供配電和照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)研究

邱建剛

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院機(jī)電所，新疆烏魯木齊830000)

[摘要] 隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，節(jié)能、環(huán)保已成為新時(shí)期發(fā)展的主題，而在城市電力系統(tǒng)運(yùn)行中，供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)二者的能耗相當(dāng)大，必須從不同角度入手做好節(jié)能設(shè)計(jì)工作，最大化降低供配電與照明系統(tǒng)能耗，以節(jié)約能源，促使城市健康穩(wěn)定發(fā)展。因此，多層次客觀分析了供配電和照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 供配電系統(tǒng) 照明系統(tǒng) 節(jié)能設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào) TU85;TU113.6

0引言

隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，社會(huì)大眾的生活水平大幅度提高，對(duì)電能要求及其依賴程度大幅提升，能源消耗呈現(xiàn)出上升趨勢，能源供應(yīng)壓力日漸增大。隨之，能源節(jié)約問題已成為黨和國家關(guān)注的焦點(diǎn)，出臺(tái)了一系列政策。由于配電網(wǎng)、照明設(shè)施和人類生產(chǎn)生活的各方面緊密相連，國家高度重視城市供配電與照明系統(tǒng)節(jié)能性能的提高，這也是將國家提出的節(jié)能減排理念落到實(shí)處的關(guān)鍵所在。在城市電網(wǎng)建設(shè)過程中，電力企業(yè)要根據(jù)供配電系統(tǒng)和照明系統(tǒng)的特點(diǎn)、作用、能耗等，多層次優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)，提高供配電與照明系統(tǒng)性能。

1供配電與照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)概述

設(shè)計(jì)過程中，我們必須全方位客觀分析供配電系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)性能、作用、能耗等，客觀分析地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷具體容量、分布情況、具體供電距離等，堅(jiān)持可靠性、經(jīng)濟(jì)性等設(shè)計(jì)原則，科學(xué)設(shè)計(jì)供配電以及照明系統(tǒng)設(shè)備，使其具有較好的節(jié)能效果。我們要站在客觀的角度，從不同角度人手客觀分析供配電以及照明系統(tǒng)設(shè)備各方面能耗，進(jìn)行針對(duì)性的節(jié)能設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，制訂可行的設(shè)計(jì)方案。并以技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為基點(diǎn)，以節(jié)能為中心，對(duì)比、分析制訂的設(shè)計(jì)方案，選出節(jié)能效果最好的設(shè)計(jì)方案，將采取多樣化措施，進(jìn)一步優(yōu)化選擇的設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化機(jī)電設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行形式，從根本上提高供配電以及照明系統(tǒng)節(jié)能效果。我們還需要根據(jù)供配電以及照明系統(tǒng)具體要求，科學(xué)計(jì)算各自運(yùn)行中的負(fù)荷，科學(xué)選擇應(yīng)用到電網(wǎng)的設(shè)備，在最大化降低系統(tǒng)設(shè)備能耗的基礎(chǔ)上，提高經(jīng)濟(jì)效益。在設(shè)計(jì)過程中，要客觀分析地區(qū)具體情況，制訂可行的節(jié)能供電方案‘2]。可以將地區(qū)供配電系統(tǒng)中所使用的大容量變壓器分解為多臺(tái)小容量變壓器，采用箱式變電站型式進(jìn)行供電。配電設(shè)備設(shè)施要盡量和負(fù)荷中心靠近，在降低運(yùn)行成本的基礎(chǔ)上提高節(jié)能效果。圖1為某供配電系統(tǒng)節(jié)能供電方案結(jié)構(gòu)示意圖。

2供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過程中要客觀分析負(fù)荷容量、用電設(shè)備性能等，多層次優(yōu)化設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，科學(xué)選擇應(yīng)用到供配電系統(tǒng)中的供電電壓。供配電系統(tǒng)接線要簡單化，相同電壓供電系統(tǒng)變配電級(jí)數(shù)最好不要超過兩級(jí)，設(shè)計(jì)的變配電所盡可能靠近對(duì)應(yīng)的負(fù)荷中心，在縮短配電半徑的基礎(chǔ)上，最大化降低線路損耗。如果地區(qū)供配電系統(tǒng)的變配電所較多，要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，促使變配電所處于統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系中，確保在供配電系統(tǒng)負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化中變壓器可以順利切換。此外，要采用適宜的方法，減少供配電系統(tǒng)運(yùn)行中線路阻抗，以系統(tǒng)電流密度為基點(diǎn)，動(dòng)態(tài)控制導(dǎo)線的截面，降低供配電系統(tǒng)運(yùn)行中的能源損耗率，提高能源利用率，避免系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)嚴(yán)重的能源浪費(fèi)問題。

