李秋陽(yáng)

(青海柴達(dá)木職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 德令哈 817099)

電力系統(tǒng)設(shè)備和線纜損耗是能耗的重要組成部分，校園電網(wǎng)線路及電力設(shè)備的節(jié)電提效具有極大的改造潛力，通過(guò)校園電網(wǎng)的節(jié)能降耗工程，可更好地節(jié)約電力資源。

1 校園電力系統(tǒng)規(guī)劃的一般方法與原則

安排合適的電網(wǎng)電壓。通過(guò)合理的電路潮流計(jì)算，建立環(huán)網(wǎng)線路環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)，在不改變電能質(zhì)量和諧波要求的基礎(chǔ)上提高部分運(yùn)行電壓。電網(wǎng)的有功損耗與運(yùn)行電壓的平方相關(guān)，因此提高電網(wǎng)運(yùn)行電壓可提高電網(wǎng)的節(jié)電效率。

選擇節(jié)能且能耗等級(jí)高的變壓器。變壓器的無(wú)功損耗和空載損耗是電網(wǎng)電力損耗的重要因素，因此選用能耗等級(jí)高且節(jié)能的變壓器產(chǎn)品可以大幅度改善電力系統(tǒng)的電能損耗，為后期電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化改造提供設(shè)備準(zhǔn)備。應(yīng)合理安排變壓器容量，選擇容量使用率60%～70%，以降低能耗。

實(shí)時(shí)進(jìn)行線路運(yùn)行監(jiān)控，防止出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。由專人巡查電纜運(yùn)行情況，快速處置線路受損、斷裂、腐蝕和松動(dòng)等問(wèn)題，降低因接觸點(diǎn)電阻提高而引起的電力耗散，保障各種絕緣子的合理穩(wěn)定使用，定期清掃變壓器、斷路器及絕緣瓷件等。

使用新設(shè)備、新工藝、新規(guī)劃，改善電能效益。為應(yīng)對(duì)校園用電負(fù)荷的日益增長(zhǎng)，應(yīng)安置新的供電線纜，合理增加變壓器。

校園配電網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)劃原則是可靠、安全。電力系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：在學(xué)校內(nèi)部建立電力系統(tǒng)，在負(fù)荷中心區(qū)建立開閉站，實(shí)現(xiàn)單體樓群控制。變電站到開閉站需要使用電纜線路，所有的外漏線路要進(jìn)行入地改造。為了杜絕線纜入地后帶來(lái)的輻射外溢，滿足工作維護(hù)需求，要在校園建立地下纜線管道網(wǎng)，依托隧道、綜合管廊、溝道、管井等，將地下線纜網(wǎng)格化。

校園能源監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)旨在對(duì)校園的行政辦公樓、實(shí)訓(xùn)車間、學(xué)生住宿、實(shí)訓(xùn)基地等教學(xué)建筑開展教學(xué)能耗數(shù)據(jù)收集及用電設(shè)備監(jiān)控管理。將教學(xué)場(chǎng)地和設(shè)施的電能使用數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到電能監(jiān)控室，開展計(jì)算和解析，指示或下載各種參數(shù)的歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)，管理員也可以統(tǒng)一對(duì)平臺(tái)設(shè)備進(jìn)行分時(shí)分段管理。

電力網(wǎng)絡(luò)覆蓋了校園內(nèi)的每一棟大樓。校園節(jié)能監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)可借原有的電力線傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)需增加額外線路改造成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種耗能設(shè)備的能耗管理、設(shè)備監(jiān)控、節(jié)能分析、分項(xiàng)計(jì)量等。

建立分層用電模型。滿足學(xué)校各種場(chǎng)合的應(yīng)用，實(shí)時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)，可以保存和提供歷史數(shù)據(jù)，支持逐時(shí)、逐日、逐月、逐季、逐年的自由查找，實(shí)現(xiàn)樓宇、院系用能趨勢(shì)分析和用能指標(biāo)分析，實(shí)現(xiàn)電路故障分析，按照區(qū)域、分類、分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)各類能耗數(shù)據(jù)，對(duì)周期(日、周、月、年)能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 2020年1月-2021年4月學(xué)院教學(xué)用電統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistical chart of teaching power consumption of the college from January, 2020 to April, 2021

