电气供配电节能设计研究

电气供配电节能设计研究

彭龙张帆滕达戴传凯

(国网潍坊供电公司山东潍坊261041)

摘要：据建设部和国家建材局相关统计结果表明，我国建筑物能耗约占全社会总能耗的27%～30%左右，建材能耗约占17%，两者总能耗在全社会总能耗中所占比例相当高。在国外一些先进发达国家，节能型建筑所占比例已达到40%左右，而我国由于受当时建设技术水平、建设理念、投资资金等因素的影响，节能型建筑所占比例非常小，建筑节能潜力相当大。在建筑能耗系统中，建筑电气是一个耗电大户。因此，在工程实践设计、施工、运行维护等环境中，如何采取有效的节能降耗优化设计技术措施，在确保建筑电气系统性能正常发挥的基础上，有效降低电能损耗、提供电能转换利用效率，已成为建筑电气优化节能设计研究的重要内容。

关键词：建筑电气；供配电系统；节能设计

1供配电系统总体规划

在设计供配电系统的总体方案时，应综合考虑多种因素，主要有负荷性质、用电设备特性、用电容量、供电距离以及负荷分布等因素，然后选择合理的电压等级，进而设计出科学合理的配供电系统方案。在节约电能和投资成本方面，可以采用简化接线和减少配变电级数的方法实现。在确定变压器的台数和容量时，需要考虑到经济运行和负荷特点的实际情况，对于那些受昼夜和季节性影响较大的负荷，在确定变压器的容量时，需要将负荷计算出来并考虑经济和技术因素。

通常，供电电压值和线路电流值成反比，即线路的电流越小，供电电压越高。线路上的电流越小，线路上电能的耗损量就越小。在减少线路上的电能损耗方面，总变电所和配电所还可以采取减小与负荷中心的距离和减小供电半径的方法来达到降低电能损耗的目的。在供电电压的范围内，利用提高线路的电压等级的方法也有助于减少电能的损耗。然而在提高线路电压等级的情况下，电气设备也需要提高绝缘性能，这样就提高了投资成本。所以，这种方法需要在经济技术对比较为合理的情况下才能实施。

一般情况下，输电网的总干线使用的电压等级是500kV、220kV以及330kV，相邻电网之间的联络线大多也是采用这样的电压等级；二级输电网采用的电压等级通常为220kV和110kV；城乡配电网和大型工业企业内部电网中的电压等级一般采用35kV。较低一级比较常用的高压配电电压为10kV，但是如果负荷中高压电动机占有很大的比重时，采用6kV的配电方案是比较经济合理的。另外，各级电压等级和相对应线路输送能力之间的关系也是在设计供配电系统总体方案中确定电压等级需要考虑的因素。

2合理计算优选供配电电压等级

在建筑电气供配电系统设计的过程中，应该依据建筑实体用电量的大小需求，科学合理的计算和优选供配电电压等级。当建筑的总用电量在250kW及以上或变压器的供电容量在160kVA及以上时，可以采用10（6）kV的供电线路。像中央空调、给排水水泵等单台大容量用电设备设备系统的供电电压在节能选择时，根据建筑电气供电条件、电机起动控制方式以及电机起停过程对配电变压器的影响因素来合理确定，以350kW作为低高压的供电分界点。在设计低压供电系统的过程中，对于照明负荷，当电流在40A及以下时，普遍采用220V单相进行供电，当电流大于40A时，则采用380/220V的三相供电模式。

3电力变压器优化选型设计

在高层建筑的配电变压器优化选型设计过程中，首先应该准确的统计建筑将来可达到的最大电气系统负荷，并且根据用电总量选择变压器的供电容量、供电电压和变配电所基址等。

结合相关电力负荷波动曲线进行计算分析，并应用优化设计技术手段，合理调配负荷和设计完善的经济调度方案，使电力负荷曲线尽量保持平稳，尽可能的减少闲置配电容量，使电能能够充分转换和利用，降低能耗和无谓电能资源浪费。

