初探水利水电工程中的电气节能设计
杨菊
【摘 要】低碳经济理念的发展，使得水电、风电、光伏发电等一系列清洁可再生能源得到了普及，水利水电工程的数量不断增加。做好水利水电工程的电气节能设计，对于提升工程的运行效果意义重大，同时也能够更好地迎合节能降耗的客观要求。论文从水利水电工程电气节能设计的意义出发，对其有效措施进行了分析和探讨。
【Abstract】The development of the low carbon economy has made a series of clean and renewable energy sources have been popularized， such as hydropower， wind power， photovoltaic power generation， etc.， and the number of water conservancy and hydropower projects has been increasing. Electrical energy saving design of water conservancy and hydropower projects is of great significance for improving the operation effect of the project， and it can better meet the objective requirements of energy conservation and consumption reduction. Starting from the significance of electrical energy saving design of water conservancy and hydropower projects， this paper analyzes and discusses the effective measures.
【关键词】水利水电工程；电气节能；设计
【Keywords】water conservancy and hydropower projects； electrical energy saving； design
【中图分类号】TV5 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0160-02
1 引言
在经济发展的带动下，社会对于能源的需求不断增大，能源供需矛盾越发突出。在这种情况下，我国的经济发展开始从注重速度向着可持续发展以及绿色经济的层面转变，节能降耗成了一个普遍性问题。在水利水电工程中，做好电气节能设计，能够有效减少电气设备在运行环节的能耗，为可持续发展的推进提供良好的保障。
2 水利水电工程电气节能设计的意义
我国具备丰富的水利资源，为发展水利水电工程提供了优秀的基础条件，尤其是在社会对于电力需求不断增长的背景下，作为一种清洁可再生的能源，水电得到了前所未有的发展，水利水电工程的数量也在持续增加。在新时期，节能减排是经济建设的首要任务，而在政府部门提出的“十二五”规划中，也明确指出，应该大力推进节能减排改造，将绿色环保工程作为发展的核心所在。从电气设备本身的运行分析，如果其长时间处于满负荷或者超负荷状态，很容易出现各种各样的故障和问题，引发相应的风险事故，在这种情况下，就要求做好水利水电工程的节能降耗工作。通过对最新的电气节能技术的应用，可以改进水利水电工程中存在的问题，在保证安全的同时，弱化风险隐患，将用电环节产生的能耗降到最低。因此，无论是利用电气节能技术进行既有工程的改造，還是开展新工程的建设，都能够取得良好的节能效果[1]。
3 水利水电工程电气节能设计的措施
3.1 变压器选型
在输变电环节，变压器是最为核心的设备，同时也是能耗大户。相关统计数据表明，变压器损耗占据了系统总发电量的10%，降损潜力巨大。为了更好地推动《中华人民共和国节约能源法》的实施，国家标准管理委员会于2006年颁布了《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》的相关标准，对变压器选型进行了简要说明，以期提升变压器运行的稳定性和可靠性，降低其在运行过程中的能源消耗。从变压器损耗类型分析，可以分为两种，一是空载损耗，主要由变压器设备本身的铁芯材质和内部结构决定；二是负载损耗，通常取决于导体的截面以及线圈的材质。在技术发展的带动下，变压器的结构越发合理 ，使用的材料也在不断改进，节能型变压器逐渐在市场中崭露头角，能够非常有效地降低变压器的运行能耗，以非晶合金铁芯变压器为例，其空载损耗仅为常规变压器的1/5。就目前而言，应用最为广泛的节能变压器是S11系列变压器，与之前的S9系列相比，负载损耗基本相同，但是空载损耗降低了75%以上，与常规变压器相比，具有自重小、噪音低、效率高、抗冲击等优点，节能效果显著。因此，在水利水电工程电气节能设计中，应该优先选择节能型变压器[2]。
