生態(tài)水利工程電氣節(jié)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(jié)能降耗，保護生態(tài)”是一項基本國策，是實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，保障國家經(jīng)濟安全、改善環(huán)境的重要措施之一。目前中國經(jīng)濟社會發(fā)展，已經(jīng)從高效率轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色經(jīng)濟、高質(zhì)量發(fā)展，節(jié)能降耗已成為各個行業(yè)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(tài)文明建設”思想和“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)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(fā)生了轉(zhuǎn)變，治水興水迎來了難得的戰(zhàn)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(tài)、水環(huán)境、水景觀、水經(jīng)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(tài)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(jié)能問題逐漸凸顯，電氣節(jié)能效益已逐漸成為衡量水利工程項目可持續(xù)性的重要指標，電氣節(jié)能設計意義重大。

1 電氣節(jié)能設計中應注意的問題

1.1 樹立節(jié)能意識，將節(jié)能理念貫穿于設計全過程

新時期，國家倡導生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展理念，治水思路發(fā)生了轉(zhuǎn)變，水利工程在考慮防洪安全的前提下，更加注重生態(tài)保護和人水和諧。隨著資源水利、生態(tài)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(tài)水利工程設計中重要的組成部分，電氣節(jié)能設計應前溯至水利設計環(huán)節(jié)，并與水利工程總體布局和建筑物布置緊密結(jié)合。

1.2 注重長期效益，合理選擇節(jié)能設備

一方面由于節(jié)能設備設計和生產(chǎn)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(jié)約成本而選擇采用傳統(tǒng)的節(jié)能設備，沒有研發(fā)或引進先進的節(jié)能設備，但事實上，傳統(tǒng)的節(jié)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(jié)能設備雖然在研發(fā)或引進時耗費較多（近年來，先進的節(jié)能設備成本也日趨降低），但工程運行期會節(jié)約大量的電能，從而節(jié)省費用。設計人員要根據(jù)工程項目的特點和需要，本著水利工程在國民生產(chǎn)中的作用，綜合考慮項目成本和運行成本，合理選擇節(jié)能設備。

1.3 加強施工過程中的節(jié)能措施，提高用電效率

水利工程的節(jié)能潛力很大，工程節(jié)能過程貫穿于項目的可研、設計、施工、投產(chǎn)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(diào)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(jié)合，沒有對施工場地機電設備提出節(jié)電研究方案，結(jié)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(jié)電效果。未做到從全局整體出發(fā)，實現(xiàn)節(jié)能全過程控制，節(jié)能不能落到實處。

2 生態(tài)水利工程電氣節(jié)能設計案例

2.1 工程概況

該生態(tài)修復工程，自尖崗水庫至大王莊彎道（開封界），統(tǒng)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(nèi)容包括河道整治工程（藍線工程）、生態(tài)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(tài)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(nèi)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(wǎng)117 km，將收集到的污水送至污水處理廠，設計規(guī)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(jīng)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(nèi)容

如表1賈魯河綜合治理工程電氣設計設施統(tǒng)計表。

表1 賈魯河綜合治理工程電氣設計設施統(tǒng)計表

2.3 電氣節(jié)能設計

2.3.1 提水泵站電氣節(jié)能設計

2.3.1.1 合理選擇水泵

根據(jù)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(xiàn)了節(jié)能目標。采用RYZQ 高壓干式調(diào)壓軟啟動，平穩(wěn)啟動，減少電機啟動時電流對電網(wǎng)的沖擊。

2.3.1.3 合理提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)

用電設備型號以及調(diào)速控制方案確定后，當自然功率因數(shù)無法達到接入電網(wǎng)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(nèi)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(cè)、低壓側(cè)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(jié)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(jié)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(jié)能產(chǎn)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(huán)境中，且節(jié)能效益明顯。

2.3.2.2 變壓器的運行方式

相關數(shù)據(jù)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(jīng)濟。所以，變壓器的運行方式要根據(jù)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(zhuǎn)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(xiàn)經(jīng)濟運行，降低系統(tǒng)損耗和運行成本。

2.3.2.3 液壓升降壩電動機節(jié)能設計

液壓升降壩電動機啟動應優(yōu)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(yōu)點是能夠平穩(wěn)啟動、平穩(wěn)運行，整個過程中電流的變化較小。從而降低了電流對電網(wǎng)的沖擊作用，使電壓能夠始終保持在恒定的范圍之內(nèi)，達到電氣節(jié)能的目的。

2.3.2.4 備用電源節(jié)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(fā)電機，大大減少CO2溫室氣體排放量，有著不容忽視的節(jié)能環(huán)保潛力。

2.3.2.5 建筑物照明節(jié)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(jù)節(jié)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(nèi)鋪設低電阻的阻燃電力電纜，安裝LED節(jié)能燈具，走廊采用聲控燈，聲控開關控制。

2.3.3 其他電氣節(jié)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(nèi)用電量較多，照明控制以無線zigbee 方式進行智慧調(diào)光，達到節(jié)能目的。賈魯河防汛路道路照明系統(tǒng)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(fā)電機、蓄電池及控制系統(tǒng)等，電氣節(jié)能主要通過自動化控制調(diào)整運行時間及照明亮度。

2.3.4 電氣節(jié)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(tǒng)、設備動力系統(tǒng)等需用。主要能耗消耗按照《水利水電工程節(jié)能設計規(guī)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(chǎn)出看，屬于節(jié)能投資項目。

3 結(jié)語

節(jié)能減排是中國新時期建設的首要任務，綠色環(huán)保節(jié)能工程已經(jīng)成為今后發(fā)展的重點。電氣節(jié)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(jié)能設計的論述，提出電氣節(jié)能設計是降低整個水利生態(tài)建設工程能源消耗的重要環(huán)節(jié)，設計時應比較設計方案，合理設計供配電系統(tǒng)，選擇低耗節(jié)能型設備，在保證工程安全、運行可靠的前提下，真正達到節(jié)約電能、保護環(huán)境、經(jīng)濟運行的目的，為提高社會效益和經(jīng)濟效益作出貢獻。