論市政設施電氣及自控系統的節能設計

戶譚明

【摘要】加強市政設施的用能管理，科學高效地利用能源、節約能源，是目前市政工程電氣及自動化控制優化設計的重要任務。文章介紹了市政工程的用電設施、供配電系統、照明燈具、大功率電機啟動設備和智能控制系統的等方面的節能設計優化。

【關鍵詞】市政工程? 用電設施? 供電配電? ?智能控制? 節能設計

在現代城市既追求亮化、綠化、美化又講求生態、低碳、節能的前提下，面臨市政行業消耗電能的迅速增長，市政工程電氣及自動化控制的節能問題就顯得尤為重要。加強市政設施的用能管理，科學高效地利用能源、節約能源，是目前市政工程電氣及自動化控制優化設計的重要任務。

一、主要的用電市政設施和市政工程要素

市政設施一般是指道路設施、電力設施、綠化景觀、消防及排水設施、城市家具及戶外廣告等。市政工程就是對這些設施的建設施工和維修工程。其中用電市政設施和市政工程主要有：

（1）道路設施。道路是車輛和行人出行的重要設施，大到主支干道，小到胡同弄巷。用電路面設施主要是路燈、公交路牌、地鐵站口、交通標識、燈箱廣告等。

（2）涉電設施。道路兩側的高壓鐵塔、電力桿線、照明桿線、變壓器及開閉所、通訊網絡監控基站等弱電架桿以及“桿線下地”工程等。

（3）消防及給排水設施。加壓泵站的用電和消火栓、污水管道和雨水排放及檢查井等設施的維修施工用電。

（4）綠化景觀。河邊路旁和街心公園種植的樹木花草、綠植造型、亭廊假山等小品景觀的燈光照明及維修施工，人造水系的泵房用電。

（5）城市家具。城市信息設施、環境衛生設施、運動健身設施、休閑服務設施、便捷交通設施、圍墻圍擋的照明與燈光裝飾。

市政電氣及自動化控制的要素是以上設施的驅動、照明、灌溉、維修用電管理。包括供、變、配電系統的安全保護、防雷與接地、智能自動化控制、火災自動報警系統等。市政工程電氣及自動化控制系統的節能改造，工程設計是首當其沖的重要環節。通過優化設計技術，結合經濟、社會效應等條件，切實可行的具體措施，達到改造效果，實現節能目的。

二、市政工程供配電系統節能設計

供配電系統的節能設計，包括設備的配置與選擇、用電器驅動的及智能自動化控制的優化設計和照明節能設計等。大型市政工程項目的負荷等級一般為二級。因此，穩定可靠的電源和供電系統是工程項目正常運行的基本保障。

（1）變電站的位置。用電負荷中心是變電站設置的“靶心”。變電站的位置要盡可能靠近負荷中心，一是縮短電纜降低初始投資，二是可有效地減少線路電損，降低供電成本。三是變電站越靠近負荷中心，供電的穩定性越高，有利于供電安全。

（2）變壓器。合理的選擇變壓器是關系到整個供配電系統的最重要因素。一是變壓器供電范圍，根據負荷容量及分布情況做出合理分配，選取負荷與容量相配的變壓器，并使其工作在高效區內。二是變壓器效率，負荷率在 30%～75%之間是經濟運行區，負荷率在 50%-60%時，變壓器效率最高。三是防止變壓器輕載或空載運行，以達到變壓器節能的目的。目前，我國推薦使用節能型變壓器型號為油浸式變壓器 S13系列、干式變壓器 SC10 系列以及非晶合金變壓器 SH11 系列。

（3）配電級數。盡量減少配電級數，使供配電系統簡單化。一般配電級數不要超過三級，既可降低電能損失，又方便維護管理，從而提高配電系統運行的穩定性。

（4）無功補償。合理的無功補償，可以提高功因素達到節能目的。功率因數是評價配電系統經濟運行的指標之一，使用動態補償無功裝置，避免大量的無功電能消耗，提高設備使用效率。

三、照明節能設計

市政工程中的照明設計主要分為建筑照明和道路照明兩類。可從光源選擇、附屬裝置和智能控制三個方面予以節能優化設計。

（1）光源選擇。大型泵房、廠房等開闊型空間建筑的照明，優先考慮采用高壓鈉燈、LED等高效節能型光源。配電室、儀表間、值班室等小型 空間可采用熒光燈和LED等。道路照明首選LED燈或功率因數不小于 0.85的高光效鈉燈;在山區公園等場所可選用太陽能、風光互補等新型清潔型能源路燈。

（2）燈具附屬裝置。主要是使用低損耗的電感鎮流器或電子鎮流器。

（3）智能控制。照明系統的智能控制借助于計算機對運行時間的精確設置，在規定時間和光照度的前提下實現燈具的自動開關、智能調光、色彩變換、延時控制和場景設置等。

四、大負荷用電設備的軟啟動及變頻控制

市政工程中的大負荷用電設備主要是由大功率電機拖動的水泵、風機等。

（1）電機的軟啟動。電機的啟動電流是額定電流的4-7倍，尤其是大容量電機，過大的硬啟動電流會導致配電網絡電壓急劇下降，甚至引發功率振蕩，使電網失去穩定。另外，起動電流中含有大量的高次諧波，會與電網電路參數引起高頻諧振，造成繼電保護誤動作、自動控制失靈等故障。因此，一般風機水泵類大型負荷宜采用軟啟動器，電動機軟啟動屬于平滑啟動，輸出電壓逐漸增加，啟動電流逐漸加大，電動機緩慢加速，直到電動機達到額定電壓的機械特性，有效地避免了因啟動過流引起的跳閘斷電。

（2）電機的變頻控制。為了使電機在調速時保持恒轉矩，可采用變頻器讓頻率隨電壓調整正向波動，當到達最高頻率時，電壓和供電電壓相仿，以達到讓電機平穩啟動，減少電機啟動瞬間的大電流對電網的沖擊的目的。

五、自動化控制系統

隨著網絡信息和計算機控制技術的發展，以PLC為代表的智能自動化控制系統已經廣泛地應用于市政工程領域。其投資占比很小，發揮作用巨大，可以有效地降低勞動強度，提高工作效率、保障生產質量。目前，工業控制化網絡正在向無線技術及智能傳感器技術的方向發展，進一步增強了工業控制的通信性能，同時也對市政工程用電系統的節能起到很好效果。

參考文獻：

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