淺議水利水電工程電氣節能設計

唐　平，盧偉麗（內蒙古自治區水利水電勘測設計院，內蒙古 呼和浩特 010020）

淺議水利水電工程電氣節能設計

唐平，盧偉麗
（內蒙古自治區水利水電勘測設計院，內蒙古 呼和浩特 010020）

摘要：隨著水利水電工程電氣節能設計技術的大力推廣，水利水電工程電氣節能設計技術發展問題不斷的在水利水電工程電氣節能設計技術中出現，新形勢下水利水電工程電氣節能設計技術發展的效果，是直接關系到工作的最后效果的關鍵因素之一。因此，本文就水利水電工程電氣節能設計進行分析。

關鍵詞：水利水電；電氣節能；照明節能

0　緒論

隨著經濟飛速發展，能源的供需矛盾日益突出，可持續發展和綠色經濟概念將成為我國經濟發展的主導方向。以往的高能耗的工業將退出歷史舞臺。作為現代能源的主導，水利水電行業也需要及時轉變觀念，在節能降耗上加大投入，加快新技術的開發及應用。而水利水電工程電氣專業由于總體能耗相對比重不是很大，以往重視程度不夠，有較大的潛力可挖。

隨著我國水利水電行業和基本建設管理體制的不斷深化，加上電力的需求不斷增長，所以工程電氣節能已經越來越為人們所重視，由于我國地域的特殊性，往往會造成電能供應不足的情況，所以要把電能的節約放在首要的位置，把節約的電能應用到工程建設中去。現對水利工程電氣節能問題，制定出合理可行的節能措施。

如何做好新形勢下水利水電工程電氣節能設計技術發展工作，為水利水電工程電氣節能設計技術發展實現可持續發展提供堅實的安全保障，是現在水利水電工程電氣節能設計技術面臨的迫在眉睫、急需解決的頭等課題。

1　電氣節能技術在水利工程中應用的意義

節能減排是我國新時期建設的首要任務，在我國“十二五”規劃中提出了推進節能減排改造的要求，綠色環保節能工程已經成為今后發展的重點。而且長期的高負荷用電還會導致風險事故的發生，例如用電超負荷引發火災，將嚴重危害人民的生命財產安全。這些都是水利工程節能發展的需求所在。新型電氣技術的應用可以從多方面改進以往水利工程中存在的能耗和風險過高問題，減少供電傳輸中在線路和網絡中損耗的能源，同時將節能設備及材料應用到工程之中，將用電過程中能源損耗降低。無論是對原有工程的改造還是新建工程的建設，都應當結合水利工程引入相關的電氣節能技術，提高能效。

2　水利工程電氣節能的應用

2.1選用節能型變壓器

變壓器是輸變電中的耗能大戶，我國變壓器的總損耗占系統總發電量的10%左右，如損耗每降低1%，每年可節約上百億度電，變壓器的節能降耗已是勢在必行。2006年中國國家標準化管理委員會頒布了《三相配電變壓器能效限定值及節能評價值》(GB120052-2006)標準，這是為配合《中華人民共和國節約能源法》的實施，提高配電變壓器的能源利用效率、降低損耗，提高配電變壓器產品在國際市場競爭力而制訂的。變壓器損耗分空載損耗和負載損耗，空載損耗主要取決于變壓器鐵芯的材質及變壓器內部結構，負載損耗主要取決于線圈的材質和導體截面。由于材料技術的不斷發展和變壓器廠對結構的不斷改進，節能型變壓器發展很快，如非晶合金鐵芯變壓器空載損耗僅為常規產品的五分之一。S11系列是目前推廣應用的低損耗變壓器，空載損耗較S9系列低75%左右，其負載損耗與S9系列變壓器相等。因節能變壓器具有損耗低、重量輕、噪音低、效率高、抗沖擊、節能顯著等優點,故節能變壓器的使用尤為重要。所以工程設計時應首選高效低損的節能變壓器。

2.2合理選擇供配電系統方案

根據用電負荷及其分布、負荷等級，合理設計供配電系統，使系統在最佳狀態下運行，使系統在運行中的損耗減為最低，實現供配電系統的安全、高效運行，達到節能的目的。設計應從下面幾個方面考慮。

（1）供配電系統應盡量簡單可靠,同一電壓等級供電系統變配電級數不宜多于兩級,盡量減少變電級數過多產生的電能損耗。

（2）合理選擇供電電壓等級。同等情況下,電壓越高,損耗越小。水利工程主機容量一般比較大,盡量選用高壓電機,減少電壓等級,減少電機啟動電流對電網的沖擊。

（3）變電所應靠近負荷中心,低壓配電間應靠近用電負荷,合理分布供電網絡,使低壓供電半徑控制在200m以內,供電線路的電壓損失已滿足規范的允許值,減少線路電壓損失,提高供電網絡的供電質量及網絡運行的經濟效益。

