探討水利水電工程電氣節(jié)能設計要點

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了探討水利水電工程電氣節(jié)能設計要點范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：經(jīng)濟的發(fā)展加劇了能源供需間的矛盾，各行各業(yè)均需落實可持續(xù)發(fā)展理念，開展綠色設計與生產(chǎn)工作?；诖?，文章以水利水電工程電氣環(huán)節(jié)為研究對象，分析電氣節(jié)能設計的重要性，并闡述多項電氣節(jié)能設計要點，提升水利水電工程設計水平，促進其可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：水利水電工程；電氣節(jié)能設計；電氣；節(jié)能設計

同冶金、化工、建筑等行業(yè)相比，水利水電工程的能耗較低，如果對其用能工藝、節(jié)能設備、節(jié)能管理等重視不夠，導致水利水電工程在發(fā)揮功能過程中難以做到高效節(jié)能。尤其電氣設計環(huán)節(jié)，易導致能源的不合理消耗?？梢?，在水利水電工程電氣設計環(huán)節(jié)，引入綠色節(jié)能理念，具有鮮明的現(xiàn)實意義。

1水利水電工程電氣節(jié)能設計重要性

長期以來，水利水電工程在城市防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、水力發(fā)電、居民生活、生態(tài)環(huán)境等領域發(fā)揮了巨大的作用。特別是在國民經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，水利水電工程的數(shù)量增多、規(guī)模擴大。電氣設備是水利水電工程運行的關鍵，設計環(huán)節(jié)若存在能源損耗大的問題，工程在整個運用期間將處于低效、高耗運行狀態(tài)，造成極大的浪費。由此可見，水利水電工程電氣設計環(huán)節(jié)，節(jié)能手段的應用是很有必要的。無論從微觀，還是宏觀角度，水利水電工程建設，均需落實可持續(xù)發(fā)展理念，注重能耗控制，推動行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展[1]。

2水利水電工程電氣節(jié)能設計要點

在開展電氣節(jié)能設計前，相關單位需掌握節(jié)能減排的原則，規(guī)范相關工作。（1）合法性原則，節(jié)能設計需遵循國家相關政策法規(guī)和規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)準入條件，落實節(jié)能減排規(guī)程規(guī)范；（2）可行性原則，需結合工程特點，明確電氣能耗指標，開展針對性節(jié)能設計，保障方案的可行性；（3）經(jīng)濟性原則，提供多項節(jié)能設計方案，結合節(jié)能效果、投入成本等要素，選擇最優(yōu)方案；（4）先進性原則，優(yōu)先選用先進工藝與技術，替換能耗過高的老舊產(chǎn)品?；谏鲜鲈瓌t，在電氣節(jié)能設計中注重如下要點。

2.1貫徹全方位節(jié)能設計方法

電氣節(jié)能設計應與其他專業(yè)節(jié)能設計相協(xié)調(diào)，配合工程規(guī)劃與總布置節(jié)能設計；水工建筑物、生產(chǎn)用房、管理生活用房等建筑物節(jié)能設計；水力機械及輔助設備以及金屬結構節(jié)能設計，共同構建一個有機的節(jié)能體系。無論是工程施工期，還是運行期，節(jié)能設計還應通過加強技術管理（安裝完備的能源計量器具，實現(xiàn)對能源消耗量的統(tǒng)計、考核）、建立健全能源管理體系等措施，構建系統(tǒng)化的能源管理體系。

