王 輝，高智濤，龐松濤，李雪雷

（河南省信息咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司，河南 鄭州 450000）

1 項(xiàng)目背景

1.1 通信機(jī)房現(xiàn)有節(jié)電技術(shù)

1.1.1 選取有節(jié)電功能的通信設(shè)備

（1）主設(shè)備節(jié)能：替換老舊設(shè)備。

（2）節(jié)能型功能：采用智能關(guān)斷。

1.1.2 在基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃時(shí)采用節(jié)能技術(shù)

1.1.2.1 小型局房

（1）電源類：高效開關(guān)電源模塊、模塊休眠、直供電改造、磷酸鐵鋰電池。

（2）空調(diào)類：智能雙循環(huán)（氟泵）、新風(fēng)、太陽能發(fā)電。

1.1.2.2 核心局房（含IT機(jī)房）

（1）電源類：高效開關(guān)電源模塊、開關(guān)電源模塊休眠、模塊化UPS智能休眠。

（2）空調(diào)類：智能雙循環(huán)（氟泵）、氣流組織優(yōu)化、新風(fēng)、云艙。

1.1.2.3 IDC機(jī)房

（1）電源類：高效UPS、高效開關(guān)電源模塊、開關(guān)電源模塊休眠、節(jié)能型變壓器、模塊化UPS智能休眠、高壓直流、市電直供。

（2）空調(diào)類：智能雙循環(huán)（氟泵）、氣流組織優(yōu)化、新風(fēng)、蒸發(fā)冷卻機(jī)組冷水機(jī)組/AHU、板換冷卻塔自然冷卻、封閉冷通道技術(shù)。

1.1.3 其他節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

選擇LED燈具、智能開啟燈具等。

在以上節(jié)電技術(shù)及方案中，重點(diǎn)推廣節(jié)能效果好、投資回收快的節(jié)能技術(shù)，選用節(jié)能型設(shè)備。

1.2 技術(shù)革新

1.2.1 其他行業(yè)案例

2019年10月，工業(yè)和信息化部發(fā)布基于電磁平衡原理、柔性電磁補(bǔ)償調(diào)節(jié)的節(jié)能保護(hù)技術(shù)應(yīng)用案例。該技術(shù)可以有效降低設(shè)備能耗，以照明設(shè)備為主體系統(tǒng)可節(jié)約15%～35%，動(dòng)力混合負(fù)載可節(jié)約6%～20%。

1.2.2 國(guó)家發(fā)布的試點(diǎn)情況

《國(guó)家工業(yè)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用指南與案例（2019）》案例試點(diǎn)：中國(guó)石油化工股份有限公司長(zhǎng)嶺分公司二污 2# 變壓器，最常用負(fù)載為 800 kW ，每年用電量為 700.8 萬千瓦時(shí)，節(jié)電率為 11.3% ，每年節(jié)電量為 79.2 萬千瓦時(shí) ，折合為標(biāo)準(zhǔn)煤 269.28 tce/a。

1.2.3 節(jié)電技術(shù)的應(yīng)用情況

基于電磁平衡原理、柔性電磁補(bǔ)償調(diào)節(jié)的節(jié)能保護(hù)技術(shù)應(yīng)用已比較成熟。但本技術(shù)在通信機(jī)房的應(yīng)用尚未開始，基于以上原因，本文深入研究小型節(jié)電器，以論證該技術(shù)在通信機(jī)房應(yīng)用的可行性。

2 節(jié)電器核心技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

電能優(yōu)化裝置采用第五代電磁平衡原理，將一組串聯(lián)并異相纏繞的電抗器和一組并聯(lián)固定式自耦調(diào)壓器組合在一個(gè)三柱型鐵芯上，通過特種鐵芯材料和特殊制造工藝有效治理多種電污染，起到穩(wěn)定供電電壓、濾除諧波、抑制浪涌、平衡三相、提高功率因數(shù)、有效保護(hù)和延長(zhǎng)用電設(shè)備壽命的功能[1]。

2.2 功能特點(diǎn)