3.2 系统方案设计
在对供配电系统进行设计时，需要考虑用电负荷的分布状况及负荷等级，以确保系统能够保证最佳的运行状态，尽可能减少运行环节的能源消耗，实现节能减排的预期目标。在对供配电方案进行设计时，需要关注几个方面的问题：一是必须保证系统结构简单，稳定性好，同一电压等级供电系统的变配电级数以一级或者两级为最佳，避免变配电级数过多导致电能损耗增大的问题；二是必须确保供电电压合理，在其他条件相同的情况下，电压越高则损耗越小，考虑到水利水电工程的装机容量较大，应该优先选择高压电机来减少启动电流对于电网的冲击；三是应该将变电所设置在负荷中心附近，对配网进行合理布局，确保低压供电的半径不超过200m，减少线损，提升供电质量；四是应该从负荷情况出发，对变压器的容量和数量进行明确，保证变压器的接线可以满足负荷变化的要求，在进行变压器投切时，不仅需要满足基本的性能需求，还应该关注其运行的经济性，减少不必要的损耗；五是应该适当提高系统功率因数，在必要的情况下，可以进行无功补偿，以此来减少变压器和线路引发的损耗[3]。
3.3 辅助控制系统设计
在水利水电工程电气节能设计中，辅助控制系统包括了公用设备控制系统、通风空调控制系统、闸门启闭控制系统以及机组辅助系统等，系统主要的可控制对象是电动机。为了能够在保证电动机稳定可靠运行的前提下，降低其在运行过程中的能耗，需要做好设备选型沟通，并对控制系统进行优化设计。可以根据电动机的实际运行工况，对其启动方式进行合理选择：在公用设备控制系统和记住辅助系统中，可以采用软启动器启动，其他系统可以选择软启动器启动，也可以选择变频器启动。通过这样的方式，能够对电动机的启动特性进行改善，有效降低启动过程中的瞬时电流，在保证电网稳定安全运行的同时，也可以有效满足水利水电工程节能降耗的需求。
3.4 照明节能设计
光源的选择是照明节能设计的关键所在，具体来讲，可以根据不同工作场所的需求，选择不同的光源，实现节能降耗，同时不能影响照明的质量[4]。具体来讲，照明节能设计的措施包括以下几点：
①自然光的利用：在进行电气节能设计时，应该加强与土建工程等的相互配合，实现对于自然光的充分利用，通过自然光与人工光源的相互配合，达到良好的节能效果。
②高效光源的选择：在对照明高效光源进行选择时，应该以发光效率高、启动方便、使用寿命长、性价比高等为基本原则，根据不同的场所选择不同的光源。例如，在室内操作间，可以选择荧光灯；在科研部门，可以选择高压钠灯；在机械车间，可以选择高频无极荧光灯。参考《建筑照明设计标准》的相关要求，在对高效光源进行选择时，还需要关注几个方面的内容：一是如果安装高度较低，可以选择光效良好、显色性强的荧光灯，而且如果没有特殊要求，应该选择标准的直管荧光灯，便于进行更换；二是在灯具安装高度较高的场所，如果环境对于显色性有着较高的要求，可以选择陶瓷金卤灯；如果没有特殊的显色要求，则可以选择中显色高压钠灯；三是在安装高度较高，同时维护不便的场所，优先选择高频无极荧光灯，这种灯具的光效高，显色性好，而且使用寿命较长。
③绿色环保照明：在照明节能设计中，不仅强调节能，还应该关注绿色环保，避免灯光对于生产生活的影响。因此，在水利水电工程照明设计中，需要在关注基本照明需求的同时，考虑照明效果，确保设计能够切实满足不同场所对于照度、色温等的不同需求[5]。
4 结语
在水利水电工程中，电气节能设计非常重要，关系着节能降耗的顺利实现。对于设计人员而言，应该从工程的实际情况出发，做好电气设计方案的选择，从可靠性、安全性、经济性以及节能性等方面进行综合考虑，尽可能减少不必要的电能损耗，实现节能的预期目标，推动水利水电工程的稳定健康发展。
【参考文献】
【1】王丽花.水利工程电气节能设计问题与思考[J].中外企业家，2013（11）：223.
【2】刘俊青，唐演.浅议水利水电工程电气节能设计[J].水能经济，2015（23）：25.
【3】蓝雪梅.浅议水利水电工程电气节能设计[J].通讯世界，2015（23）：195-196.
【4】何克拉.关于水利水电工程电气节能设计的应用分析[J].水能经济，2016（5）：31-32.
【5】李樹国.水利水电工程电气节能设计研究[J].科技经济导刊，2016（8）：65.