3.1优选节能型变压器

在高层建筑供配电系统的节能中配电变压器种类选择显得尤为重要。变压器运行中的空载损耗（铁损）主要发生在变压器铁心叠片内部，是由于交变的磁力线经内部铁心产生磁滞及涡流进而产生损耗。优质的铁心材料能有效降低变压器空载损耗，当前节能型变压器的铁心材料为非晶合金铁。型号为S15、S13和S11的节能型电变压器，其卷铁心结构为S7、S9叠片式铁心结构，这很大程度上降低了磁阻，电流可以降低60%～80%，提高了变压器运行功率因数，改善了建筑供电电能的质量和供电的可靠性，使变压器空载损耗降低20%～35%。

3.2合理选择配电变压器容量与台数

从损耗、投资费用等方面进行综合考虑，为了确保设计悬着的配电变压器在使用期内能够预留适当的容量，推荐变压器设计负载率在75%～85%较为适宜，这样不仅可以获得较为的技术经济性，同时又能确保变压器容量能够满足后期一定程度的扩容需求，增加其使用寿命和技术经济性。在配电变压器经济调度方案优化节能设计过程时，应结合负荷特性合理分配用电负荷、合理计算优选配电变压器容量与台数，即通过科学合理的调控设计方案，使配电变压器能够长时间运行在高效工况，有效降低变压器运行总损耗。为了降低供配电网络的电能损耗，达到最佳节能降耗效果，对于2台及以上配电变压器共同联合运行时，应根据系统负荷波动情况建立联合经济调度运行模式。2台及以上配电变压器损耗功率与负载波动间的关系为：当配电变压器负载小于或等于Sa时，则投运1台配电变压器较为节能经济；当负载大于Sa而小于Sb时，则投运2台配电变压器较为节能经济；当负载大于或等于Sb时，则投运3台配电变压器较为经济。也就是说在2台及以上配电变压器联合经济调度运行过程中，Sa、Sb等就称为系统经济调度运行的临界负荷。当配电负荷率低于30%时，应根据实际运行负荷需求切换到小容量变压器；当负荷率超过80%并通过设计计算不利于经济调度运行时，则在容量选择过程中需要考虑放大一级容量来进行节能设计。当建筑电气系统运行负荷功率较为稳定时，在合理分配负荷的情况下，应尽可能减少变压器的设计台数，应优选大容量、节能型配电变压器。如建筑电气系统计算负荷在2000kV.A左右时，宜优选2台1000kV.A的变压器，不宜选4台500kV.A的变压器，这样一方面便于两台变压器并联进行经济调度运行，另一方面，前者总运行损耗要比后者低，且其成本和运行经济效益较后者要优。

4供配电线路的优化设计

4.1合理优选供配电导线类型

在进行供配电系统优化节能设计过程中，应结合建筑电气系统实际情况，从技术、经济性等方面进行综合考虑，宜优选电导率较小的新型材质节能型导线。严格按照经济电流密度来确定所选导线的经济截面，通常按照年综合运行费用最小设计原则来合理确定导线单位面积的经济电流密度。在实际工程优化节能设计过程中，铜芯电缆其电能传输效率较其它材质优越，但由于铜自身成本偏高，因此在进行供配电线路综合布线优化设计过程中，要充分考虑设计方案的经济效益特性，合理选择铜、铝等材质导线。对于建筑电气系统中，负荷容量较大的一类、二类负荷，则应优选铜导线，而对于三类或负荷容量偏小的其它电力负荷，则宜优选铝导线，以提高整个供配电系统设计方案的技术、经济性能。

参考文献：

[1]李华标.乡镇企业供配电系统节能改造措施的探讨[J].科技咨询导报，2007（9）：45-47.

[2]马晨鹏.铁路供配电系统节能设计[J].铁路通信信号工程技术，2011（1）：77-78.

[3]吴乃进.高层建筑供配电系统节能设计技术要点探讨[J].科技创新与应用，2012（19）：127-128.