建筑電氣設(shè)計(jì)中變壓器節(jié)能問題探析

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【摘要】建筑行業(yè)屬于能源消耗大戶，變壓器是建筑電氣系統(tǒng)中的核心組成部分，是能源損耗的關(guān)鍵設(shè)備，因此，在建筑電氣設(shè)計(jì)中，需要切實(shí)做好對(duì)變壓器節(jié)能問題的分析和研究，采取可行的節(jié)能措施，降低電能損耗，提升電氣系統(tǒng)整體的節(jié)能效果。論文從建筑電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)涵及原則出發(fā)，對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)中變壓器的節(jié)能問題進(jìn)行了分析和研究。

【關(guān)鍵詞】建筑電氣設(shè)計(jì)；變壓器；節(jié)能

1引言

在可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹過程中，為了能夠緩解社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺問題之間的矛盾，需要各個(gè)行業(yè)做好節(jié)能降耗工作，作為傳統(tǒng)能源消耗大戶的建筑行業(yè)也不例外。在建筑工程電氣系統(tǒng)中，變壓器的電能損耗占據(jù)了總能耗的40%~50%，電氣設(shè)計(jì)人員需要高度重視變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)，從電氣系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)變壓器的容量和型號(hào)進(jìn)行選擇，并配合先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)電氣系統(tǒng)的整體節(jié)能效果進(jìn)行強(qiáng)化。

2建筑電氣設(shè)計(jì)的內(nèi)涵及原則

廣義上的建筑電氣是以建筑為平臺(tái)，利用電氣技術(shù)手段營造人性化的生活環(huán)境的應(yīng)用學(xué)科；狹義上的建筑電氣則是在建筑中借助先進(jìn)的科學(xué)理論與電氣技術(shù)，創(chuàng)造人性化生活環(huán)境的電氣系統(tǒng)，為建筑內(nèi)人們的工作、學(xué)習(xí)、生活、娛樂等提供服務(wù)，大致可以將其分為強(qiáng)電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)[1]。在建筑電氣設(shè)計(jì)中，應(yīng)堅(jiān)持以下3個(gè)基本原則。

2.1功能性

建筑電氣設(shè)計(jì)必須能夠滿足建筑的使用功能，如照明所需的照度、色溫；暖通空調(diào)要求的溫度、新風(fēng)量；電梯系統(tǒng)要求的運(yùn)輸能力等。

2.2效益性

在對(duì)建筑電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要充分考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，不能盲目選擇電氣設(shè)備，結(jié)合建筑功能需求，確定最佳電氣設(shè)計(jì)方案，在滿足建筑功能需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，對(duì)運(yùn)營及維護(hù)成本進(jìn)行控制。

2.3節(jié)能性

建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的核心應(yīng)放在減少能源浪費(fèi)方面，要求設(shè)計(jì)人員能夠找出哪些地方消耗的能源與建筑功能的發(fā)揮無關(guān)，然后制定針對(duì)性的節(jié)能措施。例如，建筑電氣設(shè)計(jì)中，變壓器的功率損耗、輸電線路有功損耗等，可以借助相應(yīng)的節(jié)能措施對(duì)其進(jìn)行控制。

3建筑電氣設(shè)計(jì)中變壓器節(jié)能問題分析

3.1變壓器節(jié)能目的

變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)的主要目的是在保障建筑電氣系統(tǒng)功能，推動(dòng)其正常、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，降低變壓器損耗[2]。一般來講，可以將變壓器能效分為以下2個(gè)部分。1）靜態(tài)能效，指在變壓器設(shè)備的加工制造過程中，通過新工藝、新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，降低固有損耗；2）動(dòng)態(tài)能效，指在變壓器的運(yùn)行過程中，通過相關(guān)動(dòng)態(tài)參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化降低損耗。目前，多數(shù)建筑工程電氣系統(tǒng)中采用是容量在2000kV·A以上的變壓器，電壓等級(jí)約為10kV，其在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電能損耗較大，是建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)水平會(huì)對(duì)變壓器的節(jié)能效果產(chǎn)生直接影響，在推動(dòng)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面，有非常積極的作用。

