智能變電站設(shè)計(jì)節(jié)能措施方案研究

馮 星，張 蕓

(陜西省電力設(shè)計(jì)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(shè)完成，我國(guó)電網(wǎng)已初步形成了西電東送、南北互供、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的格局，電網(wǎng)發(fā)展滯后的矛盾得到較大緩解。

在大規(guī)模的電網(wǎng)建設(shè)中，采用新技術(shù)、新設(shè)備等措施后，電網(wǎng)輸送能力將大大提高。同時(shí)，可以進(jìn)一步改善和提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，確保電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

2 優(yōu)化選擇經(jīng)濟(jì)、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(xiàn)在電能轉(zhuǎn)換過(guò)程中空載損耗、負(fù)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(guò)合理選擇變壓器的型式和選擇低損耗變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在提變壓器的技術(shù)參數(shù)時(shí)，要求采用高導(dǎo)磁率的硅鋼片，嚴(yán)格要求廠家按目前國(guó)內(nèi)能夠制造的最小空載損耗和負(fù)載損耗的參數(shù)來(lái)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(fēng)機(jī)的變壓器，可以有效的節(jié)約風(fēng)機(jī)損耗。

2.2 站用變?nèi)萘考半娎|的選擇

按變電站的實(shí)際用電負(fù)荷并考慮同時(shí)率計(jì)算站用變的負(fù)荷，據(jù)此合理選擇站用變的容量和臺(tái)數(shù)。

根據(jù)站用變壓器選擇電纜，經(jīng)計(jì)算得知，采用4根3×185+1×95mm2的電纜即可滿足站用電實(shí)際負(fù)荷要求，按照“N+1”的原則，站用變進(jìn)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(yùn)行。

2.3 選擇低損耗站用變壓器

對(duì)于站用變屬于經(jīng)常運(yùn)行設(shè)備，其空載損耗及負(fù)載損耗對(duì)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(guó)已能生產(chǎn)電壓10kV、容量50kVA～2500kVA、空載損耗34W～700W之間、負(fù)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(chǎng)上出售的非晶態(tài)合金鐵心變壓器有兩個(gè)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(jià)格高30%～40%，增加了一次性設(shè)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(yùn)行成本比普通變壓器低約20%，全壽命周期運(yùn)行成本低。

國(guó)內(nèi)非晶合金變壓器制造技術(shù)已成熟，可在變電站中廣泛推廣應(yīng)用。

3 變電站內(nèi)智能化、節(jié)能型照明的應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)照明控制系統(tǒng)智能化的主要目的有兩個(gè)：一是可以提高照明系統(tǒng)的控制和管理水平，減少照明系統(tǒng)的維護(hù)成本；二是可以節(jié)約能源，減少照明系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本。

3.1 節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)

節(jié)能型智能照明控制系統(tǒng)由控制中心(包括控制設(shè)備、服務(wù)器、大屏幕投影顯示設(shè)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(tǒng)等組成。它可對(duì)發(fā)射功率允許半徑內(nèi)的照明設(shè)施無(wú)條件進(jìn)行遙控開(kāi)關(guān)燈、控制路燈降功率，或根據(jù)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)規(guī)律及照度門(mén)限自動(dòng)遙控開(kāi)關(guān)燈、遙訊設(shè)備狀態(tài)、遙測(cè)電流、電壓、電度功率，以及根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置自動(dòng)或人工控制進(jìn)入降功率節(jié)能運(yùn)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(tǒng)采用“調(diào)光模塊”，通過(guò)燈光的調(diào)光在不同使用場(chǎng)合產(chǎn)生不同燈光效果。通過(guò)一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可對(duì)整個(gè)大樓的照明實(shí)現(xiàn)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(kāi)支，同時(shí)還降低了用戶(hù)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，比傳統(tǒng)照明控制節(jié)電20%以上。另外，在智能照明系統(tǒng)中，可通過(guò)系統(tǒng)人為地設(shè)置電壓限制，避免或降低電網(wǎng)電壓以及浪涌電壓對(duì)燈具的沖擊，從而起到保護(hù)燈具、延長(zhǎng)燈具使用壽命的作用。

