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摘要：經濟的發展加劇了能源供需間的矛盾，各行各業均需落實可持續發展理念，開展綠色設計與生產工作。基于此，文章以水利水電工程電氣環節為研究對象，分析電氣節能設計的重要性，并闡述多項電氣節能設計要點，提升水利水電工程設計水平，促進其可持續發展。

關鍵詞：水利水電工程；電氣節能設計；電氣；節能設計

同冶金、化工、建筑等行業相比，水利水電工程的能耗較低，如果對其用能工藝、節能設備、節能管理等重視不夠，導致水利水電工程在發揮功能過程中難以做到高效節能。尤其電氣設計環節，易導致能源的不合理消耗。可見，在水利水電工程電氣設計環節，引入綠色節能理念，具有鮮明的現實意義。

1水利水電工程電氣節能設計重要性

長期以來，水利水電工程在城市防洪、農業灌溉、水力發電、居民生活、生態環境等領域發揮了巨大的作用。特別是在國民經濟高速發展的背景下，水利水電工程的數量增多、規模擴大。電氣設備是水利水電工程運行的關鍵，設計環節若存在能源損耗大的問題，工程在整個運用期間將處于低效、高耗運行狀態，造成極大的浪費。由此可見，水利水電工程電氣設計環節，節能手段的應用是很有必要的。無論從微觀，還是宏觀角度，水利水電工程建設，均需落實可持續發展理念，注重能耗控制，推動行業的綠色可持續發展[1]。

2水利水電工程電氣節能設計要點

在開展電氣節能設計前，相關單位需掌握節能減排的原則，規范相關工作。（1）合法性原則，節能設計需遵循國家相關政策法規和規劃、產業政策、行業準入條件，落實節能減排規程規范；（2）可行性原則，需結合工程特點，明確電氣能耗指標，開展針對性節能設計，保障方案的可行性；（3）經濟性原則，提供多項節能設計方案，結合節能效果、投入成本等要素，選擇最優方案；（4）先進性原則，優先選用先進工藝與技術，替換能耗過高的老舊產品。基于上述原則，在電氣節能設計中注重如下要點。2.1貫徹全方位節能設計方法電氣節能設計應與其他專業節能設計相協調，配合工程規劃與總布置節能設計；水工建筑物、生產用房、管理生活用房等建筑物節能設計；水力機械及輔助設備以及金屬結構節能設計，共同構建一個有機的節能體系。無論是工程施工期，還是運行期，節能設計還應通過加強技術管理（安裝完備的能源計量器具，實現對能源消耗量的統計、考核）、建立健全能源管理體系等措施，構建系統化的能源管理體系。2.2優化用能工藝具體分析工程所在地電源供應情況，合理確定供電電壓等級；優先選用距離近的電源點與供電距離短的線路路徑；變電所的位置盡可能設在負荷中心，減小低壓供電半徑；選用一級能耗的用能設備。（1）合理選擇輸電線路路徑，使線路最短，節省投資和運行成本。按經濟電流密度法選擇導線截面，降低線路損耗。線路選用電阻率小的導電材料，導線截面按使線纜初始投資和經濟壽命期內線路損耗費用之和最少選擇，即選擇經濟電流，有資料顯示可減少35%~42%的線路損耗。（2）選擇合理的供電電壓等級，使電氣設備投資與運行成本總費用最低。例如機組容量較大的泵供電電壓由35kV改為110kV，線路損耗僅為35kV供電的1/9.87。（3）合理選用電氣設備容量，提高負載系數，保證變壓器的負荷率在75%~80%，使變壓器運行在最高效率點。尤其是在水利水電工程中，升壓變壓器易出現滿負荷或超負荷運行，合理選擇變壓器的容量與變比，確保發電機始終在額定參數下運行，減少能源損耗。變壓器是電氣工程的主要耗能設備，其能源損耗占發電量的1/10，選擇節能型變壓器，是電氣節能設計的基礎。按照變壓器的制造標準，空載損耗負載損耗低選擇變壓器容量時，負載率一般控制在65%~85%之間，使變壓器運行在高效區范圍，以農村水電站改造工程為例，將原本的S7系列變壓器，更換為S11系列變壓器，能源損耗有顯著降低，二者對比結果如表1所示。觀察表1可知，S11系列變壓器的空載損耗、負載損耗較小。S11系列變壓器的節能優勢顯著。（4）根據水利水電工程建筑物的布置位置及周圍地質、地形條件，經過技術經濟比較，10kV變電站推薦采用戶內成套設備的布置方案；110kV開關站推薦采用在六氟化硫氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）的布置方案。在技術方面，戶內成套設備或GIS配電裝置方案的運行可靠性、使用壽命、設備檢修、運行維護等多方面均優于敞開式配電裝置方案；在經濟方面，敞開式配電裝置方案雖然電氣設備投資較少，但占用土地面積較大，對林木植被、周圍環境影響較大。因此，推薦采用戶內成套設備或GIS配電裝置方案，可減少資源浪費和增加環保效益。（5）配電設備布置根據具體情況，盡可能縮短母線和電纜長度；動力電纜采用銅芯絕緣電纜，電纜的截面按經濟電流密度法計算選取，從而有效降低了線纜損耗。異步電動機采用并聯電力電容器進行無功補償，可以減少電能輸送過程中無功功率造成的電能損耗，改善電能質量。可采取在終端設備處就地分散補償，也可在母線處集中補償，根據用電負荷變化，自動投入相應容量的電力移相電容器組進行動態補償，補償后將電機功率因數提高到0.9以上。同步電動機補償是通過同步電動機的勵磁調節裝置將功率因數維持在0.9以上，減少電網無功輸送量，減少電能損耗。長時間運行或負荷變動較大的泵組采用變頻器驅動。（6）采用計算機監控系統監控變配電系統設備。計算機監控系統是將計算機技術、自動化控制技術、通信技術、故障診斷技術和管理融為一體的系統。對變配電系統的數據采集和處理，實現遙測、遙調、遙控和遙信；可以隨時察看電能消耗情況，進行負荷調整，降低運行成本，提高故障的分析、預警，減少事故的發生，加快故障的排除；實現遠程調度，與上一級管理部門通訊，既可高效運行，也可充分利用水能。

