建筑电气设计中的变压器节能研究

建筑电气设计中的变压器节能研究

贺龙兴

新疆东方瀚宇建筑规划设计有限公司 新疆 昌吉 831100

摘要：为缓解能源短缺和经济发展之间的矛盾，各类节能措施近年来在我国各领域广泛应用，电气设计中的变压器节能也成为业界研究热点。基于此，本文将简单介绍常用的变压器节能技术，并结合实例开展深入探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：建筑；电气设计；变压器；节能

引言：建筑电气系统中的变压器属于重要组成部分，其产生电能损耗占线路总损耗的40～50%左右，因此变压器具备巨大的节能潜力。为保证变压器节能潜力的充分发挥，正是本文围绕该课题开展具体研究的原因所在。

1. 常用的变压器节能技术

1.1优化设备选型

优选节能型变压器属于变压器节能技术的典型应用，设计人员需要在建筑电气设计过程中结合用电设备实际情况，兼顾电能输出的稳定性和质量，同时优先选择具备较高节能性能的变压器。我国现行标准将S13型号以上变压器列为节能型变压器，这类变压器具备能够满足节能要求的能效限定值和能效等级指标。非晶合金型设备、超导变压器属于现阶段存在较为理想节能效果的变压器设备，如非晶合金型设备者采用结构特殊材料，具备突出的软磁特性，在降低电能损耗方面表现突出，能够实现60～80%空载损耗降低，节能效果极为显著。但受到较高的生产成本影响，变压器设备选型必须综合考虑经济性和价格因素，具体可围绕变压器全寿命周期的购置、运行成本及具体节能效果开展综合分析，以此结合具体的建筑工程实际玩笑变压器设备选型^[1]。

1.2变压器容量选择

结合电气系统的等级和实际荷载，建筑电气设计方可针对性确定变压器的容量和台数，具体的容量选择需要以用电负载正常运行得到满足为前提，容量设计经济性将大幅提升。在具体设计过程中，如存在属于三级负荷的建筑电气系统，可仅配置变压器1台，如存在二级以上负荷的建筑电气系统，则需要至少配置变压器2台。建筑电气设计还需要充分考虑建筑功能分区，以此对动力负荷、生活区负荷等进行细分，保证稳定运行。如不同计量等级负荷存在于同一建筑电气系统中，变压器设备需分别设计。对于属于关键节点的用电负荷，为保证供电稳定性，需优选独立性较强的变压器设备，需要远距离输电的情况需要采用相同设计。在确定变压器台数后，变压器设备的经济容量可基于TOC等新型算法开展细致计算，在先进软件和算法支持下，变压器的空载损耗能够更好控制，节能目标自然能够更好实现^[2]。

1.3运行方式优化

变压器节能技术的应用还体现在优化运行方式方面，考虑到建筑电气设计需要留出安全余量，保证电力系统安全运行，但这种设计也会导致容量偏大的变压器普遍存在。对于存在峰谷波动用电现象的建筑电气系统来说，变压器运行方式的优化设计极为关键，以此控制变压器的过载或轻载，即可降低电能损耗。具体设计需充分结合建筑功能、规模及对供电稳定性存在的具体要求，通过对变压器设备的科学配置，优选经济运行方式，损耗降低目的将顺利达成。

1.4功率因素控制

功率因素同样属于引发变压器损耗的重要因素，因此变压器节能技术应用还需要关注自然功率因数和无功补偿设备应用。为提高自然功率因素，对于空载或轻载条件下运行的变压器设备，由于存在20%左右的无功，自然功率系数会受到严重影响，因此具体设计需结合实际情况完成变压器型号优选，以此提高自然功率因数，相应损耗将更好得到控制，节能效果也能够有效提升；无功补偿设备应用也能够实现功率因数提升，达成节能目标，分散补偿、集中补偿、就地补偿均属于现阶段常用的无功补偿方式。大容量无功补偿多用于较为集中且距离较近的用电负荷，补偿装置可设置于前端变电所的高压或低压母线处，以此开展集中补偿。对于分散部分且距离变电所较远的用电负荷，补偿装置可设置于终端，以此开展分散补偿。对于容量较大且存在较为稳定无功补偿的用电负荷，就地补偿可通过并联补偿装置实现，以此满足节能需要。

