對建筑電氣設(shè)計中變壓器節(jié)能問題的分析

梁良

（北京珠創(chuàng)建筑設(shè)計有限公司，北京 100022）

1 引言

在可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹過程中，為了能夠緩解社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺問題之間的矛盾，需要各個行業(yè)做好節(jié)能降耗工作，作為傳統(tǒng)能源消耗大戶的建筑行業(yè)也不例外。在建筑工程電氣系統(tǒng)中，變壓器的電能損耗占據(jù)了總能耗的40%～50%，電氣設(shè)計人員需要高度重視變壓器的節(jié)能設(shè)計，從電氣系統(tǒng)的實際情況出發(fā)，對變壓器的容量和型號進(jìn)行選擇，并配合先進(jìn)的技術(shù)手段對電氣系統(tǒng)的整體節(jié)能效果進(jìn)行強(qiáng)化。

2 建筑電氣設(shè)計的內(nèi)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(shù)手段營造人性化的生活環(huán)境的應(yīng)用學(xué)科；狹義上的建筑電氣則是在建筑中借助先進(jìn)的科學(xué)理論與電氣技術(shù)，創(chuàng)造人性化生活環(huán)境的電氣系統(tǒng)，為建筑內(nèi)人們的工作、學(xué)習(xí)、生活、娛樂等提供服務(wù)，大致可以將其分為強(qiáng)電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)[1]。在建筑電氣設(shè)計中，應(yīng)堅持以下3 個基本原則。

2.1 功能性

建筑電氣設(shè)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(diào)要求的溫度、新風(fēng)量；電梯系統(tǒng)要求的運輸能力等。

2.2 效益性

在對建筑電氣進(jìn)行設(shè)計的過程中，需要充分考慮實際經(jīng)濟(jì)效益，不能盲目選擇電氣設(shè)備，結(jié)合建筑功能需求，確定最佳電氣設(shè)計方案，在滿足建筑功能需求的同時，實現(xiàn)節(jié)能降耗，對運營及維護(hù)成本進(jìn)行控制。

2.3 節(jié)能性

建筑電氣節(jié)能設(shè)計的核心應(yīng)放在減少能源浪費方面，要求設(shè)計人員能夠找出哪些地方消耗的能源與建筑功能的發(fā)揮無關(guān)，然后制定針對性的節(jié)能措施。例如，建筑電氣設(shè)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(yīng)的節(jié)能措施對其進(jìn)行控制。

3 建筑電氣設(shè)計中變壓器節(jié)能問題分析

3.1 變壓器節(jié)能目的

變壓器節(jié)能設(shè)計的主要目的是在保障建筑電氣系統(tǒng)功能，推動其正常、穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)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(tài)能效，指在變壓器設(shè)備的加工制造過程中，通過新工藝、新技術(shù)、新材料的應(yīng)用，降低固有損耗；

2）動態(tài)能效，指在變壓器的運行過程中，通過相關(guān)動態(tài)參數(shù)的調(diào)整與優(yōu)化降低損耗。

目前，多數(shù)建筑工程電氣系統(tǒng)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(chǎn)生的電能損耗較大，是建筑電氣節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計水平會對變壓器的節(jié)能效果產(chǎn)生直接影響，在推動建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面，有非常積極的作用。

3.2 變壓器節(jié)能措施

3.2.1 設(shè)備選型

建筑電氣設(shè)計中，設(shè)計人員需要結(jié)合電氣系統(tǒng)中用電設(shè)備的實際需求，對變壓器的型號進(jìn)行選擇，在保證電能輸出穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，選擇具備良好節(jié)能效果的變壓器設(shè)備。對照我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，S13 以上型號的變壓器都屬于節(jié)能型變壓器，在能效等級與能效限定值等參數(shù)指標(biāo)方面都能夠很好地滿足節(jié)能降耗要求。對市面上現(xiàn)有的變壓器設(shè)備進(jìn)行分析可知，節(jié)能效果最為理想的變壓器產(chǎn)品是超導(dǎo)變壓器和非晶合金變壓器。非晶合金是一種非晶態(tài)材料，特殊的結(jié)構(gòu)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(tǒng)變壓器，非晶合金變壓器的空載損耗僅為20%～40%，節(jié)能效果十分明顯。但是，非晶合金變壓器成本較高，要將其應(yīng)用到建筑電氣系統(tǒng)中，必須考慮經(jīng)濟(jì)性，做好采購成本、運行成本和節(jié)能效果的全面分析，不能盲目選擇[3]。

