的自動化和統一化控制管理水平較低。電氣自動化控制是水電行業未來發展的趨勢，它不僅能大大降低人工勞動強度，增強傳輸信息的及時性、準確性，也減少了發生事故的可能性，保證了設備正常運行。然而，目前我國大部分水電工程電氣系統缺乏智能化、自動化設計，電氣系統的統一化和系統化控制管理水平低，缺乏多系統之間的集成管理和自動化分析、調控。單純依靠人工控制，難以處理多系統的龐大信息量，影響了設備的工作效率，造成操作效率較低，時間長，更重要的是無法從整體上對節能設計作出科學、合理、統一的規劃，從而難以實現工程的整體節能效果，甚至造成系統之間的能源浪費。

2 水電工程電氣節能設計優化建議及措施

水電工程的電氣設計至關重要，其優劣直接影響著整個工程的質量。目前我國在電氣節能設計方面有著很大的優化空間，在對電氣系統進行深入分析和了解的基礎上，找出電氣節能設計的措施與對策，從而在設計過程中利用各種有效手段減少各種能量消耗，可以達到全面節能的目的，提高經濟效益和社會效益。具體可從以下幾方面著手：

(1) 合理選擇電氣設備和節能技術，優化配電方案。選擇合適的電氣設備是實施電氣節能設計的基礎和關鍵。首先，要選擇環保節能型電氣設備，從本質上解決問題。其次，采取相應的節能措施，如對變頻器進行節能改進，在保持電動機原有工作方式和設備結構的條件下，設計出不增加配電額外負擔的便捷的改造方案，使變頻技術在電氣設備中廣泛應用；在電容器方面，在安裝前進行整體規劃，選擇38 kW以上功率的電容器進行無功補償，通過無功優化使功率因數接近1。再者，安裝諧波治理裝置，采用當前最新的諧波治理技術，有效降低變壓器、電動機及電容器等電氣設備的工作溫度和諧波電流，明顯增加設備工作時間。最后，合理選擇配電系統方案，供電系統要簡單可靠，防止變電級數過多而產生大量能耗，根據實際情況合理選擇變壓器容量與數量以及電纜橫斷面，還要明確標準范圍，避免供電半徑過大，提高供電系統損耗。

(2) 減少配電線路中的電能損耗。在電氣節能設計中要重點考慮減少配電線路中的能源消耗。配電線路中的電能損耗取決于線路的阻抗和電流，其公式為ΔP=3I2R×10-3。可見，減小電能消耗一方面要選擇合適的導線材料，降低線路電阻。一般的工程線路以銅芯為主，但其造價高，線損大，因此可以改成銅鋁復合線，以降低線路熱能消耗。另一方面，在設計過程中，重視控制配線長度，采取直線型布線形式，減少因線路過長而產生的大量能耗。線路能耗的降低，不但可以提高能源的有效利用率，也可以進一步加強線路的安全性能，降低安全事故發生率。最后，要增大導線截面積，在長距離線路輸送中，在選定線截面時加大一級，這樣雖然增加了線路費用，但由于節約能耗而減少了年運行費用，綜合考慮是合算的。

(3) 改進照明系統的節能設計。針對照明系統的節能優化設計首先要加強對自然光的充分、合理利用，使自然光與室內人工照明有機互補，從而達到節約人工照明電能的目的。其次，要選擇高效光源，所謂的高效光源即顯色指數高、調光性能好、使用壽命長且便于啟動的高性價比光源。

最后，根據工作場所的不同選擇不同的光源及照明電器附件，如室內操控選用自鎮流熒光燈并配用電子鎮流器，通過加強燈管光效、減少鎮流器自身功耗，達到節能目的，并且消除了屏閃和噪聲，延長了燈管壽命；科研部門選擇高壓鈉燈并配以節能型電感鎮流器，在電壓偏差大的場所引用高壓鈉燈時，宜配用恒功率鎮流器，以保持光輸出穩定和降低能耗；在機械車間則可選擇高頻無極熒光燈，同時配用電子鎮流器，這里應區分T8直管形熒光燈和T5直管形熒光燈的不同，前者不配用功耗大的傳統電感鎮流器，以提高能效，后者應采用電子鎮流器，因為電感鎮流器無法帶動T5燈管。

(4) 優化變配電變壓器的節能設計。變壓器是水電行業中的高耗能設備，因此，對變壓器的節能設計勢在必行。變壓器的損耗主要分有功損耗和無功損耗，前者由變壓器鐵芯材質和內部結構決定，后者則由線圈材質和導體截面形成。對配電變壓器的節能優化基本措施包括：首先應大范圍推廣使用S12、S11等低損耗高能效的配電變壓器；然后在實際調度運行中，根據不同的系統負荷變化特性，科學、合理地選擇變壓器容量、數量和最佳的調度運行模式，在技術上主要通過采用動態無功補償裝置來提高配電變壓器功率因數的措施來有效提高配電變壓器的綜合利用水平。近年來，在材料技術日新月異的推動下，加之變壓器廠對變壓器結構的不斷改進，節能型變壓器得到了快速發展，應在水電工程建設中大力推廣和使用。

3 結語

隨著能源危機的日益突顯，水電氣節能勢在必行。在當前國家大力倡導節能減排的政策方針背景下，要充分意識到電氣節能設計在水電工程中的重要性，及時對高能耗電氣設備進行升級換代，加大對節能型電氣設備的引進和改造，加大對節能技術開發的投資力度，在電氣節能化設計中，盡量實現電氣系統的合理化、智能化、自動化，切實有效地降低水電工程中的過度耗能問題，保證工程質量。在注重經濟效益的同時，還要注重社會效益與環境效益的結合，真正促進我國水電行業的健康發展。

[1] 朱曄.試論電氣設計中的節能策略運用[J].科技資訊，2012(31)

[2] 杜愛平.基于節能理念的電氣設計優化研究[J].科技致富向導，2012(36)

2014-09-22

趙興奎(1981—)，男，云南保山人，工程師，計劃經營部項目主管，研究方向：工程管理。