1.5抑制变压器谐波

变压器谐波抑制同样属于变压器节能技术范畴，考虑到电力系统谐波问题对变压器损耗带来的影响较为深远，因此建筑电气设计需要科学选用谐波抑制方式，以此进一步降低变压器损耗。受端治理和被动治理属于现阶段主流的谐波抑制方式，二者均能够在变压器节能方面发挥积极作用。如变压器设备受到的谐波影响较为显著，其谐波抗干扰能力可通过受端治理措施提升，如选择Dyn11方式在建筑电气系统中作为变压器连接组别，绕组内部的谐波电流可依托Dyn11接线形式形成环流，这能够保证耦合传递作用不会在变压器两侧谐波电流间产生，谐波抑制目的自然能够顺利实现。但上述绕组接线方式的具体应用需同时考虑变压器谐波功率的提升，具体应对需优选耐高温措施。此外，滤波器的科学选用也能够实现变压器谐波抑制，通过将谐波隔离在电流系统外，变压器损耗将进一步降低。

2. 变压器节能技术的具体应用

2.1工程概况

为提升研究实践价值，以某住宅小区工程作为研究对象，该工程总用地面积、容积率分别为62300m²、2.5，由29层的多栋建筑组成，属于典型的智能住宅小区，图1为该小区智能系统构成示意图。为实现能源节约，案例小区在配光节能、变压器节能等方面采取了一系列有效措施，本节主要对其变压器节能技术应用开展深入探讨。

图 1 小区智能系统构成示意图

2.2技术应用

案例小区的变压器总耗能较大，在整个电力系统线路损耗中的占比在50%左右。因此，变压器选择需从节能、规避轻负荷运行两方面入手，优选损耗较低的变压器。在具体实践中，结合相关规范要求，为有效降低变压器功率损耗，需充分考虑变压器是否为节能型及是否具有最低的空载损耗，这种考量下可选择SC8、SL9、S9等型号的变压器，由于具备45°全斜关节结构，这类变压器的损耗较低。结合案例小区最小有功损耗、具体用电强开和电力供应形势，为最大限度降低变压器损耗，实现电网和线路损耗降低，变压器节能技术应用主要围绕以下几方面展开：第一，降低有功损耗。短路和空载属于变压器主要的有功损耗，负载率则属于影响短路损耗的主要因素，结合案例小区实际情况，在保证变压器负载恒定的前提下，可确定S10、S11节能变压器属于最优的变压器选择方案，能够降低损耗至75%，满足节能环保要求；第二，降低负载耗损。变压器绕组的电流和电阻属于重要的短路损耗来源，且变压器的负载率与二者存在平方成正比例关系，因此应选择电阻或绕组较小的变压器，铜芯类变压器便属于其中代表，以此实现短路损耗控制。考虑到实际运行时的变压器存在变化明显的负载曲线，这使得变压器在一定时间内存在最佳平均效率，案例小区的半夜到凌晨时段多为电力轻负荷状态，且同时存在一天内持续变化负荷，因此装机容量计算选择略高的值而非最佳负荷系统。

结论：综上所述，变压器节能技术能够较好用于建筑电气设计。在此基础上，本文涉及的功率因素控制、容量科学选择等内容，则提供了可行性较高的变压器节能技术应用路径。为更好优化建筑电气设计，新型变压器设备的科学应用必须得到业内人士重视。

参考文献：

[1]江秋健.建筑电气设计中几种节能方法的探讨[J].建材与装饰，2018(34):91-92.

[2]李国然.现代智能建筑电气设计及节能措施分析[J].智能建筑与智慧城市，2018(04):30-32.