唐日強 張君義 王自鵬

（許繼變壓器有限公司，河南 許昌 461000）

建筑行業(yè)是傳統(tǒng)的能源消耗型領(lǐng)域，而變壓器不僅是建筑工程電氣系統(tǒng)中的重要組成部分，同時也是產(chǎn)生能源損耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其在輸配電系統(tǒng)中的電能損耗在總損耗量的占比能夠達到40%～50%左右。所以必須采取有效的節(jié)能設(shè)計方法，根據(jù)建筑電氣系統(tǒng)的實際情況，合理選擇節(jié)能型變壓器設(shè)備和容量，并通過優(yōu)化變壓器的運行方式、無功補償以及抑制諧波等方式來減少變壓器對電力能源的損耗，提高建筑電氣系統(tǒng)的整體節(jié)能效果。

1 概述建筑工程電氣系統(tǒng)中的變壓器節(jié)能設(shè)計

建筑工程電氣系統(tǒng)變壓器節(jié)能設(shè)計的主要目的是在保證電氣系統(tǒng)正常運行的基礎(chǔ)上降低變壓器的損耗。通常變壓器能效包括靜態(tài)能效以及動態(tài)能效兩部分。其中靜態(tài)能效主要是變壓器設(shè)備在加工制造過程中通過新技術(shù)工藝和新材料的應(yīng)用來使其固有損耗降低。而動態(tài)能效則主要指的是變壓器設(shè)備運行中受相關(guān)動態(tài)參數(shù)因素的影響而產(chǎn)生的損耗[1]。目前在大多數(shù)建筑工程電氣系統(tǒng)末端中廣泛使用了容量較大的變壓器（2 000 kVA容量級以上），電壓等級10 kV的變壓器設(shè)備，此類變壓器設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生大量的電能損耗，因此是建筑電氣節(jié)能設(shè)計中的重點環(huán)節(jié)。而變壓器的節(jié)能效果也將直接關(guān)系到建筑工程整體電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計水平，對建筑行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展也具有十分重要的意義。

2 建筑工程電氣系統(tǒng)中的變壓器節(jié)能設(shè)計分析

2.1 節(jié)能型變壓器設(shè)備的合理選擇

在建筑電氣設(shè)計中，設(shè)計人員首先要根據(jù)電氣系統(tǒng)內(nèi)所有用電設(shè)備的實際需要來選擇變壓器的型號，以保證電能輸出的質(zhì)量和穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上要盡量選擇節(jié)能效果比較好的變壓器設(shè)備。根據(jù)我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，S13以上型的變壓器系列設(shè)備為節(jié)能型產(chǎn)品，其能效等級和能效限定值等指標(biāo)參數(shù)均能夠達到節(jié)能要求。在各種節(jié)能變壓器設(shè)備中，超導(dǎo)變壓器以及非晶合金型設(shè)備是目前節(jié)能效果比較理想的變壓器產(chǎn)品。所謂非晶合金也就是高溫鋼水在極短時間內(nèi)迅速降溫后，其原子在急速固化作用下而產(chǎn)生的無序排列，從而形成了非晶態(tài)合金材料，這種材料由于結(jié)構(gòu)特殊，因此其軟磁特性十分突出，而利用非晶合金材料生產(chǎn)的變壓器設(shè)備能夠有效減少對電能的損耗[2]。與傳統(tǒng)變壓器相比，非晶合金變壓器的空載損耗能夠降低60%～80%左右，節(jié)能效果十分明顯。不過由于非晶合金設(shè)備的生產(chǎn)成本較高，因此在實際設(shè)計中必須充分考慮其價格因素和經(jīng)濟性。設(shè)計人員應(yīng)綜合分析其在全壽命周期的購置成本、運行成本以及節(jié)能效果等因素，并結(jié)合建筑工程的具體情況來合理選擇相應(yīng)的變壓器設(shè)備，以實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計的目的。

2.2 變壓器容量的合理選擇

設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑工程中電氣系統(tǒng)的實際荷載以及等級來合理選擇變壓器設(shè)備的臺數(shù)和容量，并在保證滿足所有用電負(fù)載正常運行的基礎(chǔ)上，提高容量設(shè)計的經(jīng)濟性。在設(shè)計實踐中，如果建筑工程的電氣系統(tǒng)主要為三級負(fù)荷時，設(shè)計人員可以只配置1臺變壓器設(shè)備；如果建筑電氣系統(tǒng)的負(fù)荷達到了2級以上時，則應(yīng)配置2臺以上的變壓器設(shè)備[3]。同時設(shè)計人員還要根據(jù)建筑功能來合理區(qū)分生活區(qū)負(fù)荷以及動力負(fù)荷，以確保其運行的穩(wěn)定性。如果建筑電氣系統(tǒng)中存在不同計量等級負(fù)荷時，則應(yīng)分別設(shè)計相應(yīng)的變壓器設(shè)備。此外，當(dāng)用電內(nèi)負(fù)荷需要遠(yuǎn)距離輸電或者負(fù)荷為關(guān)鍵節(jié)點時，設(shè)計人員則應(yīng)采取專門設(shè)置具有一定獨立性的變壓器設(shè)備的方式來確保其供電的穩(wěn)定性。當(dāng)變壓器臺數(shù)確定后，設(shè)計人員還應(yīng)通過TOC等先進的算法來對變壓器設(shè)備的具體經(jīng)濟容量進行計算分析，從而減少變壓器的空載損耗，實現(xiàn)變壓器節(jié)能設(shè)計的目的。