2 電力系統(tǒng)規(guī)劃研究方法

2.1 模糊規(guī)劃

該數(shù)學(xué)模型清晰簡(jiǎn)潔，易于掌握，對(duì)多因素、多層次的復(fù)雜問(wèn)題具有良好的評(píng)價(jià)效果。模糊評(píng)價(jià)模型不僅可以根據(jù)綜合得分對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序，還可以根據(jù)模糊評(píng)價(jià)集上的值，按照最大隸屬度原則對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果包含豐富的信息。評(píng)估是成對(duì)進(jìn)行的，它對(duì)被評(píng)估對(duì)象具有唯一的評(píng)估值，且不受被評(píng)估對(duì)象的對(duì)象集影響，更接近人們的思維習(xí)慣和描述方法，更適合于社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)問(wèn)題的評(píng)價(jià)。

該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以處理不確定的隨機(jī)性問(wèn)題，為設(shè)計(jì)規(guī)劃中的多個(gè)因素提供了一個(gè)比較適中的解決方案，能夠避免設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)的不確定情況及因表達(dá)引起的歧義。該算法簡(jiǎn)單，可以借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行。其缺點(diǎn)是模糊優(yōu)化需要其他模糊算子，當(dāng)引入其他模糊因數(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)將變得曲線化，極大降低了計(jì)算效率。模糊規(guī)劃方法是目前電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中研究最充分的方法。

2.2 灰色理論

灰色關(guān)聯(lián)分析的實(shí)質(zhì)是利用各方案與最優(yōu)方案之間的關(guān)聯(lián)度對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行比較和排序。關(guān)聯(lián)度越大，比較序列與參考序列之間的變化趨勢(shì)越一致；相反，變化趨勢(shì)是相反的，以得到評(píng)價(jià)結(jié)果。它是一種能有效評(píng)估具有大量未知信息的系統(tǒng)模型，是定性分析與定量分析相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)模型。該模型較好地解決了評(píng)價(jià)指標(biāo)難以準(zhǔn)確量化和計(jì)數(shù)的問(wèn)題，消除了人為因素的影響，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確。整個(gè)計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單易懂，便于掌握；數(shù)據(jù)無(wú)需歸一化，可直接用原始數(shù)據(jù)計(jì)算，可靠性強(qiáng)；評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可根據(jù)具體情況增減，不需要大量的樣本，只需要有代表性的少量樣本。

2.3 動(dòng)態(tài)規(guī)劃

動(dòng)態(tài)規(guī)劃是按照一定次序分成互相聯(lián)系的子階段，其中的關(guān)鍵是互相聯(lián)系。如果是獨(dú)立的子問(wèn)題，即分治法，分而治之。動(dòng)態(tài)規(guī)劃是將一個(gè)大問(wèn)題化成一組互相聯(lián)系、同類型的子問(wèn)題，因?yàn)槭峭愋?，所以在逐個(gè)解決子問(wèn)題時(shí)就可以利用相同的決策，更容易地解決問(wèn)題。互相聯(lián)系利用前面已經(jīng)解決的子問(wèn)題的最優(yōu)化結(jié)果來(lái)依次進(jìn)行計(jì)算接下來(lái)的子問(wèn)題，當(dāng)最后一個(gè)子問(wèn)題得到最優(yōu)解時(shí)，就是整個(gè)問(wèn)題的最優(yōu)解。

3 校園用電需求分析

校園的負(fù)載運(yùn)算主要包括需求系數(shù)法，該方法簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)單元中應(yīng)用廣泛。當(dāng)用電系統(tǒng)中設(shè)備數(shù)量繁多且各設(shè)備功率基本相同時(shí)，則適合用需求系數(shù)法進(jìn)行核算。校園電力設(shè)計(jì)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為65 W/m2，學(xué)院中電力設(shè)備需要系數(shù)為0.5～0.7。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行選定，需要系數(shù)為0.6，則計(jì)算負(fù)荷計(jì)算式如下：計(jì)算負(fù)荷(PJ)=建筑面積×用電指標(biāo)：計(jì)算負(fù)荷(PJ)=200 000×65×50%=6 500 kW。用電設(shè)備同時(shí)系數(shù)：計(jì)算負(fù)荷小于10 000 kW為0.8～0.9，計(jì)算負(fù)荷為5 000～10 000 kW為0.85，計(jì)算負(fù)荷大于10 000 kW為0.8。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，學(xué)院整體用電量(計(jì)算負(fù)荷)為8 500 kW，學(xué)院電力系統(tǒng)用電設(shè)備的同時(shí)系數(shù)為0.85。按照供電部門要求，各用電單位的電力功率因數(shù)要低于0.9，各變電站10 kV進(jìn)線上需要設(shè)置功率補(bǔ)償設(shè)備。