在工程設(shè)計(jì)中，針對(duì)控制對(duì)象的不同(即各功能區(qū)域的照明具有不同的特點(diǎn)) ，智能照明控制系統(tǒng)可以采取不同的回路控制方式。對(duì)變電站里功能要求不高、人員出入少的區(qū)域，可采用簡(jiǎn)單回路控制；對(duì)站外配電裝置部分、道路、各保護(hù)小室等公用部位，不僅要實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單回路的控制，還須對(duì)局部回路實(shí)現(xiàn)照明的自動(dòng)通斷控制。這種控制方式須在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中加入動(dòng)、靜探測(cè)器和智能探頭等電氣元件，通過(guò)每個(gè)調(diào)光模塊、控制面板和動(dòng)靜探測(cè)器實(shí)現(xiàn)在各種狀態(tài)下對(duì)各區(qū)域正常工作狀態(tài)的照明燈具的自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。

采用智能切換模式的照明系統(tǒng)，除了有大大降低照明負(fù)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(shì)。通過(guò)合理的網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)可以大大縮短照明分支線路的電纜長(zhǎng)度，減少控制電纜的數(shù)量，從而減少布線工程量，降低火災(zāi)隱患，便于維護(hù)。

4 其它節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)方案

4.1 導(dǎo)體選擇

導(dǎo)線截面選擇過(guò)大，則導(dǎo)致導(dǎo)線投資顯著增加，并且增大有色金屬耗量及其在制造過(guò)程中的耗能量；導(dǎo)線截面選擇過(guò)小，則導(dǎo)致運(yùn)行中的電能和電壓損失加大，使電能的傳輸質(zhì)量和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性變差。

另外，在變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中優(yōu)化金具設(shè)計(jì)，使其表面場(chǎng)強(qiáng)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(xiàn)有變電站廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)電纜防火材料雖然初次投資成本低，但施工過(guò)程中沒(méi)有具體的耐火性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，施工工藝隨意，防火性能難以保證，沒(méi)有對(duì)防煙氣密性、水密性提出具體要求，無(wú)法解決復(fù)雜工況。

新型電纜防火材料具有防煙氣密性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境溫度變化有很強(qiáng)的適應(yīng)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(hù)作用、水密性、可擴(kuò)展性、施工方便等功能，滿足國(guó)網(wǎng)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(tǒng)材料成本高40%左右，但是新型防火材料壽命周期長(zhǎng)，可達(dá)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(yuǎn)大于傳統(tǒng)防火材料，因此全壽命周期成本要低于傳統(tǒng)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(nèi)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(lián)合建筑，變壓器防火墻不適合采用復(fù)合墻體構(gòu)造，因此采用加厚砌塊墻體的措施，達(dá)到保溫、防火、隔熱的綜合效果。做墻體內(nèi)保溫，會(huì)使主體結(jié)構(gòu)受溫差作用產(chǎn)生較大內(nèi)力，構(gòu)造上很難阻斷冷(熱)橋，導(dǎo)致降低結(jié)構(gòu)使用壽命。因此從有利于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面來(lái)說(shuō)，外保溫隔熱具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)中首選外保溫隔熱。保溫材料采用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(yīng)用，其保溫效果可以提高80%。