2.3 優(yōu)化變壓器的運行方式

通常在建筑電氣設(shè)計中為了保證電力系統(tǒng)的運行安全會在變壓器容量選擇中留出安全余量，這使得在變壓器普遍存在容量偏大的情況。同時建筑電氣系統(tǒng)的用電會存在峰谷波動的現(xiàn)象，因此在設(shè)計中要優(yōu)化變壓器的運行方式，防止變壓器由于輕載以及過載而造成電能的損耗。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑工程規(guī)模的不同、功能的不同以及對供電穩(wěn)定性要求的不同來合理配置建筑電氣系統(tǒng)的變壓器設(shè)備，通過設(shè)計其經(jīng)濟運行方式來達到降低減少損耗的目的。

2.4 變壓器功率因素的合理控制

造成變壓器損耗的一個重要影響因素就是功率因素，因此設(shè)計人員應(yīng)采取有效提高功率因數(shù)措施來實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計的目的。

2.4.1 自然功率因素提高的有效方式

當(dāng)變壓器設(shè)備在輕載以及空載條件下運行時，其無功達到了約20%，嚴(yán)重影響了自然功率系數(shù)，因此設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)實際情況來提高變壓器設(shè)備選型的合理性，從而通過自然功率因數(shù)的提高來減少變壓器的損耗，從而改善其節(jié)能效果。

2.4.2 設(shè)置無功補償設(shè)備

同時設(shè)計人員也可以通過無功補償方式來提高功率因數(shù)，提高變壓器的節(jié)能效果。目前比較常用的無功補償方式主要包括就地補償、集中補償以及分散補償?shù)确绞絒4]。在設(shè)計實踐中，對于與變壓器相距較近且比較集中需要進行大容量無功補償?shù)?，設(shè)計人員可以通過在前端變電所的低壓或高壓母線上設(shè)置補償裝置的方式來進行集中補償。對于與變電所相距較遠(yuǎn)且分散部分的用電負(fù)荷則可以采用在終端設(shè)置補償裝置的方式來進行分散補償。而對于無功補償比較穩(wěn)定且容量較大的用電負(fù)荷，設(shè)計人員應(yīng)采取并聯(lián)補償裝置的方式來進行就地補償，以提高節(jié)能的效果。

2.5 抑制變壓器諧波的設(shè)計方法

建筑電氣系統(tǒng)中的變壓器損耗還會受到系統(tǒng)諧波問題的嚴(yán)重影響，因此設(shè)計人員可以通過抑制諧波的方式來使變壓器損耗降低。目前在建筑工程的節(jié)能設(shè)計中主要采取被動治理以及受端治理這兩種方式來抑制諧波，以達到變壓器節(jié)能的目的。對于受諧波影響明顯的變壓器設(shè)備可以采取受端治理措施來增強其諧波抗干擾能力。目前在建筑工程電氣系統(tǒng)中可以通過采用Dyn11方式來作為變壓器連接組別。由于Dyn11接線形式可以使諧波電流在其繞組內(nèi)部形成環(huán)流，這樣就能夠有效防止變壓器兩側(cè)諧波電流產(chǎn)生耦合傳遞作用，實現(xiàn)了抑制諧波的目的。不過在設(shè)計中采用這種繞組接線方式時必須注意其在抑制諧波產(chǎn)生的同時會增加變壓器的諧波功率，因此需要采取相應(yīng)的耐高溫措施。此外，設(shè)計人員也可以采用濾波器設(shè)備防止諧波進入電流系統(tǒng)，這樣也可以起到抑制諧波、降低變壓器損耗的效果。

3 結(jié)語

為了有效提高建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑工程的實際情況以及電氣系統(tǒng)運行的具體要求來合理選擇變壓器設(shè)備的型號以及容量，并結(jié)合建筑功能特點來合理設(shè)計變壓器設(shè)備的運行方式。同時，設(shè)計人員還可以通過提高功率因素以及采用無功補償裝置等方式來減少變壓器的電力能源損耗。此外，對于變壓器所產(chǎn)生的諧波問題也可以根據(jù)情況采取被動和受端治理等方式來減少能耗，從而達到建筑電氣節(jié)能設(shè)計的目的。