智能变电站设计节能措施方案研究

冯 星，张 芸

(陕西省电力设计院，陕西 西安 710054)

1 概述

近几年随着大量输变电站工程的建设完成，我国电网已初步形成了西电东送、南北互供、全国联网的格局，电网发展滞后的矛盾得到较大缓解。

在大规模的电网建设中，采用新技术、新设备等措施后，电网输送能力将大大提高。同时，可以进一步改善和提高电网运行的可靠性，确保电网的安全可靠运行。

2 优化选择经济、节能的变压器

2.1 选择低损耗主变压器

电力变压器的损耗主要体现在电能转换过程中空载损耗、负载损耗和其它附加损耗等电能损耗。变压器的节能降耗可以通过合理选择变压器的型式和选择低损耗变压器来实现。

在提变压器的技术参数时，要求采用高导磁率的硅钢片，严格要求厂家按目前国内能够制造的最小空载损耗和负载损耗的参数来制造变压器；在散热器方面，选择70%容量下为ONAN自冷、70%～100%下分组投入风机的变压器，可以有效的节约风机损耗。

2.2 站用变容量及电缆的选择

按变电站的实际用电负荷并考虑同时率计算站用变的负荷，据此合理选择站用变的容量和台数。

根据站用变压器选择电缆，经计算得知，采用4根3×185+1×95mm2的电缆即可满足站用电实际负荷要求，按照“N+1”的原则，站用变进线屏的出线电缆选择5根3×185+1×95mm2的电缆，可保证站用变压器满载运行。

2.3 选择低损耗站用变压器

对于站用变属于经常运行设备，其空载损耗及负载损耗对变电站的能耗也有一定的影响，在站用变的选型上，也考虑选用低损耗的变压器。

在站用变的选型上，优先考虑选用低损耗的变压器。

2.4 站用变压器选用非晶合金变压器

非晶合金制作铁芯而成的变压器，比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗下降80%左右，空载电流下降约85%，是目前节能效果较理想的配电变压器。我国已能生产电压10kV、容量50kVA～2500kVA、空载损耗34W～700W之间、负载损耗在870W～21500W之间的非晶合金铁芯低损耗变压器。目前，市场上出售的非晶态合金铁心变压器有两个系列：SH－M和SH－11，它们的空载损耗平均比S9系列硅钢片下降了76.7%和71.2%，空载电流下降80%，节能效果显著。

从投资方面考虑，非晶合金变压器要比普通变压器价格高30%～40%，增加了一次性设备投资，但由于其空载损耗大幅下降，非晶合金变压器的年运行成本比普通变压器低约20%，全寿命周期运行成本低。

国内非晶合金变压器制造技术已成熟，可在变电站中广泛推广应用。

3 变电站内智能化、节能型照明的应用

实现照明控制系统智能化的主要目的有两个：一是可以提高照明系统的控制和管理水平，减少照明系统的维护成本；二是可以节约能源，减少照明系统的运营成本。

3.1 节能型智能照明控制系统

节能型智能照明控制系统由控制中心(包括控制设备、服务器、大屏幕投影显示设备等)、智能控制终端(RTU)、节能照明控制管理终端(LCM)、单照明节能控制器(LCU)及通讯系统等组成。它可对发射功率允许半径内的照明设施无条件进行遥控开关灯、控制路灯降功率，或根据地球自转和公转规律及照度门限自动遥控开关灯、遥讯设备状态、遥测电流、电压、电度功率，以及根据系统设置自动或人工控制进入降功率节能运行状态。

3.2 智能切换模式的照明控制

智能照明控制系统采用“调光模块”，通过灯光的调光在不同使用场合产生不同灯光效果。通过一台计算机就可对整个大楼的照明实现监控与合理的能源管理，这样不仅减少了不必要的耗电开支，同时还降低了用户的运行维护费用，比传统照明控制节电20%以上。另外，在智能照明系统中，可通过系统人为地设置电压限制，避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具、延长灯具使用寿命的作用。

在工程设计中，针对控制对象的不同(即各功能区域的照明具有不同的特点) ，智能照明控制系统可以采取不同的回路控制方式。对变电站里功能要求不高、人员出入少的区域，可采用简单回路控制；对站外配电装置部分、道路、各保护小室等公用部位，不仅要实现简单回路的控制，还须对局部回路实现照明的自动通断控制。这种控制方式须在系统结构中加入动、静探测器和智能探头等电气元件，通过每个调光模块、控制面板和动静探测器实现在各种状态下对各区域正常工作状态的照明灯具的自动开关控制。

采用智能切换模式的照明系统，除了有大大降低照明负荷，使变电站变得更加工业化的功能，还具有节省电缆的优势。通过合理的网络控制结构可以大大缩短照明分支线路的电缆长度，减少控制电缆的数量，从而减少布线工程量，降低火灾隐患，便于维护。

4 其它节能环保设计方案

4.1 导体选择

导线截面选择过大，则导致导线投资显著增加，并且增大有色金属耗量及其在制造过程中的耗能量；导线截面选择过小，则导致运行中的电能和电压损失加大，使电能的传输质量和运行经济性变差。