(3) 合理配置外窗面積和太陽(yáng)能蓄熱智能化利用。無(wú)人值班變電站設(shè)計(jì)中建筑部分減少了大部分常規(guī)的門(mén)窗，減少了門(mén)窗面積，采用單框雙玻門(mén)窗，將通過(guò)窗體進(jìn)行的室內(nèi)外熱交換降到最低，降低建筑能耗。另外，在建筑物南側(cè)可利用兩側(cè)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(yáng)能蓄熱空間，在外墻的上下布置空氣對(duì)流百葉窗，形成陽(yáng)光房的效果，達(dá)到太陽(yáng)能蓄熱的目的；此方案增加投資不足萬(wàn)元，但作為電熱采暖的補(bǔ)充手段，可明顯減少采暖用電量。還可以根據(jù)太陽(yáng)能蓄熱空間及室內(nèi)的溫度，自動(dòng)控制空氣對(duì)流百葉窗的開(kāi)啟與關(guān)閉，當(dāng)室內(nèi)溫度高于26℃、或太陽(yáng)能蓄熱空間溫度低于室內(nèi)溫度，自動(dòng)關(guān)閉對(duì)流百葉窗。實(shí)現(xiàn)智能化利用太陽(yáng)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(kāi)冬季主導(dǎo)風(fēng)向。嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)建筑的體形系數(shù)應(yīng)小于或等于0.20，可以有效的避免冷風(fēng)的侵襲。建議一般工程建筑體型系數(shù)為0.24。

(5)建筑構(gòu)造：每個(gè)朝向的窗(包括透明幕墻)墻面積比均不大于0.70。當(dāng)窗(包括透明幕墻)墻面積比小于0.40時(shí)，玻璃(或其他透明材料)的可見(jiàn)光透射比不應(yīng)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(fù)荷大的建筑，外窗(包括透明幕墻)宜設(shè)置外部遮陽(yáng)。建議一般工程窗墻面積比為0.04，可以大幅度減少冷風(fēng)滲透，達(dá)到保溫節(jié)能的目的。

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

通過(guò)以上措施，與傳統(tǒng)建筑相比：建筑節(jié)能比率可達(dá)到60%以上。

5.2 電纜溝設(shè)施

電纜溝采用地下預(yù)制電纜槽溝，過(guò)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(zhǎng)度，節(jié)約電能。

5.3 采暖設(shè)施

石英電暖氣的熱效率普遍大于0.95。控制方式采用室內(nèi)溫度自動(dòng)控制，溫控器采用定制方式，既按房間室內(nèi)采暖設(shè)計(jì)溫度設(shè)定溫控器的啟動(dòng)?？照{(diào)采用分體空調(diào)，按房間室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)溫度設(shè)定溫控器的啟動(dòng)，設(shè)定超限時(shí)報(bào)警，避免浪費(fèi)能源。

5.4 空調(diào)

空調(diào)機(jī)選用直流變頻壓縮機(jī)，能根據(jù)室內(nèi)外溫度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的輸出功率，空調(diào)機(jī)始終保持較高的能效比。

5.5 水工設(shè)備

水工設(shè)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(shí)候，降低水泵的轉(zhuǎn)速，從而消耗的電能也隨之降低。衛(wèi)生間設(shè)置感應(yīng)水龍頭、感應(yīng)小便沖水器、感應(yīng)蹲便沖水器，根據(jù)需要供水，節(jié)約用水。

6 結(jié)論

智能變電站設(shè)計(jì)中考慮以上節(jié)能措施方案，來(lái)達(dá)到依靠科學(xué)技術(shù)、降低消，合理利用資源，提高資源利用效率，切實(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。推廣采用節(jié)能、降耗、節(jié)水、環(huán)保的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備和產(chǎn)品，強(qiáng)制淘汰消耗高、污染大、質(zhì)量差的落后生產(chǎn)能力、工藝和產(chǎn)品，有利于資源節(jié)約和綜合利用，從源頭杜絕能源浪費(fèi)。

[1]西北電力設(shè)計(jì)院．電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)[K]．北京：中國(guó)電力出版社，2005．

[2]劉振亞．國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì)110(66)～500kV變電站分冊(cè)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2011．

[3]國(guó)家電網(wǎng)公司．智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2009．

[4]國(guó)家電網(wǎng)公司．國(guó)家電網(wǎng)公司2011年新建變電站設(shè)計(jì)補(bǔ)充規(guī)定[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2011．

[5]何光宇．智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2010．

[6]劉振亞．國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程通用造價(jià)[M]．2010版．北京：中國(guó)電力出版社，2011．