智能變電站設計節(jié)能措施方案研究

馮 星，張 蕓

(陜西省電力設計院，陜西 西安 710054)

1 概述

近幾年隨著大量輸變電站工程的建設完成，我國電網已初步形成了西電東送、南北互供、全國聯網的格局，電網發(fā)展滯后的矛盾得到較大緩解。

在大規(guī)模的電網建設中，采用新技術、新設備等措施后，電網輸送能力將大大提高。同時，可以進一步改善和提高電網運行的可靠性，確保電網的安全可靠運行。

2 優(yōu)化選擇經濟、節(jié)能的變壓器

2.1 選擇低損耗主變壓器

電力變壓器的損耗主要體現在電能轉換過程中空載損耗、負載損耗和其它附加損耗等電能損耗。變壓器的節(jié)能降耗可以通過合理選擇變壓器的型式和選擇低損耗變壓器來實現。

在提變壓器的技術參數時，要求采用高導磁率的硅鋼片，嚴格要求廠家按目前國內能夠制造的最小空載損耗和負載損耗的參數來制造變壓器；在散熱器方面，選擇70%容量下為ONAN自冷、70%～100%下分組投入風機的變壓器，可以有效的節(jié)約風機損耗。

2.2 站用變容量及電纜的選擇

按變電站的實際用電負荷并考慮同時率計算站用變的負荷，據此合理選擇站用變的容量和臺數。

根據站用變壓器選擇電纜，經計算得知，采用4根3×185+1×95mm2的電纜即可滿足站用電實際負荷要求，按照“N+1”的原則，站用變進線屏的出線電纜選擇5根3×185+1×95mm2的電纜，可保證站用變壓器滿載運行。

2.3 選擇低損耗站用變壓器

對于站用變屬于經常運行設備，其空載損耗及負載損耗對變電站的能耗也有一定的影響，在站用變的選型上，也考慮選用低損耗的變壓器。

在站用變的選型上，優(yōu)先考慮選用低損耗的變壓器。

2.4 站用變壓器選用非晶合金變壓器

非晶合金制作鐵芯而成的變壓器，比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗下降80%左右，空載電流下降約85%，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器。我國已能生產電壓10kV、容量50kVA～2500kVA、空載損耗34W～700W之間、負載損耗在870W～21500W之間的非晶合金鐵芯低損耗變壓器。目前，市場上出售的非晶態(tài)合金鐵心變壓器有兩個系列：SH－M和SH－11，它們的空載損耗平均比S9系列硅鋼片下降了76.7%和71.2%，空載電流下降80%，節(jié)能效果顯著。

從投資方面考慮，非晶合金變壓器要比普通變壓器價格高30%～40%，增加了一次性設備投資，但由于其空載損耗大幅下降，非晶合金變壓器的年運行成本比普通變壓器低約20%，全壽命周期運行成本低。

國內非晶合金變壓器制造技術已成熟，可在變電站中廣泛推廣應用。

3 變電站內智能化、節(jié)能型照明的應用

實現照明控制系統智能化的主要目的有兩個：一是可以提高照明系統的控制和管理水平，減少照明系統的維護成本；二是可以節(jié)約能源，減少照明系統的運營成本。

3.1 節(jié)能型智能照明控制系統

節(jié)能型智能照明控制系統由控制中心(包括控制設備、服務器、大屏幕投影顯示設備等)、智能控制終端(RTU)、節(jié)能照明控制管理終端(LCM)、單照明節(jié)能控制器(LCU)及通訊系統等組成。它可對發(fā)射功率允許半徑內的照明設施無條件進行遙控開關燈、控制路燈降功率，或根據地球自轉和公轉規(guī)律及照度門限自動遙控開關燈、遙訊設備狀態(tài)、遙測電流、電壓、電度功率，以及根據系統設置自動或人工控制進入降功率節(jié)能運行狀態(tài)。

3.2 智能切換模式的照明控制

智能照明控制系統采用“調光模塊”，通過燈光的調光在不同使用場合產生不同燈光效果。通過一臺計算機就可對整個大樓的照明實現監(jiān)控與合理的能源管理，這樣不僅減少了不必要的耗電開支，同時還降低了用戶的運行維護費用，比傳統照明控制節(jié)電20%以上。另外，在智能照明系統中，可通過系統人為地設置電壓限制，避免或降低電網電壓以及浪涌電壓對燈具的沖擊，從而起到保護燈具、延長燈具使用壽命的作用。

在工程設計中，針對控制對象的不同(即各功能區(qū)域的照明具有不同的特點) ，智能照明控制系統可以采取不同的回路控制方式。對變電站里功能要求不高、人員出入少的區(qū)域，可采用簡單回路控制；對站外配電裝置部分、道路、各保護小室等公用部位，不僅要實現簡單回路的控制，還須對局部回路實現照明的自動通斷控制。這種控制方式須在系統結構中加入動、靜探測器和智能探頭等電氣元件，通過每個調光模塊、控制面板和動靜探測器實現在各種狀態(tài)下對各區(qū)域正常工作狀態(tài)的照明燈具的自動開關控制。

采用智能切換模式的照明系統，除了有大大降低照明負荷，使變電站變得更加工業(yè)化的功能，還具有節(jié)省電纜的優(yōu)勢。通過合理的網絡控制結構可以大大縮短照明分支線路的電纜長度，減少控制電纜的數量，從而減少布線工程量，降低火災隱患，便于維護。

4 其它節(jié)能環(huán)保設計方案

4.1 導體選擇

導線截面選擇過大，則導致導線投資顯著增加，并且增大有色金屬耗量及其在制造過程中的耗能量；導線截面選擇過小，則導致運行中的電能和電壓損失加大，使電能的傳輸質量和運行經濟性變差。

