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        對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)中變壓器節(jié)能問題的分析

        2021-04-01 02:28:39梁良
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2021年20期
        關(guān)鍵詞:功率因數(shù)電氣設(shè)計(jì)損耗

        梁良

        (北京珠創(chuàng)建筑設(shè)計(jì)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源短缺問題之間的矛盾,需要各個(gè)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(jì)人員需要高度重視變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì),從電氣系統(tǒng)的實(shí)際情況出發(fā),對(duì)變壓器的容量和型號(hào)進(jìn)行選擇,并配合先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)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(jì)的內(nèi)涵及原則

        廣義上的建筑電氣是以建筑為平臺(tái),利用電氣技術(shù)手段營(yíng)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(jì)中,應(yīng)堅(jiān)持以下3 個(gè)基本原則。

        2.1 功能性

        建筑電氣設(shè)計(jì)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(yùn)輸能力等。

        2.2 效益性

        在對(duì)建筑電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中,需要充分考慮實(shí)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(jì)方案,在滿足建筑功能需求的同時(shí),實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗,對(duì)運(yùn)營(yíng)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(jì)的核心應(yīng)放在減少能源浪費(fèi)方面,要求設(shè)計(jì)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(duì)性的節(jié)能措施。例如,建筑電氣設(shè)計(jì)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(duì)其進(jìn)行控制。

        3 建筑電氣設(shè)計(jì)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(jì)的主要目的是在保障建筑電氣系統(tǒng)功能,推動(dòng)其正常、穩(wěn)定運(yùn)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(gè)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(dòng)態(tài)能效,指在變壓器的運(yùn)行過程中,通過相關(guān)動(dòng)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(jí)約為10 kV,其在運(yùn)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(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)水平會(huì)對(duì)變壓器的節(jié)能效果產(chǎn)生直接影響,在推動(dòng)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(jì)中,設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合電氣系統(tǒng)中用電設(shè)備的實(shí)際需求,對(duì)變壓器的型號(hào)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(duì)照我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn),S13 以上型號(hào)的變壓器都屬于節(jié)能型變壓器,在能效等級(jí)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(duì)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(yùn)行中能夠有效減少電能損耗。對(duì)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(yùn)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(duì)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(duì)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(duì)患者出院后的功能(尤其是上肢功能)改善更有使用價(jià)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(huì)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(jì)人員必須對(duì)照建筑工程電氣系統(tǒng)的荷載等級(jí),對(duì)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(yùn)行要求的前提下,促進(jìn)容量設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性的提高。從實(shí)際操作的角度,若建筑工程電氣系統(tǒng)為三級(jí)負(fù)荷,可以只配備1 臺(tái)變壓器,若系統(tǒng)負(fù)荷達(dá)到二級(jí)或以上,需要至少配備2 臺(tái)變壓器。同時(shí),需要結(jié)合建筑功能,做好動(dòng)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(yùn)行。若建筑電氣系統(tǒng)中存在不同計(jì)量等級(jí)的負(fù)荷,需要分別對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì),若用電負(fù)荷處于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),還必須設(shè)置專門、獨(dú)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(jì)人員可以借助總擁有費(fèi)用(Total Owning Cost,TOC)法等計(jì)算方法計(jì)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(yùn)行優(yōu)化

        確定變壓器的類型、臺(tái)數(shù)和容量后,一般還會(huì)留出相應(yīng)的安全余量來應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的安全隱患,而這種防范措施會(huì)引發(fā)變壓器容量偏大的問題。另外,建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行中,用電負(fù)荷會(huì)在一定范圍內(nèi)波動(dòng),要求設(shè)計(jì)人員能夠?qū)ψ儔浩鞯倪\(yùn)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?xiàng)目的規(guī)模和功能特點(diǎn)確定其對(duì)供電穩(wěn)定性的實(shí)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(yùn)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(jì)中,要求設(shè)計(jì)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(yùn)行工況下,無功損耗會(huì)達(dá)到約20%,對(duì)自然功率因數(shù)的影響巨大,需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際情況,切實(shí)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(duì)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(jì)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(jì)中,要最大限度地提升節(jié)能效果,設(shè)計(jì)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(yùn)行特點(diǎn),對(duì)變壓器進(jìn)行合理選擇,確定最佳的變壓器運(yùn)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(yùn)行中的電能損耗,提升變壓器運(yùn)行節(jié)能效果,以此來確保建筑電氣設(shè)計(jì)目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。

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