（4）根據負荷情況合理選擇變壓器容量、臺數,其接線應能適應負荷變化,按經濟運行原則靈活投切變壓器,使變壓器在最佳狀態下運行,從而減少損耗。

（5）合理選擇電纜、導線截面。在滿足允許載流量、運行電壓損失等各種技術指標的前提下,應按經濟電流密度合理選擇導線截面,并應從降低電能損耗、減少投資和節約有色金屬等方面綜合衡量。

（6）合理提高供配電系統的功率因素。在用電設備選型及調速控制方案一定的情況下,若自然功率因素達不到接入電網要求時,應進行無功功率的補償,提高功率因素可以減少線路及變壓器損耗。

2.3優化機電設備布置

機電設備布置應盡量將需要散熱的設備放在通風良好的場所，以最大限度地減少機械通風，降低建筑物內的能耗;變壓器室等產生大量熱量的設備房間與需要配置空調的設備房間的隔墻采取隔熱措施。

2.4輔助設備控制系統

輔助設備控制系統指：通風空調控制系統、機組輔助系統和公用設備控制系統、閘門啟閉機控制系統。該系統的控制對象主要是電動機，電動機是直接的大容量耗能設備，為了使電動機處于節能降耗的運行方式，必須優化控制系統設計和設備選型。根據電動機運行工況選擇合適的啟動方式：在通風和供水泵系統設計中采用變頻器或軟啟動器啟動;在閘門啟閉機系統中采用變頻器啟動或軟啟動器啟動，在機組輔助系統和公用系統設計中采用軟啟動器啟動等，既有利于改善電動機的啟動特性，又較大的降低了電動機的啟動電流，保證了電網的安全可靠，滿足了電站節能降耗的運行要求。

2.5照明節能設計

照明節能設計就是在保證不降低作業面視覺要求、不降低照明質量的前提下，減少照明系統中光能的損失，從而最大限度的利用光能,選用高效光源，高效光源就是發光的效率高、顯色性能較好、使用的壽命更長、啟動方便快捷、性價比高的光源。光源的選擇可以根據不同的工作場所采用不同的高效光源，降低電能的消耗，從而節約能源。節能措施主要有以下幾種：

（1）充分利用自然光是節能的重要途徑之一，設計中電氣專業應與相關專業密切配合，充分合理地利用自然光，使之與室內人工照明有機地結合，從而節約人工照明電能。

（2）照明設計應選擇發光效率高、使用壽命長、啟動可靠、方便快捷、性能價格比高的高效光源。按不同的工作場所，選擇相適應的高效光源，可以降低電能消耗，節約能源。對于水利工程來講，其具有著龐大的建筑工程，并且有著眾多的操控部門和運行車間。對于這些不同的場所，可以采用相應的高效光源：在水利工程的室內操作間，可以選用熒光燈作為光源；在水利工程的科研部門，可以選用高壓鈉燈作為光源；在水利工程的機械車間內，可以選用高頻無極熒光燈等等，根據不同的場所，進行不同的照明節能。根據《建筑照明設計標準》（GB50034-2004），建議按以下幾個方面選擇光源。

1）燈具安裝高度較低的場所選用熒光燈。它們具有光效高、壽命長、顯色性較好等優點，性價比也好。因此，除有裝飾性要求的場所外，一般情況下，都選用直管熒光燈。

2）燈具安裝高度較高的場所宜用金鹵燈，也可用中顯色高壓鈉燈。對于顯色性要求高的場所，可以采用陶瓷金鹵燈；對于沒有顯色性要求的工業場所，可以用光效更高、壽命更長的高壓鈉燈。

3）安裝高度高且不易維護的場所，如較高的廳堂等，宜選用高頻無極熒光燈。其重要特點是使用壽命長（達5～6萬h）。同時，光效高（60～70lm/W），顯色性好，起點快捷、可靠。

（3）照明節能設計應提倡綠色環保照明，綠色照明并不只是照明節能，更有益于提高人們生產、工作、學習效率和生活質量，在保護身心健康的基礎上達到節約能源、保護環境的目的。為此，在水利工程照明設計時，除了應最大程度地滿足建筑工程的功能，還需考慮視覺環境及照明效果。所以，照明設計應滿足建筑物不同場所、部位對照明照度、色溫、顯色指數的不同要求。

3　水利工程電氣節能設計中存在的問題

水利工程的節能設計是非常重要的，而其中尤為關鍵的一大環節就是電氣節能設計，電氣節能設計對整個水利工程的節能效果有著直接影響，但是在電氣節能設計中卻存在著以下問題。

3.1水利工程電氣節能的相關規章制度不健全

在水利工程的電氣節能設計過程當中，往往會出現規范性不足、一致性較差的文件，與之相配套的制度規章也缺乏必要的完善性。在工程實際實施過程中，導致許多的施工單位進行水利施工時只考慮自身單位的需求，造成工程電氣質量不夠統一。

