生态水利工程电气节能设计要点浅析

李纯洁

（郑州市水利建筑勘测设计院）

0 引言

“节能降耗，保护生态”是一项基本国策，是实施可持续发展战略，保障国家经济安全、改善环境的重要措施之一。目前中国经济社会发展，已经从高效率转变为绿色经济、高质量发展，节能降耗已成为各个行业追求的目标。近年来，水利工程建设管理认真贯彻习近平总书记“生态文明建设”思想和“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水方针，把建设“幸福河湖”作为未来河湖治理的主要方向。治水主要矛盾和治水思路发生了转变，治水兴水迎来了难得的战略新机遇。水利工程在水安全的前提下，被赋予了更多功能，并与水生态、水环境、水景观、水经济相融合，满足人们临水、亲水、观水、乐水的需求。为建设安全河湖、生态河湖、景观河湖、文化河湖、幸福河湖，需要大量的用电设备运用到水利工程当中，电力资源需求量也相应增加，电气节能问题逐渐凸显，电气节能效益已逐渐成为衡量水利工程项目可持续性的重要指标，电气节能设计意义重大。

1 电气节能设计中应注意的问题

1.1 树立节能意识，将节能理念贯穿于设计全过程

新时期，国家倡导生态优先、绿色发展理念，治水思路发生了转变，水利工程在考虑防洪安全的前提下，更加注重生态保护和人水和谐。随着资源水利、生态水利、民生水利的推进，越来越多的用电设备运用到水利工程当中，电气工程设计已成为生态水利工程设计中重要的组成部分，电气节能设计应前溯至水利设计环节，并与水利工程总体布局和建筑物布置紧密结合。

1.2 注重长期效益，合理选择节能设备

一方面由于节能设备设计和生产的成本较高所以价值比较昂贵，另一方面由于前瞻性不强，未对新技术、新材料和新工艺及时深入了解。目前部分机电工程为了节约成本而选择采用传统的节能设备，没有研发或引进先进的节能设备，但事实上，传统的节能设备反而会增加电能的消耗，从而增加运行成本，而先进的节能设备虽然在研发或引进时耗费较多（近年来，先进的节能设备成本也日趋降低），但工程运行期会节约大量的电能，从而节省费用。设计人员要根据工程项目的特点和需要，本着水利工程在国民生产中的作用，综合考虑项目成本和运行成本，合理选择节能设备。

1.3 加强施工过程中的节能措施，提高用电效率

水利工程的节能潜力很大，工程节能过程贯穿于项目的可研、设计、施工、投产使用等整个周期。水利工程施工使用了大量的电气和机电设备，如：塔吊、电焊机、灰浆机、震捣器、钢筋切断、调直机等。特别是有些大型水利工程施工年限较长，用电量很大，有些电气设计人员在完成项目设计文件后并未与施工单位紧密结合，没有对施工场地机电设备提出节电研究方案，结果导致施工时，施工单位往往仅考虑施工的效率，而忽视了施工用电设备的节电效果。未做到从全局整体出发，实现节能全过程控制，节能不能落到实处。

2 生态水利工程电气节能设计案例

2.1 工程概况

该生态修复工程，自尖岗水库至大王庄弯道（开封界），统筹总长度96 km，工程总占地面积32.45 km2，其中水面面积11.50 km2，绿化面积20.95 km2。主要工程内容包括河道整治工程（蓝线工程）、生态绿化工程（绿线工程）、截污治污工程、水源工程四部分：①河道整治工程。通过扩挖河滩，提高河道防洪标准，配套修建拦蓄水建筑物形成宽阔的水面；②生态绿化工程。控制范围为贾鲁河两岸蓝线外15～220 m，主要建设内容包括：绿化工程、铺装工程、建筑工程、设施小品、给排水工程、景观照明、智慧工程等。③截污治污工程。沿贾鲁河两岸敷设截污管网117 km，将收集到的污水送至污水处理厂，设计规模15万m3/d。④水源工程。工程位于黄河牛口峪枣树沟控导工程处，经两级泵站提水至邙岭，通过管道自流至贾鲁河西流湖，线路总长34.68 km，设计流量为15 m3/s，年引水8 505万m3。

2.2 贾鲁河综合治理工程电气设计内容

如表1贾鲁河综合治理工程电气设计设施统计表。

表1 贾鲁河综合治理工程电气设计设施统计表

2.3 电气节能设计

2.3.1 提水泵站电气节能设计

2.3.1.1 合理选择水泵

根据工程投资省、运行费用低、供水可靠性等原则，考虑到工程的实际情况，设计选用方案一：即选用5台1200 ZLB-85型水泵，4用1备。水泵设计扬程7.00 m，单泵流量4.30 m3/s，功率400 kW，正常运行总提水流量为17.20 m3/s。

