對建筑電氣設計中變壓器節能問題的分析

梁良

（北京珠創建筑設計有限公司，北京 100022）

1 引言

在可持續發展理念的貫徹過程中，為了能夠緩解社會經濟發展與能源短缺問題之間的矛盾，需要各個行業做好節能降耗工作，作為傳統能源消耗大戶的建筑行業也不例外。在建筑工程電氣系統中，變壓器的電能損耗占據了總能耗的40%～50%，電氣設計人員需要高度重視變壓器的節能設計，從電氣系統的實際情況出發，對變壓器的容量和型號進行選擇，并配合先進的技術手段對電氣系統的整體節能效果進行強化。

2 建筑電氣設計的內涵及原則

廣義上的建筑電氣是以建筑為平臺，利用電氣技術手段營造人性化的生活環境的應用學科；狹義上的建筑電氣則是在建筑中借助先進的科學理論與電氣技術，創造人性化生活環境的電氣系統，為建筑內人們的工作、學習、生活、娛樂等提供服務，大致可以將其分為強電系統和弱電系統[1]。在建筑電氣設計中，應堅持以下3 個基本原則。

2.1 功能性

建筑電氣設計必須能夠滿足建筑的使用功能，如照明所需的照度、色溫；暖通空調要求的溫度、新風量；電梯系統要求的運輸能力等。

2.2 效益性

在對建筑電氣進行設計的過程中，需要充分考慮實際經濟效益，不能盲目選擇電氣設備，結合建筑功能需求，確定最佳電氣設計方案，在滿足建筑功能需求的同時，實現節能降耗，對運營及維護成本進行控制。

2.3 節能性

建筑電氣節能設計的核心應放在減少能源浪費方面，要求設計人員能夠找出哪些地方消耗的能源與建筑功能的發揮無關，然后制定針對性的節能措施。例如，建筑電氣設計中，變壓器的功率損耗、輸電線路有功損耗等，可以借助相應的節能措施對其進行控制。

3 建筑電氣設計中變壓器節能問題分析

3.1 變壓器節能目的

變壓器節能設計的主要目的是在保障建筑電氣系統功能，推動其正常、穩定運行的基礎上，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 個部分。

1）靜態能效，指在變壓器設備的加工制造過程中，通過新工藝、新技術、新材料的應用，降低固有損耗；

2）動態能效，指在變壓器的運行過程中，通過相關動態參數的調整與優化降低損耗。

目前，多數建筑工程電氣系統中采用是容量在2 000 kV·A以上的變壓器，電壓等級約為10 kV，其在運行過程中產生的電能損耗較大，是建筑電氣節能設計的關鍵環節，建筑電氣系統的節能設計水平會對變壓器的節能效果產生直接影響，在推動建筑行業可持續發展方面，有非常積極的作用。

3.2 變壓器節能措施

3.2.1 設備選型

建筑電氣設計中，設計人員需要結合電氣系統中用電設備的實際需求，對變壓器的型號進行選擇，在保證電能輸出穩定的基礎上，選擇具備良好節能效果的變壓器設備。對照我國現行標準，S13 以上型號的變壓器都屬于節能型變壓器，在能效等級與能效限定值等參數指標方面都能夠很好地滿足節能降耗要求。對市面上現有的變壓器設備進行分析可知，節能效果最為理想的變壓器產品是超導變壓器和非晶合金變壓器。非晶合金是一種非晶態材料，特殊的結構賦予了其突出的軟磁特性，由其制作的變壓器在運行中能夠有效減少電能損耗。對比傳統變壓器，非晶合金變壓器的空載損耗僅為20%～40%，節能效果十分明顯。但是，非晶合金變壓器成本較高，要將其應用到建筑電氣系統中，必須考慮經濟性，做好采購成本、運行成本和節能效果的全面分析，不能盲目選擇[3]。

根據本研究結果可以認為，對腦卒中偏癱患者給予的基于“生活重建”作業理念的出院指導效果明顯優于傳統康復訓練方法的出院指導，差距主要來源前者對上肢功能的改善明顯優于后者。因此基于“生活重建”作業理念給予出院指導對患者出院后的功能(尤其是上肢功能)改善更有使用價值。“生活重建”作業治療理念的提出為腦卒中患者回歸家庭和社會提供了一種新思路[19]，可廣泛應用到腦卒中患者的社區及家庭康復中。

3.2.2 容量選擇

設計人員必須對照建筑工程電氣系統的荷載等級，對變壓器的容量及數量進行選擇，在充分滿足電氣系統穩定可靠運行要求的前提下，促進容量設計經濟性的提高。從實際操作的角度，若建筑工程電氣系統為三級負荷，可以只配備1 臺變壓器，若系統負荷達到二級或以上，需要至少配備2 臺變壓器。同時，需要結合建筑功能，做好動力負荷與生活負荷的合理區分。這樣，才能最大限度地保障電氣系統的穩定可靠運行。若建筑電氣系統中存在不同計量等級的負荷，需要分別對變壓器進行設計，若用電負荷處于關鍵節點，還必須設置專門、獨立的變壓器來保證供電穩定。確定變壓器的數量后，設計人員可以借助總擁有費用（Total Owning Cost,TOC）法等計算方法計算變壓器的經濟容量，盡可能減少其空載損耗，提升節能效果。

3.2.3 運行優化

確定變壓器的類型、臺數和容量后，一般還會留出相應的安全余量來應對可能出現的安全隱患，而這種防范措施會引發變壓器容量偏大的問題。另外，建筑電氣系統運行中，用電負荷會在一定范圍內波動，要求設計人員能夠對變壓器的運行方式進行優化，避免變壓器輕載或過載而引發的電能損耗。可以依照建筑工程項目的規模和功能特點確定其對供電穩定性的實際需求，優化變壓器配置，確定科學、經濟的變壓器運行方式，減少能源損耗[4]。

3.2.4 功率調控

功率因數是引發變壓器損耗的核心因素之一，在建筑電氣設計中，要求設計人員做好變壓器功率因數的調控工作。

1）應提高自然功率因數。變壓器在空載或輕載運行工況下，無功損耗會達到約20%，對自然功率因數的影響巨大，需要設計人員結合實際情況，切實做好變壓器選型工作，適當提高自然功率因數，以改善變壓器的節能效果。

3.2.5 諧波抑制

在建筑工程電氣系統中，可以采用Dyn11 型變壓器，這種變壓器能夠在繞組內建立諧波電流環流，對變壓器兩側諧波電流的耦合傳遞作用進行防范，以此達到抑制諧波的目的。不僅如此，設計人員也可以借助專門的濾波器設備避免諧波進入電氣系統中，同樣可以達到抑制諧波，降低變壓器損耗的目的。

4 結語

在建筑電氣設計中，要最大限度地提升節能效果，設計人員必須結合建筑本身的功能需求以及電氣系統的運行特點，對變壓器進行合理選擇，確定最佳的變壓器運行方式，通過提高功率因數、設置無功補償設備以及抑制諧波的方式，盡可能減少變壓器運行中的電能損耗，提升變壓器運行節能效果，以此來確保建筑電氣設計目標順利實現。