【摘 要】低碳经济理念的发展，使得水电、风电、光伏发电等一系列清洁可再生能源得到了普及，水利水电工程的数量不断增加。做好水利水电工程的电气节能设计，对于提升工程的运行效果意义重大，同时也能够更好地迎合节能降耗的客观要求。论文从水利水电工程电气节能设计的意义出发，对其有效措施进行了分析和探讨。
【Abstract】The development of the low carbon economy has made a series of clean and renewable energy sources have been popularized， such as hydropower， wind power， photovoltaic power generation， etc.， and the number of water conservancy and hydropower projects has been increasing. Electrical energy saving design of water conservancy and hydropower projects is of great significance for improving the operation effect of the project， and it can better meet the objective requirements of energy conservation and consumption reduction. Starting from the significance of electrical energy saving design of water conservancy and hydropower projects， this paper analyzes and discusses the effective measures.
【关键词】水利水电工程；电气节能；设计
【Keywords】water conservancy and hydropower projects； electrical energy saving； design
【中图分类号】TV5 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）07-0160-02
1 引言
在经济发展的带动下，社会对于能源的需求不断增大，能源供需矛盾越发突出。在这种情况下，我国的经济发展开始从注重速度向着可持续发展以及绿色经济的层面转变，节能降耗成了一个普遍性问题。在水利水电工程中，做好电气节能设计，能够有效减少电气设备在运行环节的能耗，为可持续发展的推进提供良好的保障。
2 水利水电工程电气节能设计的意义
我国具备丰富的水利资源，为发展水利水电工程提供了优秀的基础条件，尤其是在社会对于电力需求不断增长的背景下，作为一种清洁可再生的能源，水电得到了前所未有的发展，水利水电工程的数量也在持续增加。在新时期，节能减排是经济建设的首要任务，而在政府部门提出的“十二五”规划中，也明确指出，应该大力推进节能减排改造，将绿色环保工程作为发展的核心所在。从电气设备本身的运行分析，如果其长时间处于满负荷或者超负荷状态，很容易出现各种各样的故障和问题，引发相应的风险事故，在这种情况下，就要求做好水利水电工程的节能降耗工作。通过对最新的电气节能技术的应用，可以改进水利水电工程中存在的问题，在保证安全的同时，弱化风险隐患，将用电环节产生的能耗降到最低。因此，无论是利用电气节能技术进行既有工程的改造，還是开展新工程的建设，都能够取得良好的节能效果[1]。
3 水利水电工程电气节能设计的措施
3.1 变压器选型
在输变电环节，变压器是最为核心的设备，同时也是能耗大户。相关统计数据表明，变压器损耗占据了系统总发电量的10%，降损潜力巨大。为了更好地推动《中华人民共和国节约能源法》的实施，国家标准管理委员会于2006年颁布了《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》的相关标准，对变压器选型进行了简要说明，以期提升变压器运行的稳定性和可靠性，降低其在运行过程中的能源消耗。从变压器损耗类型分析，可以分为两种，一是空载损耗，主要由变压器设备本身的铁芯材质和内部结构决定；二是负载损耗，通常取决于导体的截面以及线圈的材质。在技术发展的带动下，变压器的结构越发合理 ，使用的材料也在不断改进，节能型变压器逐渐在市场中崭露头角，能够非常有效地降低变压器的运行能耗，以非晶合金铁芯变压器为例，其空载损耗仅为常规变压器的1/5。就目前而言，应用最为广泛的节能变压器是S11系列变压器，与之前的S9系列相比，负载损耗基本相同，但是空载损耗降低了75%以上，与常规变压器相比，具有自重小、噪音低、效率高、抗冲击等优点，节能效果显著。因此，在水利水电工程电气节能设计中，应该优先选择节能型变压器[2]。