2.2變壓器選擇

從某種角度來說，供配電系統(tǒng)電力傳輸建立在電壓轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)上，而電壓的合理化轉(zhuǎn)換離不開變壓器。變壓器作為供配電系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備，尤其是10 kV的變壓器，其運(yùn)行時(shí)間較長，有著較大的用量、較好的節(jié)能效果。在節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，要科學(xué)選擇應(yīng)用其中的變壓器，有效滿足不同季節(jié)下電網(wǎng)負(fù)荷具體的變化要求，最大化減少電網(wǎng)運(yùn)行過程中不必要的電能損耗，為提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益提供有利的保障。要根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)具體運(yùn)行情況，綜合分析變壓器運(yùn)行成本，準(zhǔn)確把握變壓器數(shù)量、容量，科學(xué)分配電網(wǎng)負(fù)荷。變壓器容量要和供電負(fù)荷吻合，確保供配電系統(tǒng)三相處于平衡狀態(tài)，最大化提高變壓器經(jīng)濟(jì)效益。具體來說，在節(jié)能設(shè)計(jì)方面，首先要分析各方面的影響因素，科學(xué)選擇變壓器，采用專用型的低能耗變壓器，確保照明設(shè)備停止運(yùn)行的情況下變壓器仍然能繼續(xù)工作。可以選擇幾臺(tái)不同類型的變壓器進(jìn)行供電，降低供配電系統(tǒng)運(yùn)行過程中的電能損耗。其次要多選擇新型節(jié)能變壓器，比如非晶合金變壓器具有多樣化的優(yōu)勢，運(yùn)行過程中的能耗特別低，運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性較高，制造工藝先進(jìn)，對(duì)輸電線路沒有較高的要求等。最為重要的是，在用電高峰階段、低谷階段，該類變壓器都可以連續(xù)節(jié)能。此外，在節(jié)能設(shè)計(jì)方面，要科學(xué)選擇變壓器連接組別，確保供配電系統(tǒng)處于平衡運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)大量的諧波。

2.3電動(dòng)機(jī)選擇

對(duì)于電動(dòng)機(jī)來說，功率因數(shù)、工作效率是其節(jié)能的關(guān)鍵點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中，要堅(jiān)持相關(guān)的節(jié)能原則，結(jié)合電動(dòng)機(jī)能耗、荷載等，準(zhǔn)確把握電動(dòng)機(jī)容量，確保供配電系統(tǒng)運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)也能處于滿載運(yùn)行狀態(tài)。要準(zhǔn)確計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定功率、功率因數(shù)，準(zhǔn)確把捏電動(dòng)機(jī)額定輸出功率、負(fù)荷功率二者關(guān)系，前者是后者的1.1倍;明確供配電系統(tǒng)負(fù)荷系數(shù)，即0.75～1并借助接地補(bǔ)償電容器，來降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的電量損耗。此外，要多角度科學(xué)設(shè)置調(diào)度頻率設(shè)備，充分發(fā)揮其多樣化作用，動(dòng)態(tài)控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度，盡可能減少運(yùn)行過程中出現(xiàn)的“空載、輕載”，降低供配電運(yùn)行過程中的電能損耗。

2.4科學(xué)提高供配電網(wǎng)功率因數(shù)

從某種意義上說，提高供配電電網(wǎng)功率因數(shù)是提高供配電系統(tǒng)節(jié)能效果的有效途徑之一。在節(jié)能設(shè)計(jì)中，要根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)具體運(yùn)行情況，多角度提高供配電網(wǎng)功率因數(shù)，有效降低供配電系統(tǒng)運(yùn)行中的電能損耗，達(dá)到節(jié)能的目的。要注重變壓器的合理化選擇，借助整流裝置，實(shí)現(xiàn)直流設(shè)備方面的供電，盡可能不要讓電焊機(jī)、電動(dòng)機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)，在一定程度上降低用電設(shè)備無功。根據(jù)具體供電設(shè)備要求，科學(xué)設(shè)置無功補(bǔ)償設(shè)備，對(duì)運(yùn)行中的供配電系統(tǒng)進(jìn)行必要的無功補(bǔ)償，有效提高供配電系統(tǒng)功率因數(shù)，促使供配電系統(tǒng)處于高效運(yùn)行中。可以合理設(shè)置靜電電容器，使其產(chǎn)生一定的無功電流，來補(bǔ)償滯后電流方面的損耗，有效提高供配電網(wǎng)的功率因數(shù)。在此過程中，要堅(jiān)持具體問題具體分析的原則，客觀分析供配電系統(tǒng)運(yùn)行中能耗方而存在的問題，選擇合理化的補(bǔ)償方式，比如集中高壓補(bǔ)償、分散低壓補(bǔ)償，有效補(bǔ)償變壓器、高壓設(shè)備無功功率。如果和供電點(diǎn)的距離較遠(yuǎn)，無功功率又比較大，可以采用就地補(bǔ)償方式;如果用電設(shè)備比較集中，可以采用成組補(bǔ)償方式等。

