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摘 要：本文笔者结合某水库电气设计中存在的节能环节进行了深入论述，结合本人从事多年的工作经验,并提出了一些个人的观点，以供同行参考。
关键词: 电气工程设计; 安全供电; 节能技术探讨
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
伴随着国家经济的快速发展,人们的环保节能意识也不断的加大。水库是我国国民经济的重要基础设施, 但有些水库大部分防洪标准偏低、电气化程度低，设备陈旧，对能源造成了很多不必要的浪费。而节约能源是我国的一项基本国策，电气设计必须贯彻的技术政策，为了能给水库工程带来良好的社会效益和经济效益就必须做好能源的节约。①用电量较小。水库中一般无高层建筑，作为水库中重要负荷的闸门启闭机起动不频繁。②可靠性要求较高。水库往往发挥着防洪、工业及城市供水以及发电等重要社会功能，对供电的可靠安全性要求很高。③用电点位置分散。我们需要针对水库中各个负荷点的用电特点，因地制宜地采用节能型式。
2 电气工程设计原则
2.1 优化供配电设计，促进电能合理利用
在做水库工程电气设计时首先考虑的是适用性，就是要能为水工设备的运行提供必要的动力; 为在水库建筑物内创造良好的人工环境提供必要的能源；应该满足用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性的要求；应能保证电气设备对于控制方式的要求，从而使电气设备的使用功能得到充分的发挥。做到供电系统高效、灵活、稳定、易控、多样、便捷、畅通。其次考虑的是安全性，电气线路应有足够的绝缘距离、绝缘强度、负荷能力、热稳定与动稳定的裕度；确保供电、配电与用电设备的安全运行；有可靠的防雷装置；防雷击技术措施；在水库特殊功能的场合下还应有防静电、防浪涌的技术措施；按水利建筑物的重要性与火灾潜在危险程度设置相应必要的技术措施。在满足水库电气工程的实用性和安全性的基础上，利用先进的技术，优化供配电设计，促进电能合理利用。
2.2 提高设备运行效率，减少电能的直接或间接损耗
在满足水工建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下，尽可能减少建设投资，最大限度的减少电能与各种资源的消耗。选用节能设备、均衡负荷、补偿无功、减少线路损耗、降低运行与维护费用，提高电源的综合利用率，提高设备运行效率、减少电能的间接或直接损耗。
2.3 合理调整负荷，选取合理的设计系数，提高负荷率和设备利用率
在满足水工建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下，设计时尽可能提高电能质量、合理调整负荷、选取合理的设计系数、在特殊用电的情况下选择合理的节能措施，提高负荷率和设备利用率节约电能。
3 安全供电与节能降耗
采用新技术、确保设备安全可靠、降低制水及兼顾投资成本、保证出水水质是业主和设计的共同目标。设计中选用进口真空断路器；选无谐波电压型变频调速装置，对配水泵机组调速，以节能降耗；对10kV 定速电机，采用电容器就地补偿装置，与电机同投入、同切除，以减小电机回路的无功损耗；对直流操作系统采用免维护直流屏；选用节能型变压器及性能价格比优的低压配电控制元件；室内照明采用节能型灯具，照明采用太阳能路灯，在追求绿色照明、节能环保上先行一步，每年可节省1.32 万度照明用电。
3.1 电压等级选择
（1）水库的高压配电电压宜采用10kV，低压配电宜采用220~380V。
（2）用电单位的供电电压，应根据期计算容量、供电距离、用电设备特性、供电回路数量、远景规划及当地公用电网的现状和发展规划等技术经济因素综合考虑确定。
（3）当小负荷用电是接当地低压电网。当水库的计算容量为200kVA 或用电设备单台功率大于250kW；当供电距离大于250m，计算负荷大于100kVA 的用户，宜采用高压供电。
3.2 供配电系统设计
（1）设计供配电系统时应简单可靠，配电级别不宜过多。
（2）应根据用电负荷的容量及分布，使变压器深入负荷中心，以缩短低压供电半径，降低电能损耗，节约有色金属，减少电压损失，提高供电质量。
（3）10kV 配电系统应简单灵活，有较大的适应性。根据负荷等级、容量、分布及线路走向等情况设计，配电系统宜以环式为主，也可采用放射式或树干式。
3.3 变压器的选择
（1）减少变压器的有功功率损耗
在设计选择变压器时应选用节能型的，如高导硅钢片；绕组采用优质铜导线，增加导线截面积；采用先进的硅钢片剪切工艺，改进铁芯叠片方式。像S10、SC10 及AMDT 等型油浸變压器或干式变压器。
（2）三相电源分相单独供电时，会使流过的三相电的电流产生不平衡，这种不平衡的状态会引起电网的失调、中线电位升高及变压器本体损耗增加，三相不平衡越大，损耗增加越大，减少负荷不平衡的方法有：
①将单相用电设备均匀的分接在三相电源上，最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷不宜小于平均值的85%；
②220V 照明负荷的线路电流小于等于30A 时，采用单相供电，大于30A 时采用三相四线制供电；
③单相自动补偿设备。
3.4 减少电能在线路传输上的损耗
由于电路上存在电阻，电流流过时，就会产生有功功率损耗。线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。线路电阻R=P×L/S，即线路电阻与电导P 成正比，与线路截面S 成反比，与线路长度L 成正比。在水库工程中线路上的总有功损耗是相当可观的，减少线路上的能耗必须引起设计重视。减少线路的损耗应从以下几方面入手。
（1）应选用电导率比较小的材质做导线。
（2）减小导线长度。①线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；②低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；③变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离。
