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        對建筑電氣設計中變壓器節(jié)能問題的分析

        2021-04-01 02:28:39梁良
        工程建設與設計 2021年20期
        關鍵詞:功率因數(shù)電氣設計損耗

        梁良

        (北京珠創(chuàng)建筑設計有限公司,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濟發(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%,電氣設計人員需要高度重視變壓器的節(jié)能設計,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行選擇,并配合先進的技術手段對電氣系統(tǒng)的整體節(jié)能效果進行強化。

        2 建筑電氣設計的內涵及原則

        廣義上的建筑電氣是以建筑為平臺,利用電氣技術手段營造人性化的生活環(huán)境的應用學科;狹義上的建筑電氣則是在建筑中借助先進的科學理論與電氣技術,創(chuàng)造人性化生活環(huán)境的電氣系統(tǒng),為建筑內人們的工作、學習、生活、娛樂等提供服務,大致可以將其分為強電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)[1]。在建筑電氣設計中,應堅持以下3 個基本原則。

        2.1 功能性

        建筑電氣設計必須能夠滿足建筑的使用功能,如照明所需的照度、色溫;暖通空調要求的溫度、新風量;電梯系統(tǒng)要求的運輸能力等。

        2.2 效益性

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

        2.3 節(jié)能性

        建筑電氣節(jié)能設計的核心應放在減少能源浪費方面,要求設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,然后制定針對性的節(jié)能措施。例如,建筑電氣設計中,變壓器的功率損耗、輸電線路有功損耗等,可以借助相應的節(jié)能措施對其進行控制。

        3 建筑電氣設計中變壓器節(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,指在變壓器設備的加工制造過程中,通過新工藝、新技術、新材料的應用,降低固有損耗;

        2)動態(tài)能效,指在變壓器的運行過程中,通過相關動態(tài)參數(shù)的調整與優(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,其在運行過程中產生的電能損耗較大,是建筑電氣節(jié)能設計的關鍵環(huán)節(jié),建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設計水平會對變壓器的節(jié)能效果產生直接影響,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 設備選型

        建筑電氣設計中,設計人員需要結合電氣系統(tǒng)中用電設備的實際需求,對變壓器的型號進行選擇,在保證電能輸出穩(wěn)定的基礎上,選擇具備良好節(jié)能效果的變壓器設備。對照我國現(xiàn)行標準,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)有的變壓器設備進行分析可知,節(jié)能效果最為理想的變壓器產品是超導變壓器和非晶合金變壓器。非晶合金是一種非晶態(tài)材料,特殊的結構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,要將其應用到建筑電氣系統(tǒng)中,必須考慮經濟性,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)本研究結果可以認為,對腦卒中偏癱患者給予的基于“生活重建”作業(yè)理念的出院指導效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)康復訓練方法的出院指導,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],可廣泛應用到腦卒中患者的社區(qū)及家庭康復中。

        3.2.2 容量選擇

        設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,促進容量設計經濟性的提高。從實際操作的角度,若建筑工程電氣系統(tǒng)為三級負荷,可以只配備1 臺變壓器,若系統(tǒng)負荷達到二級或以上,需要至少配備2 臺變壓器。同時,需要結合建筑功能,做好動力負荷與生活負荷的合理區(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荷,需要分別對變壓器進行設計,若用電負荷處于關鍵節(jié)點,還必須設置專門、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濟容量,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,一般還會留出相應的安全余量來應對可能出現(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,用電負荷會在一定范圍內波動,要求設計人員能夠對變壓器的運行方式進行優(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、經濟的變壓器運行方式,減少能源損耗[4]。

        3.2.4 功率調控

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

        1)應提高自然功率因數(shù)。變壓器在空載或輕載運行工況下,無功損耗會達到約20%,對自然功率因數(shù)的影響巨大,需要設計人員結合實際情況,切實做好變壓器選型工作,適當提高自然功率因數(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建立諧波電流環(huán)流,對變壓器兩側諧波電流的耦合傳遞作用進行防范,以此達到抑制諧波的目的。不僅如此,設計人員也可以借助專門的濾波器設備避免諧波進入電氣系統(tǒng)中,同樣可以達到抑制諧波,降低變壓器損耗的目的。

        4 結語

        在建筑電氣設計中,要最大限度地提升節(jié)能效果,設計人員必須結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)、設置無功補償設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計目標順利實現(xiàn)。

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