3.2 系统方案设计
在对供配电系统进行设计时，需要考虑用电负荷的分布状况及负荷等级，以确保系统能够保证最佳的运行状态，尽可能减少运行环节的能源消耗，实现节能减排的预期目标。在对供配电方案进行设计时，需要关注几个方面的问题：一是必须保证系统结构简单，稳定性好，同一电压等级供电系统的变配电级数以一级或者两级为最佳，避免变配电级数过多导致电能损耗增大的问题；二是必须确保供电电压合理，在其他条件相同的情况下，电压越高则损耗越小，考虑到水利水电工程的装机容量较大，应该优先选择高压电机来减少启动电流对于电网的冲击；三是应该将变电所设置在负荷中心附近，对配网进行合理布局，确保低压供电的半径不超过200m，减少线损，提升供电质量；四是应该从负荷情况出发，对变压器的容量和数量进行明确，保证变压器的接线可以满足负荷变化的要求，在进行变压器投切时，不仅需要满足基本的性能需求，还应该关注其运行的经济性，减少不必要的损耗；五是应该适当提高系统功率因数，在必要的情况下，可以进行无功补偿，以此来减少变压器和线路引发的损耗[3]。
3.3 辅助控制系统设计
在水利水电工程电气节能设计中，辅助控制系统包括了公用设备控制系统、通风空调控制系统、闸门启闭控制系统以及机组辅助系统等，系统主要的可控制对象是电动机。为了能够在保证电动机稳定可靠运行的前提下，降低其在运行过程中的能耗，需要做好设备选型沟通，并对控制系统进行优化设计。可以根据电动机的实际运行工况，对其启动方式进行合理选择：在公用设备控制系统和记住辅助系统中，可以采用软启动器启动，其他系统可以选择软启动器启动，也可以选择变频器启动。通过这样的方式，能够对电动机的启动特性进行改善，有效降低启动过程中的瞬时电流，在保证电网稳定安全运行的同时，也可以有效满足水利水电工程节能降耗的需求。
3.4 照明节能设计
光源的选择是照明节能设计的关键所在，具体来讲，可以根据不同工作场所的需求，选择不同的光源，实现节能降耗，同时不能影响照明的质量[4]。具体来讲，照明节能设计的措施包括以下几点：
①自然光的利用：在进行电气节能设计时，应该加强与土建工程等的相互配合，实现对于自然光的充分利用，通过自然光与人工光源的相互配合，达到良好的节能效果。
②高效光源的选择：在对照明高效光源进行选择时，应该以发光效率高、启动方便、使用寿命长、性价比高等为基本原则，根据不同的场所选择不同的光源。例如，在室内操作间，可以选择荧光灯；在科研部门，可以选择高压钠灯；在机械车间，可以选择高频无极荧光灯。参考《建筑照明设计标准》的相关要求，在对高效光源进行选择时，还需要关注几个方面的内容：一是如果安装高度较低，可以选择光效良好、显色性强的荧光灯，而且如果没有特殊要求，应该选择标准的直管荧光灯，便于进行更换；二是在灯具安装高度较高的场所，如果环境对于显色性有着较高的要求，可以选择陶瓷金卤灯；如果没有特殊的显色要求，则可以选择中显色高压钠灯；三是在安装高度较高，同时维护不便的场所，优先选择高频无极荧光灯，这种灯具的光效高，显色性好，而且使用寿命较长。
③绿色环保照明：在照明节能设计中，不仅强调节能，还应该关注绿色环保，避免灯光对于生产生活的影响。因此，在水利水电工程照明设计中，需要在关注基本照明需求的同时，考虑照明效果，确保设计能够切实满足不同场所对于照度、色温等的不同需求[5]。
4 结语
在水利水电工程中，电气节能设计非常重要，关系着节能降耗的顺利实现。对于设计人员而言，应该从工程的实际情况出发，做好电气设计方案的选择，从可靠性、安全性、经济性以及节能性等方面进行综合考虑，尽可能减少不必要的电能损耗，实现节能的预期目标，推动水利水电工程的稳定健康发展。
【参考文献】
【1】王丽花.水利工程电气节能设计问题与思考[J].中外企业家，2013（11）：223.
【2】刘俊青，唐演.浅议水利水电工程电气节能设计[J].水能经济，2015（23）：25.
【3】蓝雪梅.浅议水利水电工程电气节能设计[J].通讯世界，2015（23）：195-196.
【4】何克拉.关于水利水电工程电气节能设计的应用分析[J].水能经济，2016（5）：31-32.
【5】李樹国.水利水电工程电气节能设计研究[J].科技经济导刊，2016（8）：65.