2.2優(yōu)化用能工藝

具體分析工程所在地電源供應情況，合理確定供電電壓等級；優(yōu)先選用距離近的電源點與供電距離短的線路路徑；變電所的位置盡可能設在負荷中心，減小低壓供電半徑；選用一級能耗的用能設備。（1）合理選擇輸電線路路徑，使線路最短，節(jié)省投資和運行成本。按經(jīng)濟電流密度法選擇導線截面，降低線路損耗。線路選用電阻率小的導電材料，導線截面按使線纜初始投資和經(jīng)濟壽命期內(nèi)線路損耗費用之和最少選擇，即選擇經(jīng)濟電流，有資料顯示可減少35%~42%的線路損耗。（2）選擇合理的供電電壓等級，使電氣設備投資與運行成本總費用最低。例如機組容量較大的泵供電電壓由35kV改為110kV，線路損耗僅為35kV供電的1/9.87。（3）合理選用電氣設備容量，提高負載系數(shù)，保證變壓器的負荷率在75%~80%，使變壓器運行在最高效率點。尤其是在水利水電工程中，升壓變壓器易出現(xiàn)滿負荷或超負荷運行，合理選擇變壓器的容量與變比，確保發(fā)電機始終在額定參數(shù)下運行，減少能源損耗。變壓器是電氣工程的主要耗能設備，其能源損耗占發(fā)電量的1/10，選擇節(jié)能型變壓器，是電氣節(jié)能設計的基礎。按照變壓器的制造標準，空載損耗負載損耗低選擇變壓器容量時，負載率一般控制在65%~85%之間，使變壓器運行在高效區(qū)范圍，以農(nóng)村水電站改造工程為例，將原本的S7系列變壓器，更換為S11系列變壓器，能源損耗有顯著降低，二者對比結果如表1所示。觀察表1可知，S11系列變壓器的空載損耗、負載損耗較小。S11系列變壓器的節(jié)能優(yōu)勢顯著。（4）根據(jù)水利水電工程建筑物的布置位置及周圍地質(zhì)、地形條件，經(jīng)過技術經(jīng)濟比較，10kV變電站推薦采用戶內(nèi)成套設備的布置方案；110kV開關站推薦采用在六氟化硫氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）的布置方案。在技術方面，戶內(nèi)成套設備或GIS配電裝置方案的運行可靠性、使用壽命、設備檢修、運行維護等多方面均優(yōu)于敞開式配電裝置方案；在經(jīng)濟方面，敞開式配電裝置方案雖然電氣設備投資較少，但占用土地面積較大，對林木植被、周圍環(huán)境影響較大。因此，推薦采用戶內(nèi)成套設備或GIS配電裝置方案，可減少資源浪費和增加環(huán)保效益。（5）配電設備布置根據(jù)具體情況，盡可能縮短母線和電纜長度；動力電纜采用銅芯絕緣電纜，電纜的截面按經(jīng)濟電流密度法計算選取，從而有效降低了線纜損耗。異步電動機采用并聯(lián)電力電容器進行無功補償，可以減少電能輸送過程中無功功率造成的電能損耗，改善電能質(zhì)量?？刹扇≡诮K端設備處就地分散補償，也可在母線處集中補償，根據(jù)用電負荷變化，自動投入相應容量的電力移相電容器組進行動態(tài)補償，補償后將電機功率因數(shù)提高到0.9以上。同步電動機補償是通過同步電動機的勵磁調(diào)節(jié)裝置將功率因數(shù)維持在0.9以上，減少電網(wǎng)無功輸送量，減少電能損耗。長時間運行或負荷變動較大的泵組采用變頻器驅(qū)動。（6）采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控變配電系統(tǒng)設備。計算機監(jiān)控系統(tǒng)是將計算機技術、自動化控制技術、通信技術、故障診斷技術和管理融為一體的系統(tǒng)。對變配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)遙測、遙調(diào)、遙控和遙信；可以隨時察看電能消耗情況，進行負荷調(diào)整，降低運行成本，提高故障的分析、預警，減少事故的發(fā)生，加快故障的排除；實現(xiàn)遠程調(diào)度，與上一級管理部門通訊，既可高效運行，也可充分利用水能。

3可再生能源利用

3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)解決部分管理設施用電

利用水利水電工程較大面積的屋頂、堤岸空地，可以用來設置太陽能光伏組件，所發(fā)電能就地消納，余電上網(wǎng)。既解決水利水電工程部分管理設施的用電，也有一定的發(fā)電收益。以大型泵站為例，在主副站房屋頂布置一套多晶硅太陽能光伏電池組，模塊面積1580mm×808mm×36mm，轉(zhuǎn)換效率15%，最大輸出功率150W，開路電壓43.4V。該系統(tǒng)選用上述型號模塊12串30并，共360只模塊；并選用三相逆變器，額定電壓為交流380V，可單獨或并網(wǎng)運行，實際功率54kW，光伏陣列面積459.6m2，太陽能發(fā)電系統(tǒng)多年平均發(fā)電量約47600kWh。

