唐日強(qiáng) 張君義 王自鵬

（許繼變壓器有限公司，河南 許昌 461000）

建筑行業(yè)是傳統(tǒng)的能源消耗型領(lǐng)域，而變壓器不僅是建筑工程電氣系統(tǒng)中的重要組成部分，同時(shí)也是產(chǎn)生能源損耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其在輸配電系統(tǒng)中的電能損耗在總損耗量的占比能夠達(dá)到40%～50%左右。所以必須采取有效的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，根據(jù)建筑電氣系統(tǒng)的實(shí)際情況，合理選擇節(jié)能型變壓器設(shè)備和容量，并通過優(yōu)化變壓器的運(yùn)行方式、無功補(bǔ)償以及抑制諧波等方式來減少變壓器對電力能源的損耗，提高建筑電氣系統(tǒng)的整體節(jié)能效果。

1 概述建筑工程電氣系統(tǒng)中的變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑工程電氣系統(tǒng)變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)的主要目的是在保證電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上降低變壓器的損耗。通常變壓器能效包括靜態(tài)能效以及動(dòng)態(tài)能效兩部分。其中靜態(tài)能效主要是變壓器設(shè)備在加工制造過程中通過新技術(shù)工藝和新材料的應(yīng)用來使其固有損耗降低。而動(dòng)態(tài)能效則主要指的是變壓器設(shè)備運(yùn)行中受相關(guān)動(dòng)態(tài)參數(shù)因素的影響而產(chǎn)生的損耗[1]。目前在大多數(shù)建筑工程電氣系統(tǒng)末端中廣泛使用了容量較大的變壓器（2 000 kVA容量級以上），電壓等級10 kV的變壓器設(shè)備，此類變壓器設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的電能損耗，因此是建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。而變壓器的節(jié)能效果也將直接關(guān)系到建筑工程整體電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)水平，對建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展也具有十分重要的意義。

2 建筑工程電氣系統(tǒng)中的變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)分析

2.1 節(jié)能型變壓器設(shè)備的合理選擇

在建筑電氣設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首先要根據(jù)電氣系統(tǒng)內(nèi)所有用電設(shè)備的實(shí)際需要來選擇變壓器的型號，以保證電能輸出的質(zhì)量和穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上要盡量選擇節(jié)能效果比較好的變壓器設(shè)備。根據(jù)我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，S13以上型的變壓器系列設(shè)備為節(jié)能型產(chǎn)品，其能效等級和能效限定值等指標(biāo)參數(shù)均能夠達(dá)到節(jié)能要求。在各種節(jié)能變壓器設(shè)備中，超導(dǎo)變壓器以及非晶合金型設(shè)備是目前節(jié)能效果比較理想的變壓器產(chǎn)品。所謂非晶合金也就是高溫鋼水在極短時(shí)間內(nèi)迅速降溫后，其原子在急速固化作用下而產(chǎn)生的無序排列，從而形成了非晶態(tài)合金材料，這種材料由于結(jié)構(gòu)特殊，因此其軟磁特性十分突出，而利用非晶合金材料生產(chǎn)的變壓器設(shè)備能夠有效減少對電能的損耗[2]。與傳統(tǒng)變壓器相比，非晶合金變壓器的空載損耗能夠降低60%～80%左右，節(jié)能效果十分明顯。不過由于非晶合金設(shè)備的生產(chǎn)成本較高，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中必須充分考慮其價(jià)格因素和經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合分析其在全壽命周期的購置成本、運(yùn)行成本以及節(jié)能效果等因素，并結(jié)合建筑工程的具體情況來合理選擇相應(yīng)的變壓器設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。

2.2 變壓器容量的合理選擇

設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑工程中電氣系統(tǒng)的實(shí)際荷載以及等級來合理選擇變壓器設(shè)備的臺(tái)數(shù)和容量，并在保證滿足所有用電負(fù)載正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提高容量設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，如果建筑工程的電氣系統(tǒng)主要為三級負(fù)荷時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以只配置1臺(tái)變壓器設(shè)備；如果建筑電氣系統(tǒng)的負(fù)荷達(dá)到了2級以上時(shí)，則應(yīng)配置2臺(tái)以上的變壓器設(shè)備[3]。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還要根據(jù)建筑功能來合理區(qū)分生活區(qū)負(fù)荷以及動(dòng)力負(fù)荷，以確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性。如果建筑電氣系統(tǒng)中存在不同計(jì)量等級負(fù)荷時(shí)，則應(yīng)分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的變壓器設(shè)備。此外，當(dāng)用電內(nèi)負(fù)荷需要遠(yuǎn)距離輸電或者負(fù)荷為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)時(shí)，設(shè)計(jì)人員則應(yīng)采取專門設(shè)置具有一定獨(dú)立性的變壓器設(shè)備的方式來確保其供電的穩(wěn)定性。當(dāng)變壓器臺(tái)數(shù)確定后，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)通過TOC等先進(jìn)的算法來對變壓器設(shè)備的具體經(jīng)濟(jì)容量進(jìn)行計(jì)算分析，從而減少變壓器的空載損耗，實(shí)現(xiàn)變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。