2.2.1 提高功率因數(shù)原理

通過內(nèi)置線圈的移相與組別調(diào)整，改變感性設(shè)備的相位角使磁滯損耗最小化。有效減小電壓與電流之間的相位角，從而提高功率因數(shù)，減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動(dòng)，降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗，提高電能利用率。

2.2.2 實(shí)現(xiàn)三相平衡

以電磁平衡作為基本原理，通過裝置對(duì)于相序電感量的調(diào)節(jié)，采用磁電交換、磁勢(shì)再分配方式來減少三相電壓的不平衡度，使線電壓、線電流的不平衡度小于2%，從而使三相電壓基本平衡。

2.2.3 調(diào)節(jié)運(yùn)行電壓

節(jié)電裝置內(nèi)部配有立體卷鐵芯調(diào)壓器，能有效地調(diào)節(jié)市政供電的電壓不穩(wěn)定，使負(fù)載端用電設(shè)備達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電壓，從而保護(hù)用電設(shè)備，延長(zhǎng)使用壽命，同時(shí)降低電耗，為企業(yè)節(jié)約能源成本。

2.2.4 抑制諧波污染

節(jié)電裝置內(nèi)部并聯(lián)了諧波抑制線圈，它可以吸收市電送來的高次諧波，同時(shí)能抑制用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波。通常可濾除 60%～80% 的諧波污染。

2.2.5 抑制浪涌和瞬流實(shí)現(xiàn)節(jié)電

節(jié)電裝置采用特殊磁性材料和結(jié)線來平穩(wěn)電流或電壓的瞬間變動(dòng)，對(duì)用電設(shè)備起到了保護(hù)作用，使用電設(shè)備免受供電電壓大幅波動(dòng)的影響，確保用電設(shè)備及電子設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 電能優(yōu)化治理計(jì)劃

3.1 試點(diǎn)方案概述

針對(duì)營(yíng)業(yè)部機(jī)房電能質(zhì)量差、能源浪費(fèi)的情況，制定優(yōu)化方案、定制節(jié)電設(shè)備，對(duì)機(jī)房進(jìn)行節(jié)能試點(diǎn)試驗(yàn)，通過采集分析節(jié)電裝置安裝前后相關(guān)電能數(shù)據(jù)，分析試點(diǎn)節(jié)能效果。試點(diǎn)試驗(yàn)方案主要解決：變壓器單相過流、三相不平衡、單相電壓過高，諧波污染、零線電流超標(biāo)問題。若以上五個(gè)問題通過治理完全解決，預(yù)計(jì)可降低10%左右能耗成本。

3.2 試驗(yàn)步驟

（1）設(shè)備安裝。安裝時(shí)間：凌晨0:30～2:30，計(jì)劃時(shí)長(zhǎng)2個(gè)小時(shí)。

（2）旁路非節(jié)電狀態(tài)數(shù)據(jù)采集。節(jié)能裝置柜安裝完成后，觀察機(jī)房?jī)?nèi)電池充電情況，待充電完成后，記錄時(shí)間，在下一整點(diǎn)時(shí)，開始記錄全部用能數(shù)據(jù)。采集非節(jié)電狀態(tài)下電能消耗，時(shí)長(zhǎng)7×24小時(shí)。

（3）節(jié)電狀態(tài)數(shù)據(jù)采集。旁路非節(jié)電狀態(tài)數(shù)據(jù)采集完成后，節(jié)電裝置切換至節(jié)能狀態(tài)，開始記錄全部用能數(shù)據(jù)。采集非節(jié)電狀態(tài)下能源消耗，時(shí)長(zhǎng)7×24小時(shí)。

（4）設(shè)備拆除、恢復(fù)原電路。待節(jié)能項(xiàng)目試點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)完成后，與電源專業(yè)人員協(xié)調(diào)，制定節(jié)能裝置拆除時(shí)間，經(jīng)雙方商議后，拆除節(jié)能裝置，恢復(fù)原有線路，恢復(fù)市政供電。

（5）數(shù)據(jù)采集結(jié)果分析匯報(bào)。以上時(shí)間根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)采集情況可順延調(diào)整，最終不超過30日，數(shù)據(jù)采集完成后4個(gè)工作日內(nèi)完成試點(diǎn)情況分析報(bào)告。