實(shí)際負(fù)荷測(cè)算如下：實(shí)際負(fù)荷=計(jì)算負(fù)荷×需用系數(shù)×同期系數(shù)×功率因數(shù)(取0.9)=8 500×0.5×0.85/0.9=3 541 kVA；取變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系數(shù)為0.6，變壓器的同時(shí)系數(shù)選擇為0.9。變壓器總?cè)萘咳缦拢号潆娮儔浩骺側(cè)萘?實(shí)際負(fù)荷×同期系數(shù)/變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系數(shù)=4 013×0.9/0.6=6 019.5 kVA。

4 變壓器及線路優(yōu)化設(shè)置

容量選擇。利用現(xiàn)有3個(gè)配電室，合計(jì)容量4 230 kVA。為滿足學(xué)院今后生源增加用電量上升，且考慮假期期間變壓器超低負(fù)荷運(yùn)行的情況，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上在學(xué)生公寓處1#配電室增加1臺(tái)600～800 kVA變壓器；在2#配電室、3#配電室位置分別增加一臺(tái)400～500 kVA變壓器。形成季節(jié)性用電區(qū)域，在放假時(shí)啟動(dòng)較容量變壓器即可。目前使用的變壓器均為SCB10系列型號(hào)，后期加裝及更換時(shí)宜選用SCB13系列型號(hào)，可降低空載損耗20%，在很大程度上節(jié)約了電能費(fèi)用。負(fù)載損耗初始值、噪音、能效等級(jí)也將從三級(jí)能效提升為一級(jí)能效。

現(xiàn)有的配電方式主要以樹干式為主。應(yīng)改造為環(huán)網(wǎng)式線路，為重要負(fù)荷提供兩個(gè)電源，故障容易查找且維護(hù)時(shí)可以做到不停電，有效保障了用電安全和可靠度，節(jié)約了資金。

電力電纜路由和敷設(shè)方式規(guī)劃中，要對(duì)電纜路由進(jìn)行系統(tǒng)改造。目前，學(xué)院地下電纜均為直埋敷設(shè)。施工過(guò)程中應(yīng)考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和供電范圍，預(yù)設(shè)電纜容量，同時(shí)埋設(shè)銅芯和改裝電纜，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)增加電纜半徑。未來(lái)5年內(nèi)，實(shí)訓(xùn)中心要根據(jù)單個(gè)實(shí)訓(xùn)室和總體用電指標(biāo)計(jì)算，施工深度達(dá)到冰凍層以下，跨過(guò)校內(nèi)公路和人行通道時(shí)必須用鋼管保護(hù)。

5 校園節(jié)能改造措施

一是將普通照明燈具更換為L(zhǎng)ED節(jié)能燈。LED燈為節(jié)能健康照明，既環(huán)保又節(jié)約。LED與原有燈相比，具有低耗能、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，節(jié)電率可達(dá)65%以上，是目前建筑照明的首選光源，它的安裝與使用既達(dá)到了節(jié)能與環(huán)保這一目標(biāo)，還能起到對(duì)節(jié)約用電的宣傳性、示范性和教育性，發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益。目前，綜合教學(xué)樓、各教學(xué)實(shí)訓(xùn)樓及學(xué)生公寓常用燈具有9 000余盞，平均每盞照明功率為28 W，如更換為L(zhǎng)ED節(jié)能燈，平均每盞功率為16 W，大致將節(jié)約42.86%的照明耗電。建議學(xué)院將綜合教學(xué)樓、各教學(xué)實(shí)訓(xùn)樓及學(xué)生公寓常用燈具全部更換為L(zhǎng)ED節(jié)能燈，節(jié)電效果明顯。