3照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

3.1光源選擇

照明系統(tǒng)在民用建筑中能耗相當(dāng)大。電氣設(shè)計(jì)過程中，提高照明系統(tǒng)節(jié)能性能也是不可忽視的重要方面[6]。照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方面主要包含光源的科學(xué)選擇以及控制。要根據(jù)燈具使用場所，科學(xué)選擇高效光源。高掛的燈具光源要具有較大強(qiáng)度與穿透力，比如，大功率熒光燈、高壓鈉燈;安裝位置不高的燈具，比如會(huì)議室、辦公室可以采用普通型的節(jié)能燈具，如三基色細(xì)管徑直管熒光燈等，盡可能不要應(yīng)用白熾燈。商店?duì)I業(yè)廳這類場所可以采用小功率金屬鹵化物燈、緊湊型熒光燈。如果只是一般場所，要選擇具有高效電光源的熒光燈;如果場所情況特殊，必須使用白熾燈，也要采用雙螺栓類型的白熾燈，以此來降低照明系統(tǒng)運(yùn)行過程中的能源損耗率。在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)中，要準(zhǔn)確把握新時(shí)期各類場所照明系統(tǒng)照度標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行合理化設(shè)計(jì)，確保場所設(shè)計(jì)的照明系統(tǒng)具有較好的光源。以數(shù)據(jù)中心主要場所為例，表1是其照度標(biāo)準(zhǔn)值參考表。

3.2燈具選擇

要注重?zé)艟叩氖褂茫哂休^高的光效比、反射系數(shù)、配光特性，在確保光照強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，具有較好的視覺效果。可以采用非對(duì)稱光分布燈具，來削弱工作區(qū)域的反射眩光。如果應(yīng)用的燈具具有遮光效果，必須具備一定的透光性。

3.3照明系統(tǒng)控制方式

要高度重視照明系統(tǒng)控制方式，根據(jù)照明系統(tǒng)具體情況，優(yōu)化利用節(jié)能控制方式，有效降低運(yùn)行中照明系統(tǒng)能耗。設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)建設(shè)地區(qū)實(shí)際情況，合理增設(shè)應(yīng)用其中的照明開關(guān)，動(dòng)態(tài)控制各照明開關(guān)控制的燈具數(shù)量，避免燈具數(shù)量超出規(guī)定范圍，多角度優(yōu)化利用自然光上，有效縮短點(diǎn)燈具體時(shí)間，科學(xué)分開自然采光較好以及較差的區(qū)域，降低照明系統(tǒng)能耗。如果是公共場所建筑物或者場所面積較大，要采用集中式的照明系統(tǒng)控制方式，并根據(jù)照明系統(tǒng)具體使用要求，結(jié)合自然采光具體要求，采用“分區(qū)、分組”控制方式，將場所照明系統(tǒng)能耗降到最低。如果公共場所各方面條件允許，可以將節(jié)電開關(guān)應(yīng)用其中，比如時(shí)控開關(guān)、調(diào)光設(shè)備，提高照明系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。此外，如果場所白天不需要亮燈，比如自然果光走廊，要將光電控制開關(guān)應(yīng)用其中，場所窗邊、不常去的位置要設(shè)置單獨(dú)的開關(guān)，借助動(dòng)靜感應(yīng)等控制方式，達(dá)到節(jié)能的目的。

3.4供電線路損耗率

要多層次有效降低供電線路損耗率。具體來說，在設(shè)計(jì)照明電源線路過程中，盡可能采用三相四線制配電，確保三相照明負(fù)荷處于對(duì)稱狀態(tài)，來降低系統(tǒng)能源損耗程度。根據(jù)照明系統(tǒng)安全性要求，準(zhǔn)確把握應(yīng)用其中的照明器，不能超過36 V。采用適宜的照明配線方式，來降低線損。采用損耗較低的鎮(zhèn)流器，比如電子鎮(zhèn)流器，避免供電線路運(yùn)行中出現(xiàn)不必要的損耗。此外，在降低供電線路損耗率方面，如果場所氣體放電燈較多，可以在應(yīng)用到場所中的燈具、線路內(nèi)部利用就地補(bǔ)償電容，有效提高照明系統(tǒng)功率因數(shù)。

4結(jié)語

總而言之，供配電與照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)具有鮮明的系統(tǒng)化、復(fù)雜化特征，也是節(jié)能減排方面不可忽視的關(guān)鍵點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中，要準(zhǔn)確把握供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)各自節(jié)能設(shè)計(jì)要求，從不同角度入手進(jìn)行合理化的節(jié)能設(shè)計(jì)，以此最大化降低供配電以及照明系統(tǒng)運(yùn)行中的能源損耗率，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，充分發(fā)揮供配電系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)多樣化的作用。

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