摘要：在水利工程中，電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是提高效能、降低成本的關(guān)鍵。首先，通過分析節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則，指出在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保和功能滿足方面需要平衡考慮。其次，探討了水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)面臨的問題，包括落后的節(jié)能產(chǎn)品、設(shè)計(jì)人員認(rèn)識(shí)不足以及相關(guān)規(guī)章制度的不完善。最后，提出了一系列有效的措施，包括變壓器、電動(dòng)機(jī)、供電系統(tǒng)、照明設(shè)備和電源開關(guān)的節(jié)能方法，以及合理選擇和布置電力設(shè)備的建議。

關(guān)鍵詞：水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理綠色環(huán)保

中圖分類號(hào)：TU753

ResearchontheProblemsandCountermeasuresofElectricalEnergy-SavingDesigninHydraulicEngineering

WANGZhipeng

（SinohydroCorporationEngineeringBureau15Co.，Ltd.，Xi’an，ShanxiProvince，710000China）

Abstract：In hydraulicengineering，electricalenergy-savingdesignisthekeytoimprovingefficiencyandreducingcosts.First，thispaperanalyzesthebasicprinciplesofenergy-savingdesign，andpointsouttheneedtobalanceeconomy，environmentalprotectionandfunctionalsatisfaction.Then，itdiscussestheproblemsofelectricalenergy-savingdesigninwaterconservancyprojects，includingbackwardenergy-savingproducts，insufficientdesigners’understandingandimperfectedrelevantrulesandregulations.Finally，itputsforwardaseriesofeffectivemeasures，includingtheenergy-savingmethodsoftransformers，motors，powersupplysystems，lightingequipmentandpowerswitches，andthesuggestionsofthereasonableselectionandlayoutofpowerequipment.

KeyWords：Waterconservancyengineering;Electricalenergy-savingdesign;Economicrationality;Greenenvironmentalprotection

水利工程作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在滿足社會(huì)需求的同時(shí)，也需要不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的要求。電氣系統(tǒng)作為水利工程的關(guān)鍵組成部分，其節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)提高系統(tǒng)效率、減少資源消耗至關(guān)重要。本文旨在探討水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則、面臨的問題以及可行的解決措施，以期為水利工程領(lǐng)域的實(shí)踐提供有益的參考和指導(dǎo)。

1水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的基本原則

• 節(jié)能設(shè)計(jì)要保持經(jīng)濟(jì)上的合理

在水利工程電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，節(jié)能并非僅僅追求技術(shù)上的先進(jìn)與高效，還需要保持經(jīng)濟(jì)上的合理性。首先，需要進(jìn)行全面的成本效益分析，有助于確定在長(zhǎng)期運(yùn)行中哪種方案具有更好的經(jīng)濟(jì)效益，并避免盲目地采用高成本的先進(jìn)技術(shù)。其次，應(yīng)該考慮投資回收期，這有助于項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的及時(shí)體現(xiàn)，并為決策提供重要的參考依據(jù)。同時(shí)，關(guān)注系統(tǒng)壽命周期成本，選擇耐用、易于維護(hù)的設(shè)備和技術(shù)，以減少后期維護(hù)和更換的成本，對(duì)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要[1]。在設(shè)計(jì)過程中，采用靈活的節(jié)能方案，這有助于在實(shí)現(xiàn)節(jié)能的同時(shí)，保持系統(tǒng)的高效運(yùn)行。最后，與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)協(xié)調(diào)。水利工程電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合可持續(xù)發(fā)展的理念，考慮節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的影響，采用綠色、環(huán)保的技術(shù)和設(shè)備，以確保系統(tǒng)在長(zhǎng)期內(nèi)對(duì)環(huán)境友好，并滿足社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展需求。

• 節(jié)能技術(shù)考慮綠色環(huán)保

在水利工程電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先選擇符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的電氣設(shè)備，例如能效標(biāo)識(shí)認(rèn)證、環(huán)保認(rèn)證等。采用低能耗、低排放的設(shè)備有助于減少資源消耗和環(huán)境污染，與綠色環(huán)保原則相契合。其次，考慮采用可再生能源，如風(fēng)能、太陽能等，以替代傳統(tǒng)的非可再生能源。通過增加清潔能源在電氣系統(tǒng)中的比例，可以降低溫室氣體排放，減緩氣候變化，并為環(huán)境提供更為友好的能源選擇。同時(shí)，關(guān)注能源的全生命周期，在綠色環(huán)保的節(jié)能設(shè)計(jì)中，需要對(duì)電氣系統(tǒng)中使用的能源進(jìn)行全面的生命周期評(píng)估，包括能源的獲取、生產(chǎn)、使用和廢棄等階段。

