水利水电工程电气节能方案与实现途径分析

杨天煜

摘  要：我国社会经济的快速发展使得电力需求大幅上升，受南北地区发展差异的影响，电力供应不平衡问题日益严重。为了更好地满足电力资源的有效利用，同时响应低碳环保的发展政策，文章立足于目前某水利水电工程电气使用存在的问题，从供配电系统、变压器、照明系统等方面具体分析水利水电工程电气节能实现途径。

关键词：水利水电工程;电气节能;方案设计

中图分类号：TV222 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）21-0144-02

Abstract： The rapid development of social economy in China has led to a sharp increase in power demand. Affected by the development differences between the north and the south， the imbalance of power supply is becoming more and more serious. In order to better meet the effective utilization of power resources and respond to the development policy of low-carbon environmental protection， this paper is based on the problems existing in the electrical use of a water conservancy and hydropower project at present. The realization ways of electrical energy saving in water conservancy and hydropower projects are analyzed from the aspects of power supply and distribution system， transformer， lighting system and so on.

Keywords： water conservancy and hydropower engineering; electrical energy saving; scheme design

社会的快速发展加大了对各类资源、能源的需求，由此使得社会范围内的资源和能源供给问题日益突出。快速发展的经济和资源、能源应用的不平衡引起了广泛重视，社会经济发展也逐渐从追求速度转变到追求绿色的可持续发展。基于这样的发展要求水利水电工程在发展建设的过程中需要采取一种低碳环保的电气使用节能方式，从而确保水利水电工程的发展更加符合可持续发展的原则。

1 水利水电工程电气节能设计基本原则

在水利水电工程节能设计工作中要严格遵循以下几个方面的原则：第一，环保原则。水利水电工程的节能设计需要满足环境保护的基本要求。第二， 功能要求。在进行水利水电工程节能设计的过程中还需要充分考虑整个房屋建筑的功能需求，不能因为盲目追求节能效果而影响整个水利水电工程的正常功能。第三，合理性。水利水电工程节能设计的本质目的是节省经济成本，为此，在实际的设计操作中需要将节能环保的施工方案贯彻工程施工全过程。

2 水利水电工程电气节能设计的基本意义分析

我国拥有丰富的水利资源，这些丰沛的水利资源为水利水电工程的发展建设创设了良好的基础条件，特别是在社会发展对电力需求不断增长的背景下， 水利资源作为一种清洁、可再生资源，得到了巨大的发展。随着社会的进步发展，水利水电工程的发展建设数量也在不断增加，在低碳环保发展的背景下节能减排成为整个社会经济建设的重要任务。同时，在政府部门提出的十二五发展规划中，也明确的提出在新的历史时期需要积极推进节能减排的改造措施，将绿色环保施工理念作为整个工程发展建设的核心内容。从电气设备的运行发展实际情况来看，如果电气设备处于长时间的负荷运行状态就会出现各种类型的故障问题，并相继的引发一系列风险事故。这样的情况下在水利水电工程发展建设过程中需要做好相应的节能降耗工作。在水利水电工程施工过程中通过使用最新的電气节能技术形式能够改进整个水利水电工程施工现存问题，在确保整个工程施工质量的情况下减少工程施工建设风险和施工建设能源消耗。

3 工程概述

某水利水电站工程是在灌溉渠道上建设的一个水电站，设计发电量为每秒87立方米，水头设计长度为10.5米，装机总容量为8MW。长期以来，该水电站的平均发电量为每小时4247万千瓦，年用电5311小时。

4 该水利水电工程电气节能存在的问题

4.1 电气节能制度不完善

制度是约束和规范水利水电工程电气节能发展的重要关键，也能够为水电站电气节能设计提供必要参考。但是从发展实际情况来看，本文所研究的水利水电工程电气设计缺乏相关制度的规范，特别是电气设计十分不规范，使得电力资源的使用不符合节能环保的要求。

4.2 节能产品研发落后

本文所研究的水利水电工程电气节能研发设计产品滞后，突出表现为电气节能产品研发人员缺乏节能意识，且产品的研发缺乏先进技术、资金和人员的支持，创新能力较差。

4.3 设计人员缺乏节能意识

电气节能设计人员普遍缺乏节能环保意识，在进行电气技能设计的时候将关注的重点放在水利水电工程施工效益的获得上，没有对电气是否节能予以足够的重视，最终导致电气节能设计不充分。

