建筑电气供配电系统的节能设计分析.pdf

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 87 建筑电气供配电系统的节能设计分析 谢伟彬 广州皓瀚建筑工程设计有限公司，广东 广州 511400 摘要：摘要：传统建筑电气设计已无法适应现代社会的需要，在低碳发展的大环境下，建筑电气设计面临着新的挑战。供配电系统在建筑电气设计中占有举足轻重的地位，应引起足够的重视。要想将节能减排政策的要求贯彻到实践当中，建筑电气供配电系统设计应该与低碳理念有效地融合起来，并与实际情况相结合，合理地构建供配电系统，持续地对电气系统规划进行优化，对多方面进行严格的控制，选择合适的型号和配电线路，以保证供配电系统的正常运行，达到节能减排标准的要求。关键词：关键词：建筑电气；供配电系统；节能设计 中图分类号：中图分类号：TU852 0 引言 在日益凸显的能源危机下，需在供配电系统领域开展节能措施的科学运用，以缓解这一矛盾，推动经济社会的可持续发展。所以，在进行建筑电气供配电设计时，要将能源发展需要与供配电规划相结合，在供配电系统的设计中，要充分地掌握各种节能技术与措施，只有主动地与目前的发展环境相适应，才能更好地理解目前的发展状况，并做出相应的调整。1 供配电系统节能设计概述 1.1 供配电系统节能设计的特点 为实现我国电力行业的整体优化与合理配置，推动我国电气企业的转型与发展，需要在电气供配电系统中，及时制定并实施一系列科学、人性化的节能措施，随着我国风能和太阳能等新能源的发展和利用，虽然在供配电企业的架构上有一定的优化效果，但是，由于电价的相对偏高，使得企业间的经济差异日益凸显。部分电力企业已采取被动的方式提高购电费用，对其自身形成了一种无形的巨大压力。节能技术的发展，供配电系统的研发活动，不但能够大幅提升电能综合开发与应用的效率，还能够持续降低用电成本与用电量。所以，在未来的发展中，有很大的推广和应用价值。1.2 供配电系统节能设计的重要性 随着人类社会的发展，人类对能源的依赖日益加剧。目前，世界上所有国家都在关注着能源问题解决。我国能源消费总量居全球首位，而用电又是其最大的一项能源消费。电力能是现代交通运输、工农业生产以及人们生活中不可或缺的一部分。传统供配电系统由于缺少节能方面的考虑，造成我供配电系统的巨大能耗和生态环境的破坏。目前，我国正处于环保的关键时期，因此，节约能源、减少能源消耗成为当务之急。供配电系统设计直接影响着电力运输的效率，良好的供配电系统能够为人民提供优质的电能。在此之前，我国对节约能源没有太多的关注，目前供配电系统都存在着能耗的问题，因此，在电气供配电系统中，应加强其节能设计。1.3 供配电系统节能设计的原则 1.3.1 遵循经济应用原则 为了确保建筑业长期经营，必须对每一项成本都进行有效的管理。所以，在采用节能技术的同时，要尽量降低能耗，以达到最大效益的目的。在电气节能技术的设计原则中，经济性原则的运用是最为广泛和突出的内容。1.3.2 节能技术应遵循实事求是原则 在实施节能技术时，其终极目标就是要控制企业生产的经济费用。以节能技术实事求是的原则为基础，企业既要对制造过程中的环境污染进行控制，又要从自身的角度缓解国家电力供应的压力，进行能源和减排工作，将能源供应和分配制度落实好，推动经济绿色可持续发展。1.3.3 节能设计应遵循优化原则 当前，我国大部分行业在使用配电时，都十分重视对电力系统的节能效益。随着社会信息化水平的提中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 88 高，供配电系统中的节能技术不但在不断地更新，而且供配电系统中的设备也在不断地进行着优化和改造。所以，在建筑电气供配电设计中对节能降耗设备进行持续优化，始终坚持生态文明建设和绿色可持续发展的理念，采用科学先进的高精度施工技术和节能技术，来提升供配电系统的节能降耗效果。2 影响供配电系统节能设计的因素 2.1 变压器 在电气供配电系统中，变压器起着变换电压水平的作用，是输送与分配电力的基础设施。其运用电磁感应的原理，对一次线圈通电，在变压器的铁心内形成交流磁场，进而在二次线圈中形成感应电动势，从而达到电压变换的目的。