1.3節(jié)能設(shè)計(jì)需滿足特定的功能

水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)并非只關(guān)注降低能源消耗，還需要滿足特定的功能要求，確保電氣系統(tǒng)在各種工況下能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。首先，保障水利工程的基本運(yùn)行需求。節(jié)能設(shè)計(jì)不能以犧牲基本運(yùn)行需求為代價(jià)，必須確保電氣系統(tǒng)在各種工作條件下都能夠滿足水利工程的基本要求，包括水泵、閥門等設(shè)備的正常運(yùn)行。其次，考慮工程的靈活性和適應(yīng)性。水利工程的運(yùn)行環(huán)境可能會(huì)發(fā)生變化，因此在設(shè)計(jì)中要考慮到系統(tǒng)的靈活性，使其能夠適應(yīng)不同的負(fù)荷變化和工況調(diào)整，確保在變化的條件下依然具備高效的節(jié)能性能。在追求節(jié)能的同時(shí)，不能忽視電氣系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。采用先進(jìn)的安全技術(shù)和設(shè)備，確保系統(tǒng)在各種情況下都能夠穩(wěn)定運(yùn)行，防范潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的問題

2.1水利工程應(yīng)用的節(jié)能產(chǎn)品落后

在水利工程電氣系統(tǒng)中，一個(gè)普遍存在的問題是應(yīng)用的節(jié)能產(chǎn)品相對(duì)較為落后。這一問題主要涉及電氣設(shè)備和技術(shù)的更新?lián)Q代不足，限制了整體系統(tǒng)的節(jié)能效果。這些設(shè)備可能在設(shè)計(jì)時(shí)并未充分考慮節(jié)能性能，其能效相對(duì)較低，耗能較多。由于水利工程通常具有長(zhǎng)壽命和大規(guī)模的特點(diǎn)，一些設(shè)備可能長(zhǎng)時(shí)間未替換，導(dǎo)致整體系統(tǒng)的節(jié)能水平受到制約。新興的電氣技術(shù)如智能控制系統(tǒng)、可調(diào)速電動(dòng)機(jī)等在水利工程中的應(yīng)用相對(duì)較少。這限制了系統(tǒng)的靈活性和優(yōu)化能力，使水利工程難以充分利用先進(jìn)的節(jié)能手段。水利工程電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和采購過程中，可能缺乏對(duì)節(jié)能產(chǎn)品的明確標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。這導(dǎo)致了在選擇電氣設(shè)備時(shí)，工程人員難以準(zhǔn)確評(píng)估產(chǎn)品的節(jié)能性能，從而可能選擇落后的、能效較低的設(shè)備[2]。

2.2水利工程設(shè)計(jì)人員的認(rèn)識(shí)不到位

水利工程設(shè)計(jì)人員的節(jié)能意識(shí)和認(rèn)識(shí)水平不足是電氣節(jié)能設(shè)計(jì)面臨的另一個(gè)重要問題。由于節(jié)能領(lǐng)域涉及不斷更新的技術(shù)和方法，一些設(shè)計(jì)人員可能未能及時(shí)了解最新的電氣節(jié)能技術(shù)，從而在設(shè)計(jì)中較少應(yīng)用先進(jìn)的、高效的技術(shù)手段。在設(shè)計(jì)過程中，有時(shí)可能更關(guān)注局部設(shè)備的性能，而忽略了整體系統(tǒng)的優(yōu)化和協(xié)同效應(yīng)。這導(dǎo)致設(shè)計(jì)中的一些細(xì)節(jié)可能無法最大化地發(fā)揮節(jié)能潛力。同時(shí)，水利工程設(shè)計(jì)人員在專業(yè)培訓(xùn)和教育中可能未能充分接觸到電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，導(dǎo)致他們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中對(duì)于節(jié)能的理解和應(yīng)用較為有限。