（3）增大导线截面。为了水库的美观，配电室到溢洪闸、大坝照明往往需要很长的埋地电缆。对于这种比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再增大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M/m 为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70mm2，线路长度超过100m 的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。
3.5 提高自然功率因数是节能的一个重要环节
供配电系统未投入无功补偿装置时的有功功率与是在功率的比值称为自然功率因数。供配电系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，通电后都会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就从供配电系统的高、低压线路传输到用电设备，在传输过程产生的有功损耗减少。提高功率因数就可以在负荷的有功功率保持不变的条件下，减少负荷的无功功率和负荷电流从而达到降低线损的目的。
3.5.1 选用高功率因数高的用电设备
可采用功率因数较高的同步电动机；荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器。
3.5.2 采用电容器就地补偿
由于受导电抗的作用，电机发出的交流电流与交流电压的相位角不再为零，即电机发出的电能不能完全被用电气吸收，只有一部分吸收后转变为有用功，而相当一部分电能形式与电机之间往返变换而释放不出来。采用电容器补偿，因为电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，即Q=QL-QC,因此无功补偿，可以提高功率因数，因而也减少了无功需求量。无功补偿装置应就地安装，实行就地补偿，这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能的目的。
3.6 照明部分的节能
由于水库往往是风景区，有景观照明要求。水库中照明的面积大，供电负荷高，现在倡导绿色照明。绿色照明是节能、环保、有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活质量，保护身心健康的照明。照明节能潜力巨大，节能环节从下面几个方面入手。
3.6.1 光源节能
采用高效光源。白炽灯过去用的最广泛，因为它便宜，安装维护简单，它致命的弱点是发光率太低，因此目前常被各种发光率高，光色好，显色性能优异的新光源取代。
3.6.2 充分利用自然光
建筑物内尽量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面积，应将门窗开大，采用透光率较好的玻璃门窗，以达到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光的这部分的照明，可采用按照都标准检测现场照度，进行灯光自动调节。
4 结语
节约电能在水利工程电气设计的每个环节都有相应的技术措施，供配电系统安全、可靠；注重节能、投资及运行成本。
关键词: 电气工程设计; 安全供电; 节能技术探讨
中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
伴随着国家经济的快速发展,人们的环保节能意识也不断的加大。水库是我国国民经济的重要基础设施, 但有些水库大部分防洪标准偏低、电气化程度低，设备陈旧，对能源造成了很多不必要的浪费。而节约能源是我国的一项基本国策，电气设计必须贯彻的技术政策，为了能给水库工程带来良好的社会效益和经济效益就必须做好能源的节约。①用电量较小。水库中一般无高层建筑，作为水库中重要负荷的闸门启闭机起动不频繁。②可靠性要求较高。水库往往发挥着防洪、工业及城市供水以及发电等重要社会功能，对供电的可靠安全性要求很高。③用电点位置分散。我们需要针对水库中各个负荷点的用电特点，因地制宜地采用节能型式。
2 电气工程设计原则
2.1 优化供配电设计，促进电能合理利用
在做水库工程电气设计时首先考虑的是适用性，就是要能为水工设备的运行提供必要的动力; 为在水库建筑物内创造良好的人工环境提供必要的能源；应该满足用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性的要求；应能保证电气设备对于控制方式的要求，从而使电气设备的使用功能得到充分的发挥。做到供电系统高效、灵活、稳定、易控、多样、便捷、畅通。其次考虑的是安全性，电气线路应有足够的绝缘距离、绝缘强度、负荷能力、热稳定与动稳定的裕度；确保供电、配电与用电设备的安全运行；有可靠的防雷装置；防雷击技术措施；在水库特殊功能的场合下还应有防静电、防浪涌的技术措施；按水利建筑物的重要性与火灾潜在危险程度设置相应必要的技术措施。在满足水库电气工程的实用性和安全性的基础上，利用先进的技术，优化供配电设计，促进电能合理利用。
2.2 提高设备运行效率，减少电能的直接或间接损耗
在满足水工建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下，尽可能减少建设投资，最大限度的减少电能与各种资源的消耗。选用节能设备、均衡负荷、补偿无功、减少线路损耗、降低运行与维护费用，提高电源的综合利用率，提高设备运行效率、减少电能的间接或直接损耗。
2.3 合理调整负荷，选取合理的设计系数，提高负荷率和设备利用率
在满足水工建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下，设计时尽可能提高电能质量、合理调整负荷、选取合理的设计系数、在特殊用电的情况下选择合理的节能措施，提高负荷率和设备利用率节约电能。
3 安全供电与节能降耗
采用新技术、确保设备安全可靠、降低制水及兼顾投资成本、保证出水水质是业主和设计的共同目标。设计中选用进口真空断路器；选无谐波电压型变频调速装置，对配水泵机组调速，以节能降耗；对10kV 定速电机，采用电容器就地补偿装置，与电机同投入、同切除，以减小电机回路的无功损耗；对直流操作系统采用免维护直流屏；选用节能型变压器及性能价格比优的低压配电控制元件；室内照明采用节能型灯具，照明采用太阳能路灯，在追求绿色照明、节能环保上先行一步，每年可节省1.32 万度照明用电。