3.3 節(jié)電率結(jié)果分析

3.3.1 數(shù)據(jù)來源

優(yōu)化治理試點(diǎn)試驗(yàn)主要采用以下數(shù)據(jù)：①原有計(jì)量表用電量統(tǒng)計(jì)；②遠(yuǎn)程電能質(zhì)量檢測(cè)儀檢測(cè)各種電能數(shù)據(jù)；③機(jī)房業(yè)務(wù)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)；④營(yíng)業(yè)廳上班時(shí)間情況等，作為基礎(chǔ)參考數(shù)據(jù)。

3.3.2 綜合節(jié)能裝置節(jié)電量認(rèn)定方法

根據(jù)《JB/T 10821—2008 低壓交流降壓及三相平衡系統(tǒng)節(jié)電裝置》《GB/T 25099—2010配電降壓節(jié)電裝置》，采用“四相同”驗(yàn)收法，即相同時(shí)間、相同環(huán)境、相同負(fù)荷、相同負(fù)載，與用戶共同觀察記錄電量數(shù)據(jù)相結(jié)合，以實(shí)載方法驗(yàn)收。節(jié)電率測(cè)算公式為

式中，節(jié)電設(shè)備投入運(yùn)行前X時(shí)段內(nèi)的耗電值，用W1表示；節(jié)電設(shè)備投入運(yùn)行后X時(shí)段內(nèi)的耗電值，用W2表示。

3.3.3 電能質(zhì)量分析

根據(jù)節(jié)電設(shè)備記錄的數(shù)據(jù)，對(duì)比計(jì)算電能質(zhì)量改善情況。

4 實(shí)驗(yàn)機(jī)房電能質(zhì)量現(xiàn)狀

4.1 用電基本情況

實(shí)驗(yàn)機(jī)房配備一臺(tái)50 kVA變壓器，油機(jī)一臺(tái)，采用低壓計(jì)費(fèi)。

負(fù)載功耗：測(cè)試數(shù)據(jù)約為35 kW。

負(fù)載：通信設(shè)備、機(jī)房空調(diào)、辦公空調(diào)、營(yíng)業(yè)廳辦公系統(tǒng)、水泵、照明系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集分析情況：變壓器滿載（單相過流）、單相電壓過高、三相嚴(yán)重不平衡、奇次諧波超標(biāo)、零序電流超標(biāo)、功率因數(shù)低、部分設(shè)備老化損壞嚴(yán)重（雷擊后未修復(fù)更換設(shè)備）。

4.2 各項(xiàng)指標(biāo)采集詳細(xì)情況

4.2.1 變壓器（單相）超負(fù)荷運(yùn)行

實(shí)驗(yàn)機(jī)房目前配置有50 kVA變壓器，50 kVA變壓器的額定輸出電流I＝ 50kVA÷（400V×1.732），約等于72A（注意：電力變壓器的二次電壓都是400 V，而不是380 V）。經(jīng)電能表測(cè)量得知，集中放置機(jī)房三相電流分別為A相（L1）=44A；B相（L2）=81A； C相（L3）=32A。

其中，B相電流大于變壓器標(biāo)準(zhǔn)單相電流，使得變壓器單相超負(fù)荷運(yùn)行，長(zhǎng)期處于過流狀態(tài)，變壓器超負(fù)荷運(yùn)行，變壓器溫度升高，降低電能有用功率，浪費(fèi)能耗。

4.2.2 單相電壓過高

國(guó)家對(duì)于380 V電力用戶電壓允許偏差值為額定電壓的-7%～+7%，即電壓范圍為353.4～406.6 V。220 V電力用戶的電壓允許偏差值為系統(tǒng)額定電壓的-10%～+7%，即電壓范圍為198～235.4 V。

