生態水利工程電氣節能設計要點淺析

李純潔

（鄭州市水利建筑勘測設計院）

0 引言

“節能降耗，保護生態”是一項基本國策，是實施可持續發展戰略，保障國家經濟安全、改善環境的重要措施之一。目前中國經濟社會發展，已經從高效率轉變為綠色經濟、高質量發展，節能降耗已成為各個行業追求的目標。近年來，水利工程建設管理認真貫徹習近平總書記“生態文明建設”思想和“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”治水方針，把建設“幸福河湖”作為未來河湖治理的主要方向。治水主要矛盾和治水思路發生了轉變，治水興水迎來了難得的戰略新機遇。水利工程在水安全的前提下，被賦予了更多功能，并與水生態、水環境、水景觀、水經濟相融合，滿足人們臨水、親水、觀水、樂水的需求。為建設安全河湖、生態河湖、景觀河湖、文化河湖、幸福河湖，需要大量的用電設備運用到水利工程當中，電力資源需求量也相應增加，電氣節能問題逐漸凸顯，電氣節能效益已逐漸成為衡量水利工程項目可持續性的重要指標，電氣節能設計意義重大。

1 電氣節能設計中應注意的問題

1.1 樹立節能意識，將節能理念貫穿于設計全過程

新時期，國家倡導生態優先、綠色發展理念，治水思路發生了轉變，水利工程在考慮防洪安全的前提下，更加注重生態保護和人水和諧。隨著資源水利、生態水利、民生水利的推進，越來越多的用電設備運用到水利工程當中，電氣工程設計已成為生態水利工程設計中重要的組成部分，電氣節能設計應前溯至水利設計環節，并與水利工程總體布局和建筑物布置緊密結合。

1.2 注重長期效益，合理選擇節能設備

一方面由于節能設備設計和生產的成本較高所以價值比較昂貴，另一方面由于前瞻性不強，未對新技術、新材料和新工藝及時深入了解。目前部分機電工程為了節約成本而選擇采用傳統的節能設備，沒有研發或引進先進的節能設備，但事實上，傳統的節能設備反而會增加電能的消耗，從而增加運行成本，而先進的節能設備雖然在研發或引進時耗費較多（近年來，先進的節能設備成本也日趨降低），但工程運行期會節約大量的電能，從而節省費用。設計人員要根據工程項目的特點和需要，本著水利工程在國民生產中的作用，綜合考慮項目成本和運行成本，合理選擇節能設備。

1.3 加強施工過程中的節能措施，提高用電效率

水利工程的節能潛力很大，工程節能過程貫穿于項目的可研、設計、施工、投產使用等整個周期。水利工程施工使用了大量的電氣和機電設備，如：塔吊、電焊機、灰漿機、震搗器、鋼筋切斷、調直機等。特別是有些大型水利工程施工年限較長，用電量很大，有些電氣設計人員在完成項目設計文件后并未與施工單位緊密結合，沒有對施工場地機電設備提出節電研究方案，結果導致施工時，施工單位往往僅考慮施工的效率，而忽視了施工用電設備的節電效果。未做到從全局整體出發，實現節能全過程控制，節能不能落到實處。

2 生態水利工程電氣節能設計案例

2.1 工程概況

該生態修復工程，自尖崗水庫至大王莊彎道（開封界），統籌總長度96 km，工程總占地面積32.45 km2，其中水面面積11.50 km2，綠化面積20.95 km2。主要工程內容包括河道整治工程（藍線工程）、生態綠化工程（綠線工程）、截污治污工程、水源工程四部分：①河道整治工程。通過擴挖河灘，提高河道防洪標準，配套修建攔蓄水建筑物形成寬闊的水面；②生態綠化工程。控制范圍為賈魯河兩岸藍線外15～220 m，主要建設內容包括：綠化工程、鋪裝工程、建筑工程、設施小品、給排水工程、景觀照明、智慧工程等。③截污治污工程。沿賈魯河兩岸敷設截污管網117 km，將收集到的污水送至污水處理廠，設計規模15萬m3/d。④水源工程。工程位于黃河牛口峪棗樹溝控導工程處，經兩級泵站提水至邙嶺，通過管道自流至賈魯河西流湖，線路總長34.68 km，設計流量為15 m3/s，年引水8 505萬m3。

2.2 賈魯河綜合治理工程電氣設計內容

如表1賈魯河綜合治理工程電氣設計設施統計表。

表1 賈魯河綜合治理工程電氣設計設施統計表

2.3 電氣節能設計

2.3.1 提水泵站電氣節能設計

2.3.1.1 合理選擇水泵

根據工程投資省、運行費用低、供水可靠性等原則，考慮到工程的實際情況，設計選用方案一：即選用5臺1200 ZLB-85型水泵，4用1備。水泵設計揚程7.00 m，單泵流量4.30 m3/s，功率400 kW，正常運行總提水流量為17.20 m3/s。