3.2控制照明系統(tǒng)能耗

照明系統(tǒng)節(jié)能設計的關鍵在于，保障照明系統(tǒng)的照度，減少光能損耗。常用的照明系統(tǒng)能耗控制措施為自然光的開發(fā)、綠色環(huán)保設計與高效光源的選擇三項。在自然光的開發(fā)方面，可將電氣工程與土建工程配合，開發(fā)利用自然光，減少照明系統(tǒng)的應用，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。例如，對于地下部位的施工，可通過光導光照明系統(tǒng)的應用，將太陽光引入導管內(nèi)，發(fā)散到地下區(qū)域，用于照明。在綠色環(huán)保設計方面，全面考慮照明系統(tǒng)的能耗與環(huán)境污染現(xiàn)象，通過系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)節(jié)，減少系統(tǒng)能耗的同時，避免燈光危害周邊居民的正常生產(chǎn)生活。例如，對于工程施工的一般場所，可選擇220V照明設備；對于存在導電灰塵的高溫施工環(huán)境，照明設備電源電壓需低于36V；對于潮濕用電環(huán)境，照明設備電源電壓需低于24V等，保障施工的安全性。在高效光源的選擇方面，遵循顯色性能優(yōu)異、發(fā)光效率高與壽命周期長等要求，根據(jù)水利水電工程的不同電氣場所需求，選擇合適的光源，實現(xiàn)照明系統(tǒng)的最大化利用，減少能源損耗。例如，針對辦公室室內(nèi)，可選擇節(jié)能熒光燈；針對機械車間，可選擇高頻無極熒光燈；針對科研場所，可選擇高壓鈉燈。同時，對于不同照明場所的特殊性，需適當調(diào)整照明光源。例如，對于顯色要求較高的場所，優(yōu)先選用陶瓷金鹵燈；對于安裝高度高、維修難度大的場所，優(yōu)先選用高頻無極熒光燈，實現(xiàn)燈具的長期可靠運行[2]。

4優(yōu)化設備配置

在水利水電工程中，設備優(yōu)化配置包括設備選型與設備布設兩方面。以水電站增容改造為例，分析電氣設備選型與布設要點。（1）將以往的定子鐵芯D42硅鋼片材料，替換為取向硅鋼片，減少鐵磁損耗，提高磁感應強度；（2）選擇F級環(huán)氧分云母帶作為定子線圈的絕緣，從原本的B級絕緣改造為F級絕緣，強化絕緣效果，提升散熱效果，提高輸出功率；（3）保障器件功能不變（包括通風冷卻性能、運行安全性能等）的基礎上，提升轉(zhuǎn)子勵磁繞組的匝數(shù)或截面，減少銅線損耗；（4）改進發(fā)電機的風路系統(tǒng)，優(yōu)化通風結構，將原本的通風損耗從額定容量的2%~5%，降低到0.4%，降低通風損耗，提高發(fā)電機的輸出效率，實現(xiàn)增容的建設目標[3]。水輪機由原本的HL220-LJ-225（0°）更換為HL220-LJ-225（+2°），更換器件包括導葉、傳動系統(tǒng)與轉(zhuǎn)輪，提升水輪機的出力和抗氣蝕性能。在電氣設備布設方面，將發(fā)熱量大的設備布置于通風口部位，為設備提供自然散熱環(huán)境，減少機械通風的應用，降低能耗。對于變壓器室等熱量較多的場所，施工單位在土建工程中應用隔墻隔熱措施，強化熱量散發(fā)效果，減少空調(diào)系統(tǒng)的使用，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

5結語

綜上所述，水利水電工程電氣節(jié)能設計不僅可以減少能耗，還可以優(yōu)化系統(tǒng)性能，延長工程使用壽命。通過本文的分析可知，優(yōu)化供配電方案，選用節(jié)能高效電氣設備，多途徑利用可再生能源，強化電氣節(jié)能設計成效，提升水利水電工程的經(jīng)濟與社會效益。

參考文獻

[1]劉宇，余昊哲.電氣自動化在水利水電工程中的應用[J].南方農(nóng)機，2018，49（24）：114.

[2]吳明亮.農(nóng)村水電增效擴容改造中電氣節(jié)能設計與應用[J].時代農(nóng)機，2017，44（5）：72-73.

[3]趙興奎.淺談水電工程電氣節(jié)能設計中存在的問題及優(yōu)化措施[J].機電信息，2014（30）：125，127.

作者：費章貴 單位：安徽省水利水電勘測設計院