二是燃?xì)忮仩t的循環(huán)水泵改造。循環(huán)水泵采取超常規(guī)節(jié)電技術(shù)改造，原系統(tǒng)均為3臺(tái)55 kW水泵，采取二用一備的運(yùn)行方式。經(jīng)重新計(jì)算選型，換成2臺(tái)75 kW水泵和2臺(tái)45 kW水泵，均采取一用一備運(yùn)行方式，將會(huì)獲得明顯的節(jié)電效果，在保證供暖質(zhì)量的前提下節(jié)約天然氣15%以上。最終期望實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能測(cè)控管理，系統(tǒng)運(yùn)行可根據(jù)當(dāng)日當(dāng)時(shí)室外氣溫、鍋爐出水溫度、典型用戶室溫等與系統(tǒng)運(yùn)行有關(guān)的各種參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使供暖運(yùn)行管理更方便、更及時(shí)、更科學(xué)，綜合節(jié)電效率達(dá)到30%以上。

三是合理控制教室閑時(shí)用電數(shù)量。學(xué)校教室集中在綜合教學(xué)樓內(nèi)，主要耗電時(shí)間為夜晚。大部分高職教室的書桌使用率不足10%，所以對(duì)不同時(shí)間段內(nèi)的上自習(xí)人數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后，得出夜間上自習(xí)人員的平均數(shù)量，從而每天開放部分教室或集中于圖書館進(jìn)行自習(xí)，保證書桌使用率在50%以上，從而節(jié)省綜合教學(xué)樓內(nèi)耗電量。

四是調(diào)整操場(chǎng)的球場(chǎng)燈?，F(xiàn)有燈具亮度及顯色指數(shù)均不足，建議將LED照明燈更換為節(jié)能型金鹵燈。

五是更換智慧性電量統(tǒng)計(jì)方案，精確統(tǒng)計(jì)各個(gè)用電區(qū)域的電力消耗情況。學(xué)生公寓的主要耗電設(shè)備是照明系統(tǒng)、電腦、數(shù)碼產(chǎn)品。圖書館耗電設(shè)備為空調(diào)系統(tǒng)、電子閱覽室、照明系統(tǒng)等。實(shí)驗(yàn)樓耗電設(shè)備為照明設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、電腦及動(dòng)力系統(tǒng)。教學(xué)樓耗電設(shè)備為多媒體授課系統(tǒng)設(shè)備、照明系統(tǒng)燈管等。辦公樓耗電設(shè)備為照明系統(tǒng)，電腦、打印機(jī)等辦公設(shè)備。計(jì)量選用智能開關(guān)、插座，可實(shí)時(shí)讀取連接設(shè)備的耗電信息，如教室、圖書館中空調(diào)和照明燈的小時(shí)及日用電量。監(jiān)控獲取的耗電信息數(shù)據(jù)則通過(guò)監(jiān)控大屏包括手機(jī)端進(jìn)行顯示，進(jìn)行可視化查看。預(yù)警是針對(duì)設(shè)備設(shè)定閾值范圍，超出限額會(huì)發(fā)送警報(bào)，不僅保障總電量使用平穩(wěn)也有助于資源節(jié)能。決策是根據(jù)電能監(jiān)管顯示、設(shè)備聯(lián)網(wǎng)率查看、層級(jí)管控、區(qū)域?qū)Ρ?、往期歷史數(shù)據(jù)分析等進(jìn)行可視化管控電能資源，掌握主動(dòng)性，科學(xué)預(yù)判，進(jìn)行決策。

6 結(jié)語(yǔ)

高職教育需要建立大量的高耗電實(shí)訓(xùn)車間和設(shè)備，這對(duì)校園電網(wǎng)的容量和設(shè)計(jì)提出了更高的要求。除了合理設(shè)計(jì)優(yōu)化現(xiàn)有的電力線纜外，還需建設(shè)高水平的智能管理系統(tǒng)，加強(qiáng)電源管理隊(duì)伍建設(shè)。同時(shí)，新能源電力的發(fā)展也為校園電力系統(tǒng)的改造提供了新思路。應(yīng)提高供電中心的管理水平和技術(shù)水平，促進(jìn)教學(xué)改革，以適應(yīng)高職教育的發(fā)展。