对建筑电气设计中变压器节能问题的分析

对建筑电气设计中变压器节能问题的分析

张小荣

云南金派建设有限公司， 云南 昆明 650200

摘要：为了缓解我国当前经济社会发展中能源短缺的问题，必须要在生产生活各领域采取相应节能降耗措施。建筑工程业是我国能源消耗的重点行业。在建筑工程中应做好变压器节能设计方案，以降低用电损耗。基于此，本文首先阐述了建筑电气设计中变压器节能概念和建筑电气设计的基本原则，然后剖析了变压器的耗能问题，最后对建筑电气系统中变压器节能策略进行探讨，为改善建筑工程电气的节能效果提出指导建议。

关键词：建筑；电气设计；变压器；节能；分析

引言：在全面落实可持续发展思想的过程中，为解决我国能源不足的问题，社会各领域逐步实施节能降耗措施。在建筑电气工程中，变压器的能源消耗大约占全国总能量费用一半左右。因此，建筑企业应高度重视电气变压器的节能设计，通过结合电气系统特点，科学选择变压器的容量与型号，应用更完善的技术手段，来改善变压器的节能效益。

1建筑电气设计中变压器节能概述

建筑电气设计中变压器的节能重点，是在保证建筑电气系统的正常工作前提下降低建筑变压器装置的能源消耗。通常，可以将建筑电气变压器的效率分成静态能效和动态效率。静态能效是指在生产过程中，引入新技术和新材料来减少对电气变压器设备的固定消耗。而所谓动态能效，则是指建筑电气变压器设备在工作过程中，由于受有关建筑动态等参数因素的影响所产生的能量消耗。在现阶段，由于大部分建筑电气系统所采用的都是大功率电气变压器以及电压等级较大的变压器设备，在运行过程中会产生较大的电能损耗，所以，对建筑变压器的节能工程也十分重要。

2建筑电气设计的基本原则

一是功能性。建筑电气设计应当与建筑的使用功能保持一致，例如灯光所要求的亮度和颜色；暖通空调所需要的温度和风量；电梯系统所需要的起重性能等。二是效益性。在建筑电气设备装置的设计过程中应该充分考虑实际效益，不要盲目选用设备，而是根据建筑的功能特点和维护成本，制定最优化的建筑电气设计方案。三是节能性。建筑设计节能的核心是降低建筑能耗损失，这也就要求建筑设计人员要判断在哪些地方所耗费的电能与建筑所发挥的功能无关，从而提出节能的改善策略。因此，在建筑的电气系统设计中，必须对变压器功率消耗和输电线路的有功功率消耗实现有效控制^[1]。

3变压器耗能问题分析

3.1空载损耗

空载损耗一般分为磁滞损耗和涡流损耗。首先，磁滞损耗。这种损失主要是由于磁化强度弛豫效应和磁滞后而形成的损失。在产生这些损失的时候，磁化强度状态并没有随着磁化强度的变化而发生变化。其次，涡流损耗。当电气变压器在正常工作时，磁芯周围就会有磁力线通过，而当磁力线在与磁壳保持平行状态时，就会产生感应电流，而生成的感应电流就会产生闭环现象使磁壳过热，从而造成能量损失。

3.2额定负荷损耗

额定负载损失是指负载电流通过变压器在电流上引起的损失。这些损耗主要来自于负载电流，但一般和负载电流有正负相应的关系。从实际情况考虑，当负载电流产生后，就会产生漏磁情况，而漏磁会在变压器内产生涡流损耗。

3.3铁损

在强磁性的作用下，那些与外磁方向不相容的磁畴发生了弹性转动过程，而当磁力方向撤去后，磁畴又可能返回到了原来的位置。同时，磁畴的另一部分则仍继续保持原有的磁性状态。在整个磁化过程中，引导在磁场中的电能主要由二部分所构成，一部分能量转换为势能，当磁化电压撤去时，磁场的能量又会返回到电路中;另一些则会为克服摩擦，导致磁芯的发热能量被消耗，造成电能损耗。