5 该水利水电工程电气节能优化设计方案

5.1 科学设计节能变压器的参数

变压器在水利水电工程输配电耗能中占据较大的比例，总体耗能较大。为此，水利水电工程的节能设计需要科学设计和优化变压器的参数。根据本文所研究水利水电工程在电网中的位置、装机容量、装机台数和技术研究比较选择在工程应用高性价比的发电机-变压器单元接线方案和单母线接线电气主接线方案，在电气节能设计的过程中优先选择国家推荐的损耗较低的电力电压器产品，由此在整个工程电气发展中降低了电能损耗。不仅如此，在变压器生产工艺和制造水平的不断提升下，变压器的性能参数也得到了改善。在整个水利水电工程中，人们开始选择应用低能耗的10系列变压器，并在满足水電站用电需求和最大负荷要求的基础上优化变压器的运行方式。在技术的发展支持下变压器的结构也变得更加合理，使用的材料也不断改善，节能变压器成为一种流行的应用型号。现阶段，应用最为广泛的变压器型号是S11变压器，和之前的S9型号变压器相比，负载荷载损耗基本相同，但是空载损耗基本上降低了75%左右。且这个型号的变压器和以往型号的变压器相比具备自身重量小、噪音低、使用效率高的良好效果。

5.2 制定出科学合理的供配电系统计划

在水利水电工程电气节能设计中要尽可能的选择简单、安全、可靠的供配电系统，科学设定供电电压等级和电压损耗。同时，要尽可能在负荷中心设置变电室，在用电负荷周围设置电压不高的配电室，为配电室提供合理的供电网络，严格控制低压控制点的半径，尽可能降低控制在190m以内，目的是在供配电操作的时候减少对线路电压的损耗。另外，根据负荷的实际情况还需要进一步明确变压设备的总体数量和总体容量，之后在遵循经济适用原则的基础上灵活的投切变压设备，确保所有变压设备都处于稳定的运行状态。在明确变压设备的数量之后还需要科学选择和使用电缆、导线截面，由此降低供配电的能源损耗。

5.3 投入节能变压器

在水利工程建设的过程中需要相关人员强化对节能变压器的推广，借助节能变压器来使得整个工程发展建设达到节能减排的目标。在变压器的实际工作中可以发现，空载损耗出现的原因是铁损。在交变磁力的作用下，经过铁芯的时候会产生磁带和涡流现象， 由此引发损耗。通过使用节能变压器，铁芯的主要材料是非晶合金，三相五柱式两行矩形是铁芯的主要排列方式，周围柱子在零序磁通的作用下不会从箱体通过，因此不会产生损耗和变形的现象。

5.4 采取措施降低照明系统的损耗

结合水利水电工程电站设置对照明的基本需求，在工程内部一般会选择应用国家规定的新型高效节能灯具，应用这种节能灯具替代白炽光灯具。另外，根据《水力发电厂照明设计规范》的基本要求，除了需要在对视觉效果要求高、颜色识别程度较高的地区使用白炽灯之外，水利水电工程其他场所都需要尽可能地应用高效节能的照明光源产品。

水利水电工程采用高效光源的方式主要包含以下两种：第一，充分利用自然光。自然光是一种清洁高效，可以无限供应的光源，为此，在水利水电工程发展的过程中要尽可能的提升自然光利用率。比如可以将自然光应用到水电工程电器节能设计中，借助自然光减少对原来室内照明设备的使用，节省能耗。第二，选择效率高、照明质量较强的照明灯。水利水电工程是一项长期性、复杂性、系统性的工程，涉及各个设备控制室、生产车间。这些车间都需要使用照明设备，为了达到节能要求需要在设备控制室、灯具安装位置较低的位置使用荧光灯;在车间、灯具维修保护不方便的场所使用高频率无极荧光灯。

5.5 打造科学合理的辅助设备控制系统

水利水电工程中常用的辅助设备控制系统一般包含公用控制系统、闸门控制系统、通风空调控制系统等。这些电动机设备对整个工程的电气节能设计有着十分重要的影响。为此，在使用电动机的时候需要相关人员积极思考并采取措施降低这些电动机对资源和能源的消耗，为了实现这一目标需要设计出一个科学合理辅助设备控制系统。比如可以考虑在以上辅助设备控制系统中使用变频器启动或者微软启动，由此有效改善电机启动时的运行特点，降低电机启动时的电流消耗，降低电机启动对电网的冲击。

5.6 提升水利水电工程设计人员的综合素质

在水利水电工程电气节能设计的过程中还需要企业采取措施强化对设计人员的培训和管理，并根据水利水电工程发展实际情况定期对相关人员开展必要的管理培训，通过培训来提升水利水电工程设计人员的工作水平和工作技能。除此之外，在对水利水电工程电气节能设计人员开展培训的过程中还需要注重增强他们的环境保护意识，将节能环保的思想理念自觉贯彻落实到自己的实际工作中。为了能够更好调动电气节能设计人员的工作积极性还需要对在工作中表现积极的员工予以一定的激励，通过恰当的激励来不断挖掘和强化他们的工作潜力。

6 结束语

综上所述，电气节能设计在整个水利水电工程发展建设中起着十分重要的作用，但是从当前水利水电工程发展实际情况来看，一些工程的电气节能设备过程仍然存在较多的问题，比如电气节能制度不完善、节能产品研发落后、设计人员缺乏节能意识等。针对这些问题需要相关人员积极学习、不断总结，着重从供配电系统、变压器、照明系统等方面具体分析水利水电工程电气节能实现途径，旨在能够更好的促进我国水利水电工程电气节能设计发展。

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