2.3水利工程電氣節(jié)能的相關(guān)規(guī)章制度不完善

水利工程電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)可能缺乏強(qiáng)制性的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致在實(shí)際設(shè)計(jì)中難以確定節(jié)能目標(biāo)和實(shí)施相應(yīng)的節(jié)能措施。水利工程領(lǐng)域的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)可能受到法規(guī)和政策的束縛，但這些法規(guī)未必充分考慮到電氣系統(tǒng)的特殊性，導(dǎo)致制定的法規(guī)無法全面覆蓋水利工程的實(shí)際需求。缺乏獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰機(jī)制可能使得一些水利工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中對(duì)節(jié)能并不重視[3]。相關(guān)的獎(jiǎng)懲機(jī)制有助于激勵(lì)工程方在設(shè)計(jì)和建設(shè)中更加注重電氣系統(tǒng)的節(jié)能性能。

3水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的措施

3.1變壓器的節(jié)能

變壓器在水利工程電氣系統(tǒng)中扮演著重要的角色，其節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)整體系統(tǒng)的能效至關(guān)重要。選擇具有較高能效等級(jí)的變壓器、適當(dāng)?shù)膫鬏旊娎|，可以減少電能空載損耗和負(fù)載損耗，如非晶合金變壓器、銅導(dǎo)體導(dǎo)線等。鐵基非晶合金代替硅鋼做配電變壓器可節(jié)能60%～70%。鐵基非晶合金材料制作的大功率開關(guān)電源、脈沖變壓器、磁放大器等應(yīng)用于10kHz以下頻率的電氣設(shè)計(jì)中，可提高整個(gè)電氣系統(tǒng)的效能。在滿足供電對(duì)象用電需求和安全的條件下，采取技術(shù)或管理措施，使變壓器處在電能損耗最低狀態(tài)下運(yùn)行，稱為變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行下的變壓器最為節(jié)能。當(dāng)變壓器空載損耗等于負(fù)載損耗時(shí)，變壓器的效率最高，即變壓器的能量損耗所占的比重最小。因此，合理地選擇變壓器運(yùn)行方式和按變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件調(diào)整用電負(fù)荷，可以降低變壓器的損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)約用電。這些節(jié)能和節(jié)電措施可通過智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、負(fù)載調(diào)整和能效評(píng)估等手段來實(shí)現(xiàn)。定期對(duì)變壓器進(jìn)行維護(hù)和檢測(cè)，保持設(shè)備的良好狀態(tài)，防止因設(shè)備老化或故障導(dǎo)致的額外能耗。

3.2電動(dòng)機(jī)的節(jié)能

電動(dòng)機(jī)是水利工程中常用的關(guān)鍵設(shè)備，其節(jié)能設(shè)計(jì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的能效。采用能效標(biāo)識(shí)高級(jí)別的電動(dòng)機(jī)，如IE3及以上級(jí)別的高效電動(dòng)機(jī)，以降低電動(dòng)機(jī)本身的能耗。高效電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)換電能時(shí)損耗較低，相比傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)能夠顯著減少能源浪費(fèi)。根據(jù)水利工程的實(shí)際需求，選擇可調(diào)速電動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)精確的負(fù)載匹配?？烧{(diào)速電動(dòng)機(jī)可以在部分負(fù)載時(shí)調(diào)整運(yùn)行速度，避免過度耗能，提高系統(tǒng)的效率。通過合理設(shè)定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，如電壓、電流、功率因數(shù)等，使電動(dòng)機(jī)在不同負(fù)載下都能夠保持高效運(yùn)行。這需要通過智能控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，以適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)載的變化。通過采用智能控制系統(tǒng)，合理安排電動(dòng)機(jī)的啟停次數(shù)和時(shí)機(jī)，避免頻繁啟停造成的能量損耗。合理的啟停控制有助于提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，減少不必要的能源浪費(fèi)[4]。

3.3供電系統(tǒng)的節(jié)能

供電系統(tǒng)是水利工程電氣系統(tǒng)中不可或缺的一部分，其節(jié)能設(shè)計(jì)直接關(guān)系到電能傳輸和分配的效率。選擇高效能、低能耗的電源設(shè)備，如高效變頻器、變壓器等，以減少能源在供電系統(tǒng)中的損耗。高效供電設(shè)備在電能傳輸和分配過程中損耗較低，提高整個(gè)系統(tǒng)的能效。通過合理設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少電能傳輸過程中的阻抗和功率損耗。采用合適的電纜截面、電纜敷設(shè)方式等手段，降低供電系統(tǒng)的電阻，提高電能傳輸效率[5]。采用先進(jìn)的電能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化調(diào)整和遠(yuǎn)程控制。智能化管理有助于減少不必要的能量浪費(fèi)，提高系統(tǒng)的整體效能。