3可再生能源利用

3.1光伏發電系統解決部分管理設施用電。利用水利水電工程較大面積的屋頂、堤岸空地，可以用來設置太陽能光伏組件，所發電能就地消納，余電上網。既解決水利水電工程部分管理設施的用電，也有一定的發電收益。以大型泵站為例，在主副站房屋頂布置一套多晶硅太陽能光伏電池組，模塊面積1580mm×808mm×36mm，轉換效率15%，最大輸出功率150W，開路電壓43.4V。該系統選用上述型號模塊12串30并，共360只模塊；并選用三相逆變器，額定電壓為交流380V，可單獨或并網運行，實際功率54kW，光伏陣列面積459.6m2，太陽能發電系統多年平均發電量約47600kWh。3.2控制照明系統能耗。照明系統節能設計的關鍵在于，保障照明系統的照度，減少光能損耗。常用的照明系統能耗控制措施為自然光的開發、綠色環保設計與高效光源的選擇三項。在自然光的開發方面，可將電氣工程與土建工程配合，開發利用自然光，減少照明系統的應用，實現節能減排的目標。例如，對于地下部位的施工，可通過光導光照明系統的應用，將太陽光引入導管內，發散到地下區域，用于照明。在綠色環保設計方面，全面考慮照明系統的能耗與環境污染現象，通過系統參數的調節，減少系統能耗的同時，避免燈光危害周邊居民的正常生產生活。例如，對于工程施工的一般場所，可選擇220V照明設備；對于存在導電灰塵的高溫施工環境，照明設備電源電壓需低于36V；對于潮濕用電環境，照明設備電源電壓需低于24V等，保障施工的安全性。在高效光源的選擇方面，遵循顯色性能優異、發光效率高與壽命周期長等要求，根據水利水電工程的不同電氣場所需求，選擇合適的光源，實現照明系統的最大化利用，減少能源損耗。例如，針對辦公室室內，可選擇節能熒光燈；針對機械車間，可選擇高頻無極熒光燈；針對科研場所，可選擇高壓鈉燈。同時，對于不同照明場所的特殊性，需適當調整照明光源。例如，對于顯色要求較高的場所，優先選用陶瓷金鹵燈；對于安裝高度高、維修難度大的場所，優先選用高頻無極熒光燈，實現燈具的長期可靠運行[2]。

4優化設備

置在水利水電工程中，設備優化配置包括設備選型與設備布設兩方面。以水電站增容改造為例，分析電氣設備選型與布設要點。（1）將以往的定子鐵芯D42硅鋼片材料，替換為取向硅鋼片，減少鐵磁損耗，提高磁感應強度；（2）選擇F級環氧分云母帶作為定子線圈的絕緣，從原本的B級絕緣改造為F級絕緣，強化絕緣效果，提升散熱效果，提高輸出功率；（3）保障器件功能不變（包括通風冷卻性能、運行安全性能等）的基礎上，提升轉子勵磁繞組的匝數或截面，減少銅線損耗；（4）改進發電機的風路系統，優化通風結構，將原本的通風損耗從額定容量的2%~5%，降低到0.4%，降低通風損耗，提高發電機的輸出效率，實現增容的建設目標[3]。水輪機由原本的HL220-LJ-225（0°）更換為HL220-LJ-225（+2°），更換器件包括導葉、傳動系統與轉輪，提升水輪機的出力和抗氣蝕性能。在電氣設備布設方面，將發熱量大的設備布置于通風口部位，為設備提供自然散熱環境，減少機械通風的應用，降低能耗。對于變壓器室等熱量較多的場所，施工單位在土建工程中應用隔墻隔熱措施，強化熱量散發效果，減少空調系統的使用，實現節能減排的目標。

5結語

綜上所述，水利水電工程電氣節能設計不僅可以減少能耗，還可以優化系統性能，延長工程使用壽命。通過本文的分析可知，優化供配電方案，選用節能高效電氣設備，多途徑利用可再生能源，強化電氣節能設計成效，提升水利水電工程的經濟與社會效益。

參考文獻

[1]劉宇，余昊哲.電氣自動化在水利水電工程中的應用[J].南方農機，2018，49（24）：114.

[2]吳明亮.農村水電增效擴容改造中電氣節能設計與應用[J].時代農機，2017，44（5）：72-73.

[3]趙興奎.淺談水電工程電氣節能設計中存在的問題及優化措施[J].機電信息，2014（30）：125，127.

作者:費章貴 單位:安徽省水利水電勘測設計院