3.1 电压等级选择
（1）水库的高压配电电压宜采用10kV，低压配电宜采用220~380V。
（2）用电单位的供电电压，应根据期计算容量、供电距离、用电设备特性、供电回路数量、远景规划及当地公用电网的现状和发展规划等技术经济因素综合考虑确定。
（3）当小负荷用电是接当地低压电网。当水库的计算容量为200kVA 或用电设备单台功率大于250kW；当供电距离大于250m，计算负荷大于100kVA 的用户，宜采用高压供电。
3.2 供配电系统设计
（1）设计供配电系统时应简单可靠，配电级别不宜过多。
（2）应根据用电负荷的容量及分布，使变压器深入负荷中心，以缩短低压供电半径，降低电能损耗，节约有色金属，减少电压损失，提高供电质量。
（3）10kV 配电系统应简单灵活，有较大的适应性。根据负荷等级、容量、分布及线路走向等情况设计，配电系统宜以环式为主，也可采用放射式或树干式。
3.3 变压器的选择
（1）减少变压器的有功功率损耗
在设计选择变压器时应选用节能型的，如高导硅钢片；绕组采用优质铜导线，增加导线截面积；采用先进的硅钢片剪切工艺，改进铁芯叠片方式。像S10、SC10 及AMDT 等型油浸變压器或干式变压器。
（2）三相电源分相单独供电时，会使流过的三相电的电流产生不平衡，这种不平衡的状态会引起电网的失调、中线电位升高及变压器本体损耗增加，三相不平衡越大，损耗增加越大，减少负荷不平衡的方法有：
①将单相用电设备均匀的分接在三相电源上，最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷不宜小于平均值的85%；
②220V 照明负荷的线路电流小于等于30A 时，采用单相供电，大于30A 时采用三相四线制供电；
③单相自动补偿设备。
3.4 减少电能在线路传输上的损耗
由于电路上存在电阻，电流流过时，就会产生有功功率损耗。线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。线路电阻R=P×L/S，即线路电阻与电导P 成正比，与线路截面S 成反比，与线路长度L 成正比。在水库工程中线路上的总有功损耗是相当可观的，减少线路上的能耗必须引起设计重视。减少线路的损耗应从以下几方面入手。
（1）应选用电导率比较小的材质做导线。
（2）减小导线长度。①线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；②低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；③变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离。
（3）增大导线截面。为了水库的美观，配电室到溢洪闸、大坝照明往往需要很长的埋地电缆。对于这种比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再增大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M/m 为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70mm2，线路长度超过100m 的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。
3.5 提高自然功率因数是节能的一个重要环节
供配电系统未投入无功补偿装置时的有功功率与是在功率的比值称为自然功率因数。供配电系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，通电后都会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就从供配电系统的高、低压线路传输到用电设备，在传输过程产生的有功损耗减少。提高功率因数就可以在负荷的有功功率保持不变的条件下，减少负荷的无功功率和负荷电流从而达到降低线损的目的。
3.5.1 选用高功率因数高的用电设备
可采用功率因数较高的同步电动机；荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器。
3.5.2 采用电容器就地补偿
由于受导电抗的作用，电机发出的交流电流与交流电压的相位角不再为零，即电机发出的电能不能完全被用电气吸收，只有一部分吸收后转变为有用功，而相当一部分电能形式与电机之间往返变换而释放不出来。采用电容器补偿，因为电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，即Q=QL-QC,因此无功补偿，可以提高功率因数，因而也减少了无功需求量。无功补偿装置应就地安装，实行就地补偿，这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能的目的。
3.6 照明部分的节能
由于水库往往是风景区，有景观照明要求。水库中照明的面积大，供电负荷高，现在倡导绿色照明。绿色照明是节能、环保、有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活质量，保护身心健康的照明。照明节能潜力巨大，节能环节从下面几个方面入手。
3.6.1 光源节能
采用高效光源。白炽灯过去用的最广泛，因为它便宜，安装维护简单，它致命的弱点是发光率太低，因此目前常被各种发光率高，光色好，显色性能优异的新光源取代。
3.6.2 充分利用自然光
建筑物内尽量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面积，应将门窗开大，采用透光率较好的玻璃门窗，以达到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光的这部分的照明，可采用按照都标准检测现场照度，进行灯光自动调节。
4 结语
节约电能在水利工程电气设计的每个环节都有相应的技术措施，供配电系统安全、可靠；注重节能、投资及运行成本。