2.3 優(yōu)化變壓器的運(yùn)行方式

通常在建筑電氣設(shè)計(jì)中為了保證電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全會(huì)在變壓器容量選擇中留出安全余量，這使得在變壓器普遍存在容量偏大的情況。同時(shí)建筑電氣系統(tǒng)的用電會(huì)存在峰谷波動(dòng)的現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)中要優(yōu)化變壓器的運(yùn)行方式，防止變壓器由于輕載以及過載而造成電能的損耗。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑工程規(guī)模的不同、功能的不同以及對供電穩(wěn)定性要求的不同來合理配置建筑電氣系統(tǒng)的變壓器設(shè)備，通過設(shè)計(jì)其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式來達(dá)到降低減少損耗的目的。

2.4 變壓器功率因素的合理控制

造成變壓器損耗的一個(gè)重要影響因素就是功率因素，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取有效提高功率因數(shù)措施來實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。

2.4.1 自然功率因素提高的有效方式

當(dāng)變壓器設(shè)備在輕載以及空載條件下運(yùn)行時(shí)，其無功達(dá)到了約20%，嚴(yán)重影響了自然功率系數(shù)，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來提高變壓器設(shè)備選型的合理性，從而通過自然功率因數(shù)的提高來減少變壓器的損耗，從而改善其節(jié)能效果。

2.4.2 設(shè)置無功補(bǔ)償設(shè)備

同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可以通過無功補(bǔ)償方式來提高功率因數(shù)，提高變壓器的節(jié)能效果。目前比較常用的無功補(bǔ)償方式主要包括就地補(bǔ)償、集中補(bǔ)償以及分散補(bǔ)償?shù)确绞絒4]。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，對于與變壓器相距較近且比較集中需要進(jìn)行大容量無功補(bǔ)償?shù)模O(shè)計(jì)人員可以通過在前端變電所的低壓或高壓母線上設(shè)置補(bǔ)償裝置的方式來進(jìn)行集中補(bǔ)償。對于與變電所相距較遠(yuǎn)且分散部分的用電負(fù)荷則可以采用在終端設(shè)置補(bǔ)償裝置的方式來進(jìn)行分散補(bǔ)償。而對于無功補(bǔ)償比較穩(wěn)定且容量較大的用電負(fù)荷，設(shè)計(jì)人員應(yīng)采取并聯(lián)補(bǔ)償裝置的方式來進(jìn)行就地補(bǔ)償，以提高節(jié)能的效果。

2.5 抑制變壓器諧波的設(shè)計(jì)方法

建筑電氣系統(tǒng)中的變壓器損耗還會(huì)受到系統(tǒng)諧波問題的嚴(yán)重影響，因此設(shè)計(jì)人員可以通過抑制諧波的方式來使變壓器損耗降低。目前在建筑工程的節(jié)能設(shè)計(jì)中主要采取被動(dòng)治理以及受端治理這兩種方式來抑制諧波，以達(dá)到變壓器節(jié)能的目的。對于受諧波影響明顯的變壓器設(shè)備可以采取受端治理措施來增強(qiáng)其諧波抗干擾能力。目前在建筑工程電氣系統(tǒng)中可以通過采用Dyn11方式來作為變壓器連接組別。由于Dyn11接線形式可以使諧波電流在其繞組內(nèi)部形成環(huán)流，這樣就能夠有效防止變壓器兩側(cè)諧波電流產(chǎn)生耦合傳遞作用，實(shí)現(xiàn)了抑制諧波的目的。不過在設(shè)計(jì)中采用這種繞組接線方式時(shí)必須注意其在抑制諧波產(chǎn)生的同時(shí)會(huì)增加變壓器的諧波功率，因此需要采取相應(yīng)的耐高溫措施。此外，設(shè)計(jì)人員也可以采用濾波器設(shè)備防止諧波進(jìn)入電流系統(tǒng)，這樣也可以起到抑制諧波、降低變壓器損耗的效果。

3 結(jié)語

為了有效提高建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況以及電氣系統(tǒng)運(yùn)行的具體要求來合理選擇變壓器設(shè)備的型號以及容量，并結(jié)合建筑功能特點(diǎn)來合理設(shè)計(jì)變壓器設(shè)備的運(yùn)行方式。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還可以通過提高功率因素以及采用無功補(bǔ)償裝置等方式來減少變壓器的電力能源損耗。此外，對于變壓器所產(chǎn)生的諧波問題也可以根據(jù)情況采取被動(dòng)和受端治理等方式來減少能耗，從而達(dá)到建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。