2.3.1.2 合理配置电动机及启动方式

电动机是保证工程正常运行的主要设备，牛口峪提水泵站电机功率为10 kV 高压电动机，采用10 kV 的线路电源直配电机，实现了节能目标。采用RYZQ 高压干式调压软启动，平稳启动，减少电机启动时电流对电网的冲击。

2.3.1.3 合理提高供配电系统的功率因数

用电设备型号以及调速控制方案确定后，当自然功率因数无法达到接入电网的要求，此时就应及时进行无功功率补偿。牛口峪提水泵站内水泵电动机采用10 kV线路供电，还需另配站用变压器，以满足其他小功率辅助设备使用，高压侧、低压侧均设置电容器无功补偿装置，有效减少线路和变压器电能损耗。

2.3.2 控制性配套工程电气节能设计

2.3.2.1 变压器选型及布置

贾鲁河液压升降坝、排水涵闸、倒虹吸节制闸功率均较小，电压等级采用380 V 供电。在变压器的选择上，效率高、损耗低的新型节能产品是首选。贾鲁河新建箱变主要采用了SGB11-10/0.4 D，Yn11125 kVA 及SGB11-10/0.4 D，Yn11 200 kVA 两种类型，该系列干式变压器受热冲击能力强、适宜用于防火要求高，负荷波动大以及污秽潮湿的恶劣环境中，且节能效益明显。

2.3.2.2 变压器的运行方式

相关数据显示，当变压器的负荷为额定功率的75%时，变压器的运行最经济。所以，变压器的运行方式要根据负荷变化情况而定。贾鲁河拦蓄水建筑物采用主变压器搭配1 台30 kVA微型变压器运行，非汛期主变压器断路器断开，主变压器退出运行，双头转换开关切换到30 kVA变压器，只需要运行控制室照明等基本生活负荷。如此，就能达到减少主变压器自身的损耗，实现经济运行，降低系统损耗和运行成本。

2.3.2.3 液压升降坝电动机节能设计

液压升降坝电动机启动应优先采用直接启动，在直接启动不能满足电动机端电压要求时，可以采用降压启动方式。贾鲁河液压升降闸电动机功率为30 kW，采用了JJR1000软启动器，这种启动器优点是能够平稳启动、平稳运行，整个过程中电流的变化较小。从而降低了电流对电网的冲击作用，使电压能够始终保持在恒定的范围之内，达到电气节能的目的。

2.3.2.4 备用电源节能设计

贾鲁河液压升降坝控制室采用了UPS应急电源蓄电池，代替了柴油发电机，大大减少CO2温室气体排放量，有着不容忽视的节能环保潜力。

2.3.2.5 建筑物照明节能设计

贾鲁河液压升降坝管理房及水闸闸房充分利用建筑物开窗自然光，同时根据节气、天气变化等实际情况灵活运用，合理控制照明时间。管理房内铺设低电阻的阻燃电力电缆，安装LED节能灯具，走廊采用声控灯，声控开关控制。

2.3.3 其他电气节能设计

景观照明、水景喷泉、智慧照明、民用配套设施的特点是全线布置，长期运行、动力负荷较少，以景观照明、智慧照明为主，全年内用电量较多，照明控制以无线zigbee 方式进行智慧调光，达到节能目的。贾鲁河防汛路道路照明系统采用9 m高风光互补太阳能路灯，充分利用风能与太阳能。主要包含太阳能电池板、风力发电机、蓄电池及控制系统等，电气节能主要通过自动化控制调整运行时间及照明亮度。

2.3.4 电气节能效果评价

贾鲁河综合治理工程消耗的主要能源为二次能源，部分为一次能源。在建设期主要消耗的能源为柴油、汽油和电力等，主要供给施工机械、设备及照明需用；在运行期主要为电力能源，供给交通照明系统、设备动力系统等需用。主要能耗消耗按照《水利水电工程节能设计规范》计算，本项目万元GDP 能耗约合0.28 t标准煤。低于选用的0.82 t标准煤/万元GDP能耗标准，从燃料消耗和产出看，属于节能投资项目。

3 结语

节能减排是中国新时期建设的首要任务，绿色环保节能工程已经成为今后发展的重点。电气节能设计是通过合理的设计、运行方案减少不必要的能源损耗。文章通过贾鲁河综合治理工程电气节能设计的论述，提出电气节能设计是降低整个水利生态建设工程能源消耗的重要环节，设计时应比较设计方案，合理设计供配电系统，选择低耗节能型设备，在保证工程安全、运行可靠的前提下，真正达到节约电能、保护环境、经济运行的目的，为提高社会效益和经济效益作出贡献。