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摘 要 从科学合理计算优选供配电电压等级、电力变压器优化选型设计、供配电线路优化设计三个方面，详细分析了建筑电气供配电系统的节能优化设计技术方案措施。
关键词 建筑电气；变压器；供电线路；节能；设计
中图分类号：TU24 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）032-137-01
国民经济的快速发展，城镇化建设步伐不断加快，我国已建项目的总建筑面积已超过400亿m2，且新增建筑量正以20余亿m2/a的速度快速增长。当前，据建设部和国家建材局相关统计结果表明，我国建筑物能耗约占全社会总能耗的27%～30%左右，建材能耗约占17%，两者总能耗在全社会总能耗中所占比例相当高。在国外一些先进发达国家，节能型建筑所占比例已达到40%左右，而我国由于受当时建设技术水平、建设理念、投资资金等因素的影响，节能型建筑所占比例非常小，建筑节能潜力相当大。在建筑能耗系统中，建筑电气是一个耗电大户。因此，在工程实践设计、施工、运行维护等环境中，如何采取有效的节能降耗优化设计技术措施，在确保建筑电气系统性能正常发挥的基础上，有效降低电能损耗、提供电能转换利用效率，已成为建筑电气优化节能设计研究的重要内容。
1 科学合理计算优选供配电电压等级
在进行建筑电气供配电系统设计过程中，应根据建筑电气系统总用电量需求，科学合理的计算优选供配电电压等级。当建筑电气系统总用电量在250 kW及以上或配电变压器所需容量在160 kVA及以上时，设计过程中宜采用10（6）kV线路进行供电，以下则按照低压供电系统进行设计。对于单台大容量用电设备（如：给排水水泵、中央空调等）设备系统的供电电压优化节能选择时，宜根据建筑电气供电条件、电机起动控制方式、以及电机起停过程中对配电变压器的影响等因素来合理确定，通常以350 kW作为高、低压供电的设计分界点。在进行低压供电系统设计过程中，尤其对于照明负荷而言，当线路电流在40 A及以下时，宜采用220 V单相进行供电，而当线路电流大于40 A时，则宜采用380/220 V的三相供电模式。
2 电力变压器优化选型设计
进行高层楼宇配电变压器优化选型设计过程中，首先应详细准确统计楼宇电气系统负荷，并根据用电总量合理选择配电变压器的供电电压、供电容量、变配电所基址等。结合高层楼宇建筑电力负荷波动曲线进行详细地计算分析，并结合相应的优化设计技术手段，合理调配负荷和设计完善的经济调度方案，使电力负荷曲线尽量保持平坦，具有较高的三相平衡度，尽量减少闲置电气设备和闲置配电容量，使电能得到充分转换利用，降低能耗和无谓电能资源浪费。
2.1 优选节能型变压器
配电变压器种类选择，对于整个高层楼宇建筑供配电系统的节能尤为重要。配电变压器运行过程中的空载损耗（铁损）主要发生在变压器铁心叠片内部，是由于交变的磁力线经内部铁心产生磁滞及涡流进而产生损耗。优选铁心材料可以有效降低变压器空载損耗，非晶合金铁心变压器是当前节能型变压器主要的铁心材料。另外，S11、S13、S15等型号的节能型配电变压器，其卷铁心结构改变常规S7、S9叠片式铁心结构，在很大程度上降低了磁阻，使配电变压器运行过程中的空载电流可以降低60%～80%，进而有效提高了变压器运行功率因数，减少了建筑供配电系统的线损，改善了建筑供配电系统的供电电能质量和供电可靠性，使变压器空载损耗降低20%～35%。
2.2 合理选择配电变压器容量与台数