变压器在进行电压变换时，必然会产生损耗。铜损是在变压器线圈中，因温度升高而造成的损失；铁损可划分为两种，一种是滞后损失，另一种是涡流损失。滞后损失是指在反复加磁时，因滞后而产生的电能的损耗。在变压器运行过程中，由于交流电磁场的作用，在交流电中产生了大量的电流。由于涡流的存在，磁芯温度升高。所以，减少变压器的铜损、铁损是节能降耗的重要措施。2.2 电压等级 在电气供配电系统中，总有一些不同程度的电阻，当电流经过时，将会有一些能量损耗，这些损耗主要表现为热能和电晕。在进行供配电系统设计时，特别是将电能输送到远距离用户的情况下，必须考虑到电网的供电距离、负荷能力等因素，对电网电压进行合理的设计。在一定的输送能力下，较高的电压和较低的电流会导致较低的线损。这也是为什么目前国内电能远距离输送大多使用 220kV 或 110kV 的高压线路的原因。2.3 供配电线路 供配电线路的布置及材质的选用，对整个供配电系统的损耗有很大的影响。在进行供配电系统设计时，应该以电缆或电线为主要的设计要素，并且应该对变电站的位置、负载位置、内部布线、电缆和电线的横截面积等因素进行充分的考虑。3 建筑电气供配电系统的设计要点 3.1 优化电气系统方案设计 在低碳环境下，在进行建筑电气供配电系统设计时，应该对电气系统进行优化，需要注意两个方面：一是选择合理的电压。在电力系统输入端选择供电电压时，需要综合多种因素，既要掌握本地的电网状况，又要清楚电网的供电线路数目，同时要符合经济性的原则。通常，当安装 250KW 以上的电气设备时，可以选用 10KV 的电压。根据技术条件与经济效益，适当提升电压，可增强电力输送能力，扩大供电半径，降低供配电系统损耗，达到节能减排的目的。在工程实践中，若有两种或多种电压水平可供选用，应先对所选用的电压水平进行检验，以确保其满足技术、经济要求。当以上两种情况都符合时，应优先选用高电压供电。比如，在设计暖通系统时，当制冷系统容量很大时，可选用 10kV 机组，以降低变压时的损失。二是科学设计负荷中心和供电半径。在实现建筑电气供配电系统整合的同时，既可将变电所设于负荷中心，又可将变电所设于高效能电力设备旁，以避免供电半径过大。若建筑内有多个负载中心，必须进行技术与经济上的对比，然后选取适当的位置设置变电所。一般情况下，若为民房，则低压电源半径宜控制在 300m 以内。超出这一范围将造成很大的电压损耗，并且很容易对断路器的工作造成影响，从而引起线路两端的短路；如果是建筑高度超过 100 米的超高层建筑，那么必须对多个方案进行对比，从中选出在技术和经济上最适合的方案，确定变电站的位置，一般情况下，其应该位于地下室、保护层等地方。三是在选用装置时，应以三相对称电气设备优先。若有多个单相设备，则三相负荷应平均分配，且三相负荷不均衡程度不能超过 15%。当输电线负荷很大时，应尽可能选用三相供电。在所设计的电力系统中，如果是双回路或者多回路的电力系统，则可以选用对应的双回路或者多回路的电力系统，这样既能分担电力负载，又能避免电力线缆的能量损失。3.2 重视对总功率因数进行改善 提高功率因数，可以有效降低电力系统的无耗电量，实现节能降耗的目的。传输线损耗可分为两种即有功率传输的线损和无功率传输的线损。虽然能量的传递符合设备的基本功能，然而，在供配电网系统如中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 89 变压器、电机、灯镇流等，部分设备会产生延时无功，并经电网高低压线路向用户传输。在电器末端，这样将增加大量的电力损失，但有两种方法可以防止这种损失。一方面，该系统也能有效地降低全部无极大功率民用电气的峰值功率损耗，因此，该系统是改善民用电器系统功率稳定性的重要因素。在一些设计过程中，需要用到大功率的电机，如步式电机等，采用感应式供电设备时，可选用带补偿电容器的设备。而另一方面，电容的应用具有很大的灵活性，无需进行功率补偿。该电容器可以有效地抑制电气设备中的无功电流，使系统中的无功电流得到抑制。所以，在实际设计中，采用低电压组和高气压组的综合补偿，可以有效降低综合无功的出现。3.3 重视采用符合节能要求的照明设备 在建筑设计中，照明系统是非常重要的环节，其不但体现着建筑物的效能，而且在能耗分布设计中也是一个不容忽视的重要环节。