經(jīng)檢測(cè)，機(jī)房分支電路A相電壓均值為256.64 V，最大值為271.61 V，最小值為244.15 V，遠(yuǎn)大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該線路電器長(zhǎng)期處于高壓運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)加速電氣設(shè)備絕緣老化，加劇感性設(shè)備的線損、鐵損、銅損，降低電氣設(shè)備的使用壽命，同時(shí)會(huì)增加設(shè)備的電耗、能耗，造成能源浪費(fèi)。

4.2.3 三相不平衡

經(jīng)數(shù)據(jù)檢測(cè)可知，機(jī)房分支電路三相不平衡度嚴(yán)重，不平衡率高達(dá)97.6%，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。

4.2.4 諧波畸變率過大

奇次諧波較大，諧波畸形率較高。高次諧波一部分來自市電，一部分是用電設(shè)備發(fā)出的。諧波不僅造成電能的浪費(fèi)，而且造成變壓器因渦流及損耗的加大而過熱、造成低壓電容器柜中電容器過熱，中性線電流增大等。

4.2.5 功率因數(shù)較低

近期監(jiān)測(cè)功率因數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，低于0.9門限。

4.2.6 零序電流過大

零序電流含有量一般不超過變壓器額定電流的25%，即50 kVA的零序電流一般不超過（72A×25%）=18 A。經(jīng)電能表檢測(cè)，零序電流為：32 A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于行業(yè)參考值。

零序電流過大使零線電纜發(fā)熱引起絕緣老化加速，因絕緣層被擊穿造成短路，增加了火災(zāi)隱患；零序電流在變壓器內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)降低了變壓器容量，增加變壓器損耗，使變壓器嚴(yán)重發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)可能燒毀變壓器；增加供電系統(tǒng)中設(shè)備和材料的損耗、發(fā)熱、加速絕緣老化縮短使用壽命。

4.2.7 線路及電氣元件老化嚴(yán)重

由于機(jī)房建設(shè)年代較長(zhǎng)，部分線路以及電器元件老化嚴(yán)重，甚至部分電氣組件已經(jīng)損壞，線路老化不僅存在較多的安全隱患，同時(shí)增加線路的損耗，浪費(fèi)電能。

5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

5.1 實(shí)驗(yàn)機(jī)房基本情況

機(jī)房主要設(shè)備：BBU 17臺(tái)，空調(diào)2臺(tái)（柜機(jī)），開關(guān)電源1，電池2組，水泵1臺(tái)，辦公照明設(shè)備若干。

5.2 結(jié)果分析

自3月16日起，開始記錄實(shí)驗(yàn)機(jī)房用電情況，至3月30日截止，設(shè)備安裝前共計(jì)記錄15天，3月31日安裝節(jié)點(diǎn)設(shè)備，節(jié)點(diǎn)設(shè)備安裝后，共采集15天數(shù)據(jù)。

表1 設(shè)備安裝前后機(jī)房用電情況

從結(jié)果來看，節(jié)電設(shè)備安裝前日均用電為683.79 kWh，節(jié)電設(shè)備安裝后日均用電為591.554 kWh，日均節(jié)電92.24 kWh，整體的節(jié)電效率為13.49%。

6 節(jié)電效果總結(jié)

隨著技術(shù)的不斷更新，通信電網(wǎng)能源質(zhì)量可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，將電能優(yōu)化治理作為公司運(yùn)營(yíng)的一部分。通過管理、治理節(jié)約多支出的能耗即電能，樹立優(yōu)化治理節(jié)能減排的理念。

本次節(jié)能項(xiàng)目試點(diǎn)通過提高電能利用效率和整流效率，最終使測(cè)量邊界內(nèi)的目標(biāo)設(shè)備達(dá)到13.49%的綜合節(jié)能效果，節(jié)電效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

本項(xiàng)目使用的節(jié)電器并聯(lián)連接并自帶斷路保護(hù)器，設(shè)備安全可靠，能夠有效抑制諧波，降低整體線路的熱量損失和噪聲，無須更換現(xiàn)有負(fù)載設(shè)備，施工簡(jiǎn)單易行、無須改造機(jī)房，對(duì)于老機(jī)房適用性好，節(jié)能技術(shù)兼容性好，可以與其他節(jié)能方案并行實(shí)施，具有較強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值?！?/p>