从损耗、投资费用等方面进行综合考虑，为了确保设计悬着的配电变压器在使用期内能够预留适当的容量，推荐变压器设计负载率 在75%～85%较为适宜，这样不仅可以获得较为的技术经济性，同时又能确保变压器容量能够满足后期一定程度的扩容需求，增加其使用寿命和技术经济性。
在配电变压器经济调度方案优化节能设计过程时，应结合负荷特性合理分配用电负荷、合理计算优选配电变压器容量与台数，即通过科学合理的调控设计方案，使配电变压器能够长时间运行在高效工况，有效降低变压器运行总损耗。为了降低供配电网络的电能损耗，达到最佳节能降耗效果，对于2台及以上配电变压器共同联合运行时，应根据系统负荷波动情况建立联合经济调度运行模式。2台及以上配电变压器损耗功率与负载波动间的关系为：当配电变压器负载小于或等于Sa时，则投运1台配电变压器较为节能经济；当负载大于Sa而小于Sb时，则投运2台配电变压器较为节能经济；当负载大于或等于Sb时，则投运3台配电变压器较为经济。也就是说在2台及以上配电变压器联合经济调度运行过程中，Sa、Sb等就称为系统经济调度运行的临界负荷。当配电负荷率 低于30%时，应根据实际运行负荷需求切换到小容量变压器；当负荷率 超过80%并通过设计计算不利于经济调度运行时，则在容量选择过程中需要考虑放大一级容量来进行节能设计。当建筑电气系统运行负荷功率较为稳定时，在合理分配负荷的情况下，应尽可能减少变压器的设计台数，应优选大容量、节能型配电变压器。如建筑电气系统计算负荷在2000 kV.A左右时，宜优选2台1000 kV.A的变压器，不宜选4台500 kV.A的变压器，这样一方面便于两台变压器并联进行经济调度运行，另一方面，前者总运行损耗要比后者低，且其成本和运行经济效益较后者要优。
3 供配电线路的优化设计
3.1 合理优选供配电导线类型
在进行供配电系统优化节能设计过程中，应结合建筑电气系统实际情况，从技术、经济性等方面进行综合考虑，宜优选电导率较小的新型材质节能型导线。严格按照经济电流密度来确定所选导线的经济截面，通常按照年综合运行费用最小设计原则来合理确定导线单位面积的经济电流密度。在实际工程优化节能设计过程中，铜芯电缆其电能传输效率较其它材质优越，但由于铜自身成本偏高，因此在进行供配电线路综合布线优化设计过程中，要充分考虑设计方案的经济效益特性，合理选择铜、铝等材质导线。对于建筑电气系统中，负荷容量较大的一类、二类负荷，则应优选铜导线，而对于三类或负荷容量偏小的其它电力负荷，则宜优选铝导线，以提高整个供配电系统设计方案的技术、经济性能。
3.2 合理布线避免迂回供电问题
在进行变配电所选址、线路布线、负荷位置优化设计过程中，应结合建筑结构合理进行供电线路综合布线，尽量将变配电所设置在负荷中心，将低压配电室设置在靠近强电竖井部位，将大容量负荷设置在离电源点较近、易于供电的区域，以缩短线路的供电距离，降低线路运行损耗。低压线路其设计供电半径应控制在200 m范围内，而当建筑物每层面积超过10000 m2时，应结合建筑物结构平面设置2个以上变配电台区，提高供电可靠性和减少供电干线长度，降低线损。对于供电距离超过经济范围区时，应在满足额定载流量、动热稳定、电压降等基本条件的基础上，合理增大一级供电线路线缆截面，以降低线路损耗。
4 结束语
在进行建筑电气供配电系统节能优化设计过程中，除了要考虑上述多个方面的节能设计外，还需要从设计合理无功补偿系统、设计合理电机变频调速方案、设计完善智能照明控制系统、设计可靠冰蓄冷空调系统、设计电梯群控节能系统等方面进行综合节能优化设计。
参考文献
[1]陈众励，赵济安，邵民杰.建筑电气节能技术综述[J].低压电器，2007（4）：1-5.
[2]邹汉谦.谈供配电系统节电技术措施[J].深圳土木与建筑，2008（1）：13-17.