3.4照明設(shè)備的節(jié)能

照明設(shè)備在水利工程中的使用普遍較廣，其節(jié)能設(shè)計(jì)能夠有效減少電能的浪費(fèi)。選擇能效較高的LED燈、熒光燈等，相比傳統(tǒng)白熾燈具有更高的發(fā)光效率，能夠在同樣亮度下減少能源消耗。采用智能化的照明控制系統(tǒng)，通過光感、人體紅外感應(yīng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明亮度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。在無人或光線充足時(shí)，系統(tǒng)能夠降低照明強(qiáng)度，減少能耗，提高系統(tǒng)的效率。合理設(shè)計(jì)照明設(shè)備的布局，確保光線均勻分布，避免過度照明和照明死角。通過科學(xué)的照明設(shè)計(jì)，可以減少照明系統(tǒng)的功耗，提高照明效果。在可能的情況下，充分利用自然光照，減少人工照明的使用時(shí)間。采用光伏發(fā)電系統(tǒng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，為照明設(shè)備提供清潔能源。

3.5電源開關(guān)的節(jié)能

電源開關(guān)是水利工程電氣系統(tǒng)中的重要組成部分，其節(jié)能設(shè)計(jì)可以有效降低系統(tǒng)的能耗。選擇具有較低待機(jī)功耗和運(yùn)行功耗的電源開關(guān)，以減少在電源開關(guān)處的能耗。低能耗的電源開關(guān)設(shè)備在非工作狀態(tài)時(shí)能夠降低能量損失，提高系統(tǒng)的整體效能。通過設(shè)置定時(shí)開關(guān)或遙控控制系統(tǒng)，可以確保電源開關(guān)在非工作時(shí)段自動(dòng)關(guān)閉，減少不必要的能Xnu/jbMyUEPGVuZgnB+Iww==源浪費(fèi)。這種控制方式有助于避免長(zhǎng)時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)的電源開關(guān)造成的能耗。采用智能化的電源管理系統(tǒng)，通過對(duì)電源開關(guān)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源開關(guān)的精準(zhǔn)管理。智能化的管理有助于降低電源開關(guān)的能耗，提高系統(tǒng)的整體效能。

3.6合理選擇和布置電力設(shè)備

合理選擇和布置電力設(shè)備是水利工程電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一環(huán)。在選用發(fā)電機(jī)、變頻器、電纜等電力設(shè)備時(shí)，優(yōu)先選擇能效較高、能耗較低的設(shè)備，以提高整個(gè)電氣系統(tǒng)的能效。能效高的設(shè)備在轉(zhuǎn)換電能時(shí)損耗較少，有助于減少系統(tǒng)的總體能耗。通過科學(xué)的電氣系統(tǒng)布局，避免電力設(shè)備之間的相互干擾和能源損耗。優(yōu)化布置可以減少電力設(shè)備之間的傳輸損失，提高系統(tǒng)的整體效率。采用智能控制系統(tǒng)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷情況調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。智能化控制有助于在不同工況下實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的最優(yōu)運(yùn)行，提高系統(tǒng)的節(jié)能性能[6]。

4結(jié)語

在水利工程電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，充分考慮節(jié)能是促使系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵一步。通過采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)、合理選擇和布置電力設(shè)備、優(yōu)化供電系統(tǒng)等措施，不僅可以降低能源消耗、減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，還能提高系統(tǒng)的整體效能和安全性通過建立完善的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員的培訓(xùn)和教育，以及推動(dòng)先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，可以為未來的水利工程電氣系統(tǒng)創(chuàng)造更加高效、環(huán)保的工程實(shí)踐。在節(jié)能設(shè)計(jì)的引領(lǐng)下，水利工程將更好地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，為可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉靖華.水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)探究[J].低碳世界，2020，10（6）：75，77.

[2] 丁海平.泵站工程中電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能措施分析[J].科學(xué)與信息化，2023（11）：7-9.

[3] 鐘偉民.水利工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)問題分析[J].工程建設(shè)與發(fā)展，2023，2（5）：49-51.

[4] 張祥菊，劉曉亮.水利泵站節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].水電水利，2023，7（8）：145-147.

[5] 周文慧.住宅建筑的電氣節(jié)能技術(shù)研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2021.

[6] 楊陽.水利工程逆向建?？盏?cái)?shù)據(jù)融合及降噪方法研究[D].鄭州：華北水利水電大學(xué)，2022.