另外，在變電站設計過程中優(yōu)化金具設計，使其表面場強分布盡量均勻，減少電暈損耗。

4.2 選用新型電纜防火材料

現有變電站廣泛應用的傳統電纜防火材料雖然初次投資成本低，但施工過程中沒有具體的耐火性能測試標準，施工工藝隨意，防火性能難以保證，沒有對防煙氣密性、水密性提出具體要求，無法解決復雜工況。

新型電纜防火材料具有防煙氣密性強，對環(huán)境溫度變化有很強的適應性。除具備卓越的防火性能外，新型防火材料還具有生物防護作用、水密性、可擴展性、施工方便等功能，滿足國網公司資源節(jié)約，環(huán)境友好的要求。

從初次投資看，新型電纜防火材料比傳統材料成本高40%左右，但是新型防火材料壽命周期長，可達20年左右，從變電站全壽命周期看，新型防火材料的更換周期遠大于傳統防火材料，因此全壽命周期成本要低于傳統防火材料，并且新型防火材料可靠性高，降低了全壽命周期內的故障成本。

5 土建、水工、采暖、暖通節(jié)能措施

5.1 建筑節(jié)能

(1) 由于綜合控制室與變壓器防火墻聯合建筑，變壓器防火墻不適合采用復合墻體構造，因此采用加厚砌塊墻體的措施，達到保溫、防火、隔熱的綜合效果。做墻體內保溫，會使主體結構受溫差作用產生較大內力，構造上很難阻斷冷(熱)橋，導致降低結構使用壽命。因此從有利于結構穩(wěn)定性方面來說，外保溫隔熱具有明顯的優(yōu)勢，在設計中首選外保溫隔熱。保溫材料采用經濟指標較低的聚乙烯苯板，保溫效果提高50%。

(2) 屋面保溫采用聚苯乙烯泡沫塑料板。屋面采用聚苯乙烯泡沫塑料板保溫可以大幅度降低保溫層的厚度，一般僅需水泥珍珠巖制品的1/2用量，再加上屋面空心大板的應用，其保溫效果可以提高80%。

(3) 合理配置外窗面積和太陽能蓄熱智能化利用。無人值班變電站設計中建筑部分減少了大部分常規(guī)的門窗，減少了門窗面積，采用單框雙玻門窗，將通過窗體進行的室內外熱交換降到最低，降低建筑能耗。另外，在建筑物南側可利用兩側伸出的防火墻和屋面檐口封閉墻外玻璃隔斷窗，距離墻面200mm～200mm，采用吸熱墻面和地面，形成太陽能蓄熱空間，在外墻的上下布置空氣對流百葉窗，形成陽光房的效果，達到太陽能蓄熱的目的；此方案增加投資不足萬元，但作為電熱采暖的補充手段，可明顯減少采暖用電量。還可以根據太陽能蓄熱空間及室內的溫度，自動控制空氣對流百葉窗的開啟與關閉，當室內溫度高于26℃、或太陽能蓄熱空間溫度低于室內溫度，自動關閉對流百葉窗。實現智能化利用太陽能的效果。

(4)建筑朝向：建筑的主朝向宜選擇本地區(qū)最佳朝向或接近最佳朝向，避開冬季主導風向。嚴寒、寒冷地區(qū)建筑的體形系數應小于或等于0.20，可以有效的避免冷風的侵襲。建議一般工程建筑體型系數為0.24。

(5)建筑構造：每個朝向的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不大于0.70。當窗(包括透明幕墻)墻面積比小于0.40時，玻璃(或其他透明材料)的可見光透射比不應小于0.4。夏熱冬暖地區(qū)、夏熱冬冷地區(qū)的建筑以及寒冷地區(qū)中制冷負荷大的建筑，外窗(包括透明幕墻)宜設置外部遮陽。建議一般工程窗墻面積比為0.04，可以大幅度減少冷風滲透，達到保溫節(jié)能的目的。

(6)提高建筑利用系數。建筑面積利用系數不低于0.9，提高使用面積，減少總的建筑面積。

通過以上措施，與傳統建筑相比：建筑節(jié)能比率可達到60%以上。

5.2 電纜溝設施

電纜溝采用地下預制電纜槽溝，過道路處電纜可直通，比以往常規(guī)地上電纜槽溝減少電纜長度，節(jié)約電能。

5.3 采暖設施

石英電暖氣的熱效率普遍大于0.95。控制方式采用室內溫度自動控制，溫控器采用定制方式，既按房間室內采暖設計溫度設定溫控器的啟動。空調采用分體空調，按房間室內空氣調節(jié)設計溫度設定溫控器的啟動，設定超限時報警，避免浪費能源。

5.4 空調

空調機選用直流變頻壓縮機，能根據室內外溫度實時調節(jié)壓縮機的輸出功率，空調機始終保持較高的能效比。

5.5 水工設備

水工設備的主要是采用變頻深井泵，變頻控制可以讓深井泵在用水量小的時候，降低水泵的轉速，從而消耗的電能也隨之降低。衛(wèi)生間設置感應水龍頭、感應小便沖水器、感應蹲便沖水器，根據需要供水，節(jié)約用水。

6 結論

智能變電站設計中考慮以上節(jié)能措施方案，來達到依靠科學技術、降低消，合理利用資源，提高資源利用效率，切實保護生態(tài)環(huán)境。推廣采用節(jié)能、降耗、節(jié)水、環(huán)保的先進技術設備和產品，強制淘汰消耗高、污染大、質量差的落后生產能力、工藝和產品，有利于資源節(jié)約和綜合利用，從源頭杜絕能源浪費。

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