照明品质是建筑技术品质的重要反映，是提高能源利用与节约效率的关键。照明在保障人们的生存、生产、身体、心理等方面都起着极其重要且无可替代的作用。所以，要实现照明设施的节约与利用，必须在配电节能的具体应用中进行。因此，从节能角度出发，从整体效益管理角度出发，合理地选取照明设备是非常必要的。3.4 对已有的电力系统进行创新改造 任何行业若要取得可持续的变革与发展，必须进行持续的技术革新与改进。与之相比，我国的电力技术革命和改革，主要集中在变频调速技术中，其中包含电力装置中的水泵、风机等。在该部分设备中整合变频调速技术，可以极大地节约电力设备在运行中的功耗，并在实际生产中成功地降低电能的消耗和成本。当性能因素得到明显改善时，整个供配电系统的运行就会变得更为可靠，这对于促进我国未来的节能减排目标是非常必要的。随着功率因数由 0.81.0 的增大，电力输送所需的电能也随之降低。所以，作为现代化的供配电人员，必须竭尽所能地改善和维护变压器的设备，使其对电网运行的影响降到最低。3.5 有效控制谐波 在建筑电气供配电系统节能设计中，必须注意到谐波问题。在电力系统中，由于谐波的存在，使得电力系统中的电压和电流过大，同时，由于谐波电流的存在，对整个通信系统造成了很大的影响，给断路器的安全运行带来了很大困难。为此，必须加强对谐波的防治。一是在设计电力系统时，应充分考虑到谐波的危害性，选用合适的电气设备，对系统进行合理的配置，以防止谐波的发生。比如，一般民房可以采用低频谐波的电器，或者是配电变压器；二是如果建筑供配电系统在设计上出现了超过标准的谐波，必须采取隔离设备电源，增加 AC 电抗器，增加无源滤波器等措施加以解决。3.6 重视选择合适的电机 节约电机能量的方法是提高电机工作效率和功能因素，在电气生产中，异步电机是应用最为广泛的一种电动机，而功率因素和工作效率是两个最关键的经济指标，两者之间有着密切的联系。一般情况下，异步电机的功率因数和额定功率以负载因数为 75%100%为基准进行设计，故额定输出功率为 1.11.15 倍。实际上，电机通常都有专用的设备，所以只有在运行时才能实现节能的方法。为了降低线损，必须采用轻载或空运。最理想的办法是调整变频调速对电机进行有效的控制，这样就可以根据负载系数的不同调整自身的运转速度，在此基础上，实现对负荷变化的自适应。在低负载时，电机的运行效率会有很大的提高。另外，由于低压电器耗能较大，而其基础设施较多，面积较广，所以必须采取科学合理的方式。但是，由于大量的低电压设备聚集在一起，其能耗也不容忽视。所以，在设计时应尽量采用安全可靠，节能低压的电气设备，并注重对干式变压器的全面推广应用。干式变压器指的是一类创新式变压技术设备，其与过去传统模式的变压器相比，时刻呈现出运行稳定、能源消耗过低等优点。至今，该设备在建筑电气供电配电系统中得到了广泛的应用，并逐步表现出了良好的安全性。应该注意，干式变压器在使用过程中，不会产生严重的噪声，操作时，即使出现有关的故障，也很少有有害气体释放出来。从某种意义上说，体现了该类设备在控制节能，环保，经济价值高等方面所具有的特殊功能。所以，在将来相关人员应该竭尽所能地去中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 90 推广与应用诸如干式变压器这样的新科技与新设备，才能从长远上改善我国建筑电气供配电系统的节能控制。4 结束语 综上所述，为使建筑电气供配电系统达到最大限度地发挥其节能效益，对其进行了优化。为有效地改善建筑电气节能，必须不断地改进供配电系统的设计，使其更加合理、科学。以供配电设计原则、实际技术需求以及实际情况为依据，对其展开综合考虑和分析，对设计思路和理念进行持续优化和完善。唯有如此，才能切实有效的达到节能目的。为此，应在保证电力系统安全、稳定运行的前提下，制定科学、合理的供配电系统节能设计方案。供配电系统设计要科学、合理，实现在建筑工程中更大程度地节约能源，增加利润，推进现代化城市建设的进程，推进建筑行业的绿色发展。参考文献 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