作者简介
叶婷婷（1985-），女，籍贯：浙江温州，学历：本科，职称：工程师，研究方向：供配电-节能设计。
关键词 建筑电气；变压器；供电线路；节能；设计
中图分类号：TU24 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）032-137-01
国民经济的快速发展，城镇化建设步伐不断加快，我国已建项目的总建筑面积已超过400亿m2，且新增建筑量正以20余亿m2/a的速度快速增长。当前，据建设部和国家建材局相关统计结果表明，我国建筑物能耗约占全社会总能耗的27%～30%左右，建材能耗约占17%，两者总能耗在全社会总能耗中所占比例相当高。在国外一些先进发达国家，节能型建筑所占比例已达到40%左右，而我国由于受当时建设技术水平、建设理念、投资资金等因素的影响，节能型建筑所占比例非常小，建筑节能潜力相当大。在建筑能耗系统中，建筑电气是一个耗电大户。因此，在工程实践设计、施工、运行维护等环境中，如何采取有效的节能降耗优化设计技术措施，在确保建筑电气系统性能正常发挥的基础上，有效降低电能损耗、提供电能转换利用效率，已成为建筑电气优化节能设计研究的重要内容。
1 科学合理计算优选供配电电压等级
在进行建筑电气供配电系统设计过程中，应根据建筑电气系统总用电量需求，科学合理的计算优选供配电电压等级。当建筑电气系统总用电量在250 kW及以上或配电变压器所需容量在160 kVA及以上时，设计过程中宜采用10（6）kV线路进行供电，以下则按照低压供电系统进行设计。对于单台大容量用电设备（如：给排水水泵、中央空调等）设备系统的供电电压优化节能选择时，宜根据建筑电气供电条件、电机起动控制方式、以及电机起停过程中对配电变压器的影响等因素来合理确定，通常以350 kW作为高、低压供电的设计分界点。在进行低压供电系统设计过程中，尤其对于照明负荷而言，当线路电流在40 A及以下时，宜采用220 V单相进行供电，而当线路电流大于40 A时，则宜采用380/220 V的三相供电模式。
2 电力变压器优化选型设计
进行高层楼宇配电变压器优化选型设计过程中，首先应详细准确统计楼宇电气系统负荷，并根据用电总量合理选择配电变压器的供电电压、供电容量、变配电所基址等。结合高层楼宇建筑电力负荷波动曲线进行详细地计算分析，并结合相应的优化设计技术手段，合理调配负荷和设计完善的经济调度方案，使电力负荷曲线尽量保持平坦，具有较高的三相平衡度，尽量减少闲置电气设备和闲置配电容量，使电能得到充分转换利用，降低能耗和无谓电能资源浪费。
2.1 优选节能型变压器
配电变压器种类选择，对于整个高层楼宇建筑供配电系统的节能尤为重要。配电变压器运行过程中的空载损耗（铁损）主要发生在变压器铁心叠片内部，是由于交变的磁力线经内部铁心产生磁滞及涡流进而产生损耗。优选铁心材料可以有效降低变压器空载損耗，非晶合金铁心变压器是当前节能型变压器主要的铁心材料。另外，S11、S13、S15等型号的节能型配电变压器，其卷铁心结构改变常规S7、S9叠片式铁心结构，在很大程度上降低了磁阻，使配电变压器运行过程中的空载电流可以降低60%～80%，进而有效提高了变压器运行功率因数，减少了建筑供配电系统的线损，改善了建筑供配电系统的供电电能质量和供电可靠性，使变压器空载损耗降低20%～35%。
2.2 合理选择配电变压器容量与台数
从损耗、投资费用等方面进行综合考虑，为了确保设计悬着的配电变压器在使用期内能够预留适当的容量，推荐变压器设计负载率 在75%～85%较为适宜，这样不仅可以获得较为的技术经济性，同时又能确保变压器容量能够满足后期一定程度的扩容需求，增加其使用寿命和技术经济性。
