試論水利水電工程電氣節能設計

董吉青

東營弘毅工程勘察設計有限公司 山東東營 257091

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?？梢?，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?！肮澞芙岛模Ｗo生態”是一項基本國策，是實施可持續發展戰略，保障國家經濟安全、改善環境的重要措施之一。目前中國經濟社會發展，已經從高效率轉變為綠色經濟、高質量發展，節能降耗已成為各個行業追求的目標。近年來，水利工程建設管理認真貫徹習近平總書記“生態文明建設”思想和“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”治水方針，把建設“幸福河湖”作為未來河湖治理的主要方向。治水主要矛盾和治水思路發生了轉變，治水興水迎來了難得的戰略新機遇。水利工程在水安全的前提下，被賦予了更多功能，并與水生態、水環境、水景觀、水經濟相融合，滿足人們臨水、親水、觀水、樂水的需求。為建設安全河湖、生態河湖、景觀河湖、文化河湖、幸福河湖，需要大量的用電設備運用到水利工程當中，電力資源需求量也相應增加，電氣節能問題逐漸凸顯，電氣節能效益已逐漸成為衡量水利工程項目可持續性的重要指標，電氣節能設計意義重大。

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。

2 水利水電中的電氣節能設計應遵循的基本原則

2.1 在進行節能設計時，應滿足基本的功能需求

在電氣節能設計中，制定和設計方案應充分滿足工程的基本功能和要求。例如，設計人員首先要考慮電動機是否能滿足實際工作要求，然后再考慮是否能節能降耗；如果不能滿足正常工作要求，其節能功能就缺乏相應的實用價值和意義。因此，在項目設計中，必須優先考慮能否滿足基本功能和要求。

2.2 相關技術的應用應考慮低能耗和環保的需要

在電氣工程的節能設計中，既要考慮設備的節能效果，又要充分利用現代技術，達到低耗節能的目的。因此，設計人員應該對電氣工程進行全面深入的研究，分析各個環節的能耗情況，從而選擇合理的工藝控制能耗，解決具體的電耗問題。

2.3 節能設計應保證經濟性的合理性

節能設計最根本的目的之一就是有效控制和降低投資成本。因此，技術設計和方案必須是可行的，而不僅僅是為了節能；如果設計方案過于傾向于節能降耗，忽視了基本功能，就會導致更多的成本投資。

3 水利水電工程電氣節能設計要點

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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[1]。

3.4 注重長期效益，合理選擇節能設備

一方面由于節能設備設計和生產的成本較高所以價值比較昂貴，另一方面由于前瞻性不強，未對新技術、新材料和新工藝及時深入了解。目前部分機電工程為了節約成本而選擇采用傳統的節能設備，沒有研發或引進先進的節能設備，但事實上，傳統的節能設備反而會增加電能的消耗，從而增加運行成本，而先進的節能設備雖然在研發或引進時耗費較多（近年來，先進的節能設備成本也日趨降低），但工程運行期會節約大量的電能，從而節省費用。設計人員要根據工程項目的特點和需要，本著水利水電在國民生產中的作用，綜合考慮項目成本和運行成本，合理選擇節能設備。

3.5 優化設備配置

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。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。

3.6 液壓升降壩電動機節能設計

液壓升降壩電動機啟動應優先采用直接啟動，在直接啟動不能滿足電動機端電壓要求時，可以采用降壓啟動方式。液壓升降閘電動機功率為30kW，采用了JJR1000軟啟動器，這種啟動器優點是能夠平穩啟動、平穩運行，整個過程中電流的變化較小。從而降低了電流對電網的沖擊作用，使電壓能夠始終保持在恒定的范圍之內，達到電氣節能的目的。

3.7 合理提高供配電系統的功率因數

用電設備型號以及調速控制方案確定后，當自然功率因數無法達到接入電網的要求，此時就應及時進行無功功率補償。?？谟崴谜緝人秒妱訖C采用10kV線路供電，還需另配站用變壓器，以滿足其他小功率輔助設備使用，高壓側、低壓側均設置電容器無功補償裝置，有效減少線路和變壓器電能損耗[2]。

4 結語

綜上所述，作為當前工程建設的重要組成部分，水利水電的電氣節能設計顯得尤為重要。因此，電氣設計人員應承擔相應的工作責任，做好全面、充分的準備工作，然后進行電氣節能設計；同時，從安全性、穩定性和可靠性等方面，選用低能耗的設備設施，以達到設計目標降低能耗，促進經濟效益全面提高。