3.2節能產品滯后

就我國目前的基本情況而言，在水利工程的施工建設過程中，往往需要投入較大的資金，這便誘使管理層的某些人員有貪念出現，私自克扣費用，并且一部分的施工單位仍然采取的是國家明令淘汰的產品，這些產品不但無法實現節能的目的，并且還可能比一般的節能材料所消耗的電能更大，或存在其他的一些安全隱患。

3.3設計人員認識不夠到位

相當一部分的水利工程設計人員，在設計工程當中，僅僅重視和關注的是施工的實際需要與利益是否與設計規范相一致，而并非注意其他周圍因素對電氣節能的迫切需求，使得所建成的水利工程周圍的農田、運行人員、管理企業等電力使用不便。對于這些問題，工程設計人員要從工程特點、管理人員的安全運行等方面進一步了解和分析，設計出適用所有工程的節能工程。

4　水利水電工程優化設計策略

4.1全面把關，強化質量管控，提升人員綜合素質

優質的設計策略，仰仗于設計人員具備良好的業務素質、扎實的專業知識以及科學的工作態度。為此應做好相關工作人員的終身教育培訓，提高設計人員的業務能力，提升工程設計整體水平。激發設計人員創新工作理念，按時做好考核管理。同時成果應同績效管理全面集成，并可多方位的吸引高精專人才參與。對于高技術含量性工作、結構體系相對復雜、難度較高的工作任務應加強管控，進而推動整體隊伍設計質量的優化。另外，應通過良好的宣傳教育，令設計人員端正工作態度。積極依據規章管理體制進行科學有效的設計。預防不加改進的一味照搬照抄、全面挪用，套圖煩人工作方法，應樹立最優化的設計理念進行圖紙的分析與研究。

4.2強化設計前期相關數據資料匯總管理，實施勘察設計有效招投標管理

為確保設計方案科學合理、貼近實際，應在前期階段做好相關數據資料的匯總管理，設計方應主動引入現代化、先進性科學技術、優質性能的勘察探測設施、施工機械設備，并配置綜合素質全面的專業技術人員。應由工程項目實際情況入手，做好工程前期的設計規劃與勘察分析研究。應全面的搜集整理豐富地質水文數據、自然資源資料、施工條件，完善環保管理。同時應做好結構分析計算，通過科學的比選分析擇優制定，確保水工建筑工程、水利設施機械、電氣設備實現完善合理的配套，各類工程在防洪等級、安全級別、抗震強度上，以及完成建設的運行管控中，均能符合規范設計標準，發揮優質的工程效益及高效的工程質量。

為提升設計水平，應積極履行勘察設計的招投標管理，通過優選設計機構履行招投標管理制度。目標在于通過競爭管理制度有效的預防專業壟斷，并可借助招投標管理選擇資質最為優秀、信譽良好的施工方實施工程設計，預防設計機構獨大問題。再者，可令設計方形成危機意識，并激勵員工產生主動性積極性，精心做好方案的優化設計。一旦設計方案完成，則應利用專家會審做好評估與審核。對沒有滿足要求，設計質量不高的設計方案應重新提案，進而提升質量管控綜合效益。

4.3施工隊伍整體素質的進一步提高

為確保整體工程的施工質量，要在施工前確定施工人員的責任分工，做到責權分明，責任到人，應建立和健全質量管理責任制。在明確質量的前提下，做好工程進度管理，并且明確工程完成期限，避免為盲目趕工而不顧工程質量，造成設備及材料的浪費，從而給整個工程造成損失。

5　結束語

電氣節能貫穿于整個項目的前期決策、設計、施工、投產、使用等的各個環節，電氣節能設計已成為電氣設計的重中之重，作為電氣設計人員，應在設計中充分了解并分析，進行方案比選，從安全性、可靠性、經濟性及節能等方面進行綜合考慮，選擇合理的供配電方案，提高整個供配電網絡的經濟性。在選用節能的新設備上，應具體了解其原理、性能、效果，從技術、經濟、安全上進行比較，選擇低能耗設備及節能等先進的設備，減少中間過程的各種能耗，以達到真正節能，為提高社會效益及經濟效益作貢獻。本文所提到的水利水電工程電氣節能設計技術的研究工作，希望可以對水利水電工程電氣節能設計技術的發展提供參考價值。

參考文獻：

[1]黃杰維.水電工程電氣節能設計探討 [J].機電信息，2014 (03):127，129.

[2]盧飛.關于水利工程電氣節能設計的問題探討[J].中國科技投資，2012(26):46.

[3]王麗花.水利工程電氣節能設計問題與思考[J].中外企業家，2013(10):223.

[4]張金鳳.芻議水利工程電氣節能設計[J].科技信息(科學教研)，2007(35）:325.

[5]楊丹.淺談水利水電工程設計中節能技術 [J].中國科技博覽，2011，（13）：265.

[6]張潔.芻議水利工程電氣節能設計 [J].科技信息，2007，（35）：105.

中圖分類號：TK01+8

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）01-0074-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.026

收稿日期：2014-11-24

作者簡介：唐平（1963-），男，教授級高級工程師，從事水電站機電設計工作。