在配电变压器经济调度方案优化节能设计过程时，应结合负荷特性合理分配用电负荷、合理计算优选配电变压器容量与台数，即通过科学合理的调控设计方案，使配电变压器能够长时间运行在高效工况，有效降低变压器运行总损耗。为了降低供配电网络的电能损耗，达到最佳节能降耗效果，对于2台及以上配电变压器共同联合运行时，应根据系统负荷波动情况建立联合经济调度运行模式。2台及以上配电变压器损耗功率与负载波动间的关系为：当配电变压器负载小于或等于Sa时，则投运1台配电变压器较为节能经济；当负载大于Sa而小于Sb时，则投运2台配电变压器较为节能经济；当负载大于或等于Sb时，则投运3台配电变压器较为经济。也就是说在2台及以上配电变压器联合经济调度运行过程中，Sa、Sb等就称为系统经济调度运行的临界负荷。当配电负荷率 低于30%时，应根据实际运行负荷需求切换到小容量变压器；当负荷率 超过80%并通过设计计算不利于经济调度运行时，则在容量选择过程中需要考虑放大一级容量来进行节能设计。当建筑电气系统运行负荷功率较为稳定时，在合理分配负荷的情况下，应尽可能减少变压器的设计台数，应优选大容量、节能型配电变压器。如建筑电气系统计算负荷在2000 kV.A左右时，宜优选2台1000 kV.A的变压器，不宜选4台500 kV.A的变压器，这样一方面便于两台变压器并联进行经济调度运行，另一方面，前者总运行损耗要比后者低，且其成本和运行经济效益较后者要优。
3 供配电线路的优化设计
3.1 合理优选供配电导线类型
在进行供配电系统优化节能设计过程中，应结合建筑电气系统实际情况，从技术、经济性等方面进行综合考虑，宜优选电导率较小的新型材质节能型导线。严格按照经济电流密度来确定所选导线的经济截面，通常按照年综合运行费用最小设计原则来合理确定导线单位面积的经济电流密度。在实际工程优化节能设计过程中，铜芯电缆其电能传输效率较其它材质优越，但由于铜自身成本偏高，因此在进行供配电线路综合布线优化设计过程中，要充分考虑设计方案的经济效益特性，合理选择铜、铝等材质导线。对于建筑电气系统中，负荷容量较大的一类、二类负荷，则应优选铜导线，而对于三类或负荷容量偏小的其它电力负荷，则宜优选铝导线，以提高整个供配电系统设计方案的技术、经济性能。
3.2 合理布线避免迂回供电问题
在进行变配电所选址、线路布线、负荷位置优化设计过程中，应结合建筑结构合理进行供电线路综合布线，尽量将变配电所设置在负荷中心，将低压配电室设置在靠近强电竖井部位，将大容量负荷设置在离电源点较近、易于供电的区域，以缩短线路的供电距离，降低线路运行损耗。低压线路其设计供电半径应控制在200 m范围内，而当建筑物每层面积超过10000 m2时，应结合建筑物结构平面设置2个以上变配电台区，提高供电可靠性和减少供电干线长度，降低线损。对于供电距离超过经济范围区时，应在满足额定载流量、动热稳定、电压降等基本条件的基础上，合理增大一级供电线路线缆截面，以降低线路损耗。
4 结束语
在进行建筑电气供配电系统节能优化设计过程中，除了要考虑上述多个方面的节能设计外，还需要从设计合理无功补偿系统、设计合理电机变频调速方案、设计完善智能照明控制系统、设计可靠冰蓄冷空调系统、设计电梯群控节能系统等方面进行综合节能优化设计。
参考文献
[1]陈众励，赵济安，邵民杰.建筑电气节能技术综述[J].低压电器，2007（4）：1-5.
[2]邹汉谦.谈供配电系统节电技术措施[J].深圳土木与建筑，2008（1）：13-17.
作者简介
叶婷婷（1985-），女，籍贯：浙江温州，学历：本科，职称：工程师，研究方向：供配电-节能设计。