3.2變壓器節(jié)能措施

3.2.1設(shè)備選型。建筑電氣設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合電氣系統(tǒng)中用電設(shè)備的實(shí)際需求，對(duì)變壓器的型號(hào)進(jìn)行選擇，在保證電能輸出穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，選擇具備良好節(jié)能效果的變壓器設(shè)備。對(duì)照我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，S13以上型號(hào)的變壓器都屬于節(jié)能型變壓器，在能效等級(jí)與能效限定值等參數(shù)指標(biāo)方面都能夠很好地滿足節(jié)能降耗要求。對(duì)市面上現(xiàn)有的變壓器設(shè)備進(jìn)行分析可知，節(jié)能效果最為理想的變壓器產(chǎn)品是超導(dǎo)變壓器和非晶合金變壓器。非晶合金是一種非晶態(tài)材料，特殊的結(jié)構(gòu)賦予了其突出的軟磁特性，由其制作的變壓器在運(yùn)行中能夠有效減少電能損耗。對(duì)比傳統(tǒng)變壓器，非晶合金變壓器的空載損耗僅為20%~40%，節(jié)能效果十分明顯。但是，非晶合金變壓器成本較高，要將其應(yīng)用到建筑電氣系統(tǒng)中，必須考慮經(jīng)濟(jì)性，做好采購成本、運(yùn)行成本和節(jié)能效果的全面分析，不能盲目選擇[3]。3.2.2容量選擇。設(shè)計(jì)人員必須對(duì)照建筑工程電氣系統(tǒng)的荷載等級(jí)，對(duì)變壓器的容量及數(shù)量進(jìn)行選擇，在充分滿足電氣系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行要求的前提下，促進(jìn)容量設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的提高。從實(shí)際操作的角度，若建筑工程電氣系統(tǒng)為三級(jí)負(fù)荷，可以只配備1臺(tái)變壓器，若系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到二級(jí)或以上，需要至少配備2臺(tái)變壓器。同時(shí)，需要結(jié)合建筑功能，做好動(dòng)力負(fù)荷與生活負(fù)荷的合理區(qū)分。這樣，才能最大限度地保障電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。若建筑電氣系統(tǒng)中存在不同計(jì)量等級(jí)的負(fù)荷，需要分別對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)，若用電負(fù)荷處于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，還必須設(shè)置專門、獨(dú)立的變壓器來保證供電穩(wěn)定。確定變壓器的數(shù)量后，設(shè)計(jì)人員可以借助總擁有費(fèi)用（TotalOwningCost,TOC）法等計(jì)算方法計(jì)算變壓器的經(jīng)濟(jì)容量，盡可能減少其空載損耗，提升節(jié)能效果。3.2.3運(yùn)行優(yōu)化。確定變壓器的類型、臺(tái)數(shù)和容量后，一般還會(huì)留出相應(yīng)的安全余量來應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患，而這種防范措施會(huì)引發(fā)變壓器容量偏大的問題。另外，建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行中，用電負(fù)荷會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，要求設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ψ儔浩鞯倪\(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，避免變壓器輕載或過載而引發(fā)的電能損耗。可以依照建筑工程項(xiàng)目的規(guī)模和功能特點(diǎn)確定其對(duì)供電穩(wěn)定性的實(shí)際需求，優(yōu)化變壓器配置，確定科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的變壓器運(yùn)行方式，減少能源損耗[4]。3.2.4功率調(diào)控。功率因數(shù)是引發(fā)變壓器損耗的核心因素之一，在建筑電氣設(shè)計(jì)中，要求設(shè)計(jì)人員做好變壓器功率因數(shù)的調(diào)控工作。1）應(yīng)提高自然功率因數(shù)。變壓器在空載或輕載運(yùn)行工況下，無功損耗會(huì)達(dá)到約20%，對(duì)自然功率因數(shù)的影響巨大，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際情況，切實(shí)做好變壓器選型工作，適當(dāng)提高自然功率因數(shù)，以改善變壓器的節(jié)能效果。2）應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的無功補(bǔ)償設(shè)備。常用的無功補(bǔ)償方式有集中補(bǔ)償、分散補(bǔ)償、就地補(bǔ)償?shù)?，在建筑電氣設(shè)計(jì)中，如果是與變壓器距離較近，同時(shí)，比較集中的負(fù)荷，可以在前端變電所母線上設(shè)置相應(yīng)的無功補(bǔ)償設(shè)施，進(jìn)行集中補(bǔ)償；如果是與變壓器距離較遠(yuǎn)，同時(shí)比較分散的負(fù)荷，可以在終端位置設(shè)置補(bǔ)償設(shè)施，進(jìn)行分散補(bǔ)償；如果是無功補(bǔ)償穩(wěn)定，并且容量較大的負(fù)荷，可以借助并聯(lián)補(bǔ)償裝置進(jìn)行就地補(bǔ)償[5]。3.2.5諧波抑制。在建筑工程電氣系統(tǒng)中，可以采用Dyn11型變壓器，這種變壓器能夠在繞組內(nèi)建立諧波電流環(huán)流，對(duì)變壓器兩側(cè)諧波電流的耦合傳遞作用進(jìn)行防范，以此達(dá)到抑制諧波的目的。不僅如此，設(shè)計(jì)人員也可以借助專門的濾波器設(shè)備避免諧波進(jìn)入電氣系統(tǒng)中，同樣可以達(dá)到抑制諧波，降低變壓器損耗的目的。

4結(jié)語

在建筑電氣設(shè)計(jì)中，要最大限度地提升節(jié)能效果，設(shè)計(jì)人員必須結(jié)合建筑本身的功能需求以及電氣系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)變壓器進(jìn)行合理選擇，確定最佳的變壓器運(yùn)行方式，通過提高功率因數(shù)、設(shè)置無功補(bǔ)償設(shè)備以及抑制諧波的方式，盡可能減少變壓器運(yùn)行中的電能損耗，提升變壓器運(yùn)行節(jié)能效果，以此來確保建筑電氣設(shè)計(jì)目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。

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作者:梁良 單位:北京珠創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)有限公司