2.3.1.2 合理配置電動機及啟動方式

電動機是保證工程正常運行的主要設備，牛口峪提水泵站電機功率為10 kV 高壓電動機，采用10 kV 的線路電源直配電機，實現了節能目標。采用RYZQ 高壓干式調壓軟啟動，平穩啟動，減少電機啟動時電流對電網的沖擊。

2.3.1.3 合理提高供配電系統的功率因數

用電設備型號以及調速控制方案確定后，當自然功率因數無法達到接入電網的要求，此時就應及時進行無功功率補償。牛口峪提水泵站內水泵電動機采用10 kV線路供電，還需另配站用變壓器，以滿足其他小功率輔助設備使用，高壓側、低壓側均設置電容器無功補償裝置，有效減少線路和變壓器電能損耗。

2.3.2 控制性配套工程電氣節能設計

2.3.2.1 變壓器選型及布置

賈魯河液壓升降壩、排水涵閘、倒虹吸節制閘功率均較小，電壓等級采用380 V 供電。在變壓器的選擇上，效率高、損耗低的新型節能產品是首選。賈魯河新建箱變主要采用了SGB11-10/0.4 D，Yn11125 kVA 及SGB11-10/0.4 D，Yn11 200 kVA 兩種類型，該系列干式變壓器受熱沖擊能力強、適宜用于防火要求高，負荷波動大以及污穢潮濕的惡劣環境中，且節能效益明顯。

2.3.2.2 變壓器的運行方式

相關數據顯示，當變壓器的負荷為額定功率的75%時，變壓器的運行最經濟。所以，變壓器的運行方式要根據負荷變化情況而定。賈魯河攔蓄水建筑物采用主變壓器搭配1 臺30 kVA微型變壓器運行，非汛期主變壓器斷路器斷開，主變壓器退出運行，雙頭轉換開關切換到30 kVA變壓器，只需要運行控制室照明等基本生活負荷。如此，就能達到減少主變壓器自身的損耗，實現經濟運行，降低系統損耗和運行成本。

2.3.2.3 液壓升降壩電動機節能設計

液壓升降壩電動機啟動應優先采用直接啟動，在直接啟動不能滿足電動機端電壓要求時，可以采用降壓啟動方式。賈魯河液壓升降閘電動機功率為30 kW，采用了JJR1000軟啟動器，這種啟動器優點是能夠平穩啟動、平穩運行，整個過程中電流的變化較小。從而降低了電流對電網的沖擊作用，使電壓能夠始終保持在恒定的范圍之內，達到電氣節能的目的。

2.3.2.4 備用電源節能設計

賈魯河液壓升降壩控制室采用了UPS應急電源蓄電池，代替了柴油發電機，大大減少CO2溫室氣體排放量，有著不容忽視的節能環保潛力。

2.3.2.5 建筑物照明節能設計

賈魯河液壓升降壩管理房及水閘閘房充分利用建筑物開窗自然光，同時根據節氣、天氣變化等實際情況靈活運用，合理控制照明時間。管理房內鋪設低電阻的阻燃電力電纜，安裝LED節能燈具，走廊采用聲控燈，聲控開關控制。

2.3.3 其他電氣節能設計

景觀照明、水景噴泉、智慧照明、民用配套設施的特點是全線布置，長期運行、動力負荷較少，以景觀照明、智慧照明為主，全年內用電量較多，照明控制以無線zigbee 方式進行智慧調光，達到節能目的。賈魯河防汛路道路照明系統采用9 m高風光互補太陽能路燈，充分利用風能與太陽能。主要包含太陽能電池板、風力發電機、蓄電池及控制系統等，電氣節能主要通過自動化控制調整運行時間及照明亮度。

2.3.4 電氣節能效果評價

賈魯河綜合治理工程消耗的主要能源為二次能源，部分為一次能源。在建設期主要消耗的能源為柴油、汽油和電力等，主要供給施工機械、設備及照明需用；在運行期主要為電力能源，供給交通照明系統、設備動力系統等需用。主要能耗消耗按照《水利水電工程節能設計規范》計算，本項目萬元GDP 能耗約合0.28 t標準煤。低于選用的0.82 t標準煤/萬元GDP能耗標準，從燃料消耗和產出看，屬于節能投資項目。

3 結語

節能減排是中國新時期建設的首要任務，綠色環保節能工程已經成為今后發展的重點。電氣節能設計是通過合理的設計、運行方案減少不必要的能源損耗。文章通過賈魯河綜合治理工程電氣節能設計的論述，提出電氣節能設計是降低整個水利生態建設工程能源消耗的重要環節，設計時應比較設計方案，合理設計供配電系統，選擇低耗節能型設備，在保證工程安全、運行可靠的前提下，真正達到節約電能、保護環境、經濟運行的目的，為提高社會效益和經濟效益作出貢獻。