根據(jù)本研究結(jié)果可以認(rèn)為，對腦卒中偏癱患者給予的基于“生活重建”作業(yè)理念的出院指導(dǎo)效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練方法的出院指導(dǎo)，差距主要來源前者對上肢功能的改善明顯優(yōu)于后者。因此基于“生活重建”作業(yè)理念給予出院指導(dǎo)對患者出院后的功能(尤其是上肢功能)改善更有使用價值?！吧钪亟ā弊鳂I(yè)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(yīng)用到腦卒中患者的社區(qū)及家庭康復(fù)中。

3.2.2 容量選擇

設(shè)計人員必須對照建筑工程電氣系統(tǒng)的荷載等級，對變壓器的容量及數(shù)量進(jìn)行選擇，在充分滿足電氣系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行要求的前提下，促進(jìn)容量設(shè)計經(jīng)濟(jì)性的提高。從實際操作的角度，若建筑工程電氣系統(tǒng)為三級負(fù)荷，可以只配備1 臺變壓器，若系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到二級或以上，需要至少配備2 臺變壓器。同時，需要結(jié)合建筑功能，做好動力負(fù)荷與生活負(fù)荷的合理區(qū)分。這樣，才能最大限度地保障電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。若建筑電氣系統(tǒng)中存在不同計量等級的負(fù)荷，需要分別對變壓器進(jìn)行設(shè)計，若用電負(fù)荷處于關(guān)鍵節(jié)點，還必須設(shè)置專門、獨立的變壓器來保證供電穩(wěn)定。確定變壓器的數(shù)量后，設(shè)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(jīng)濟(jì)容量，盡可能減少其空載損耗，提升節(jié)能效果。

3.2.3 運行優(yōu)化

確定變壓器的類型、臺數(shù)和容量后，一般還會留出相應(yīng)的安全余量來應(yīng)對可能出現(xiàn)的安全隱患，而這種防范措施會引發(fā)變壓器容量偏大的問題。另外，建筑電氣系統(tǒng)運行中，用電負(fù)荷會在一定范圍內(nèi)波動，要求設(shè)計人員能夠?qū)ψ儔浩鞯倪\行方式進(jìn)行優(yōu)化，避免變壓器輕載或過載而引發(fā)的電能損耗?？梢砸勒战ㄖこ添椖康囊?guī)模和功能特點確定其對供電穩(wěn)定性的實際需求，優(yōu)化變壓器配置，確定科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的變壓器運行方式，減少能源損耗[4]。

3.2.4 功率調(diào)控

功率因數(shù)是引發(fā)變壓器損耗的核心因素之一，在建筑電氣設(shè)計中，要求設(shè)計人員做好變壓器功率因數(shù)的調(diào)控工作。

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

3.2.5 諧波抑制

在建筑工程電氣系統(tǒng)中，可以采用Dyn11 型變壓器，這種變壓器能夠在繞組內(nèi)建立諧波電流環(huán)流，對變壓器兩側(cè)諧波電流的耦合傳遞作用進(jìn)行防范，以此達(dá)到抑制諧波的目的。不僅如此，設(shè)計人員也可以借助專門的濾波器設(shè)備避免諧波進(jìn)入電氣系統(tǒng)中，同樣可以達(dá)到抑制諧波，降低變壓器損耗的目的。

4 結(jié)語

在建筑電氣設(shè)計中，要最大限度地提升節(jié)能效果，設(shè)計人員必須結(jié)合建筑本身的功能需求以及電氣系統(tǒng)的運行特點，對變壓器進(jìn)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(shù)、設(shè)置無功補(bǔ)償設(shè)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(jié)能效果，以此來確保建筑電氣設(shè)計目標(biāo)順利實現(xiàn)。