另外，在变电站设计过程中优化金具设计，使其表面场强分布尽量均匀，减少电晕损耗。

4.2 选用新型电缆防火材料

现有变电站广泛应用的传统电缆防火材料虽然初次投资成本低，但施工过程中没有具体的耐火性能测试标准，施工工艺随意，防火性能难以保证，没有对防烟气密性、水密性提出具体要求，无法解决复杂工况。

新型电缆防火材料具有防烟气密性强，对环境温度变化有很强的适应性。除具备卓越的防火性能外，新型防火材料还具有生物防护作用、水密性、可扩展性、施工方便等功能，满足国网公司资源节约，环境友好的要求。

从初次投资看，新型电缆防火材料比传统材料成本高40%左右，但是新型防火材料寿命周期长，可达20年左右，从变电站全寿命周期看，新型防火材料的更换周期远大于传统防火材料，因此全寿命周期成本要低于传统防火材料，并且新型防火材料可靠性高，降低了全寿命周期内的故障成本。

5 土建、水工、采暖、暖通节能措施

5.1 建筑节能

(1) 由于综合控制室与变压器防火墙联合建筑，变压器防火墙不适合采用复合墙体构造，因此采用加厚砌块墙体的措施，达到保温、防火、隔热的综合效果。做墙体内保温，会使主体结构受温差作用产生较大内力，构造上很难阻断冷(热)桥，导致降低结构使用寿命。因此从有利于结构稳定性方面来说，外保温隔热具有明显的优势，在设计中首选外保温隔热。保温材料采用经济指标较低的聚乙烯苯板，保温效果提高50%。

(2) 屋面保温采用聚苯乙烯泡沫塑料板。屋面采用聚苯乙烯泡沫塑料板保温可以大幅度降低保温层的厚度，一般仅需水泥珍珠岩制品的1/2用量，再加上屋面空心大板的应用，其保温效果可以提高80%。

(3) 合理配置外窗面积和太阳能蓄热智能化利用。无人值班变电站设计中建筑部分减少了大部分常规的门窗，减少了门窗面积，采用单框双玻门窗，将通过窗体进行的室内外热交换降到最低，降低建筑能耗。另外，在建筑物南侧可利用两侧伸出的防火墙和屋面檐口封闭墙外玻璃隔断窗，距离墙面200mm～200mm，采用吸热墙面和地面，形成太阳能蓄热空间，在外墙的上下布置空气对流百叶窗，形成阳光房的效果，达到太阳能蓄热的目的；此方案增加投资不足万元，但作为电热采暖的补充手段，可明显减少采暖用电量。还可以根据太阳能蓄热空间及室内的温度，自动控制空气对流百叶窗的开启与关闭，当室内温度高于26℃、或太阳能蓄热空间温度低于室内温度，自动关闭对流百叶窗。实现智能化利用太阳能的效果。

(4)建筑朝向：建筑的主朝向宜选择本地区最佳朝向或接近最佳朝向，避开冬季主导风向。严寒、寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.20，可以有效的避免冷风的侵袭。建议一般工程建筑体型系数为0.24。

(5)建筑构造：每个朝向的窗(包括透明幕墙)墙面积比均不大于0.70。当窗(包括透明幕墙)墙面积比小于0.40时，玻璃(或其他透明材料)的可见光透射比不应小于0.4。夏热冬暖地区、夏热冬冷地区的建筑以及寒冷地区中制冷负荷大的建筑，外窗(包括透明幕墙)宜设置外部遮阳。建议一般工程窗墙面积比为0.04，可以大幅度减少冷风渗透，达到保温节能的目的。

(6)提高建筑利用系数。建筑面积利用系数不低于0.9，提高使用面积，减少总的建筑面积。

通过以上措施，与传统建筑相比：建筑节能比率可达到60%以上。

5.2 电缆沟设施

电缆沟采用地下预制电缆槽沟，过道路处电缆可直通，比以往常规地上电缆槽沟减少电缆长度，节约电能。

5.3 采暖设施

石英电暖气的热效率普遍大于0.95。控制方式采用室内温度自动控制，温控器采用定制方式，既按房间室内采暖设计温度设定温控器的启动。空调采用分体空调，按房间室内空气调节设计温度设定温控器的启动，设定超限时报警，避免浪费能源。

5.4 空调

空调机选用直流变频压缩机，能根据室内外温度实时调节压缩机的输出功率，空调机始终保持较高的能效比。

5.5 水工设备

水工设备的主要是采用变频深井泵，变频控制可以让深井泵在用水量小的时候，降低水泵的转速，从而消耗的电能也随之降低。卫生间设置感应水龙头、感应小便冲水器、感应蹲便冲水器，根据需要供水，节约用水。

6 结论

智能变电站设计中考虑以上节能措施方案，来达到依靠科学技术、降低消，合理利用资源，提高资源利用效率，切实保护生态环境。推广采用节能、降耗、节水、环保的先进技术设备和产品，强制淘汰消耗高、污染大、质量差的落后生产能力、工艺和产品，有利于资源节约和综合利用，从源头杜绝能源浪费。

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