4建筑电气系统中变压器节能策略

4.1设备选型

在建筑工程电气设计过程时，建筑工程人员必须根据电气系统与装置的具体特点选择变压器类型，在输出功率稳定的前提上选用节能效益好的高效电能转换用变压器设备系统。根据中国国内现行标准，由于基于S13以上设计的各种变压器设备均是节能型变压器，所以从能效级别、能效限值及其主要的技术参数上，均能够很好的达到了节能人力资源的设计要求。目前，节约电能效果最理想的变压器设备主要为超导变压器设备和非晶合金变压器设备。非晶合金也是一类非晶金属材料，因为它独特的结构构造使设备具备了优异的软磁特性，所以应用这种材料制造的变压器可以合理地降低设备在运行过程中的能量耗费。和传统变压器比较，而非晶合金变压器的空载损耗较低，节能效果比较好。可是非晶合金变压器生产成本较高，应用在工程中会增加大量工程成本，所以在选择设备时要进行全面分析，不可盲目选型。

4.2容量选择

建筑电气工程设计人员，应当按照施工现场电气系统的负荷水平选用变压器的功率与数量，在满足电气系统稳定安全运行条件的基础上，增加变压器的容量设计，从而提升经济效益。从实际情况考虑，假设建筑物电力系统是三级负载，那么就可以设置一个变压器。但如果假设系统负载为二级或更高的级别，则就一定要设计二个变压器。同时，还必须按照建筑功能合理分配电力负载的有效载荷量，以便于最大程度地保证建筑物电力系统的稳定安全工作。变压器台数确定后，工程设计技术人员可通过计算方法估算出变压器设备的容量，以降低其空载损失。

4.3运行优化

在确定变压器的型号、数量和容量之后，通常会预留适当的安全余量，以消除可能存在的安全隐患，而这种预防措施会导致变压器功率大的问题。此外，当建设项目的电气系统正在稳定工作时，电力负载也会在一定区域内波动，这就要求工程设计技术人员优选变压器的稳定工作方案，以减少因变压器低负荷或超载而引起的电力损失。工程技术人员要按照建设项目的工作范围和功能特性，确定对电气稳定工作的实际要求，并优化变压器的类型选择，从而决定变压器的稳定工作模式，以便于降低能源消耗^[2]。

4.4功率调控

功率因数是引起变压器损失的最主要原因之一，在所有建筑物的电气设计中，工程设计技术人员都应该进行对变压器功率因数的调节工作。首先，提高自然功率因数。在空载或轻负载状态下，建筑变压器的无功损失一般都要达到20%左右，这对建筑自然功率因数的影响较大。据此，建筑工程人员还需要根据工程实际状况进行建筑变压器的选择工作，并通过合理提高建筑物的自身功率因数，才能进一步提高建筑变压器的节能效果。其次，按照要求，选择适当的无功补偿装置。常见的无功补偿方法，主要有集中补偿、分散补偿、就地补偿等。在建筑物的电气设计中，如离变压器比较近，而同时负载又比较集中，则可选择利用相应的稳定负载对无功补偿装置进行集中补偿；若离变压器较远而负载又相对分散时，则可在终端利用补偿设备实现分散补偿。但如果是大功率或无功补偿的固定负载时，则使用并联补偿装置实现就地补偿。

4.5谐波抑制

在建筑电气系统中，也可以选用Dyn11变压器，但由于其可以设置绕组中流过的谐波电压，也因此避免了将谐波电流经过相互耦合后传递到交流变压器的二端，也因此实现了控制高频谐波传动中输出电流的目的。另外，工程设计技术人员可通过特定的过滤装置来控制谐波进入电气系统，这样就能够控制谐波，降低变压器损耗。

总结：综上所述，在建筑物电气设计中，为最大限度的实现变压器节能效益，设计部门应针对建筑物本身的结构特性及其周围电气系统的特点，作出科学合理的变压器选择，确定最优化的变压器工作方法，努力使建筑变压器在工作时的功率消耗减至最小，从而有效提升建筑物电气设计中变压器的节能效益。

参考文献

[1]建筑电气设计中节能降耗措施研究[J].时大鹏.居业.2020(07)

[2]浅议电气设计与质量控制措施[J].郭玉瑜.居舍.2018(08)