中国市政工程中南设计研究总院有限公司 浙江杭州 310000
摘要：节约能源是我国的基本国策。国家经济建设快速发展的同时，日益面临环境资源稀少的巨大矛盾，因此，在市政建设过程中需要进一步加强节能降耗工作。本文结合宁波江北下沉式再生水厂讨论在市政工程中电气系统建设实施的节能降耗技术措施。
关键词：市政工程；电气系统；节能降耗；技术措施
1宁波江北下沉式再生水厂供配电系统概况
宁波江北下沉式再生水厂总规模为35万m3/d，一期建设规模为15万m3/d，设备分2阶段安装，一阶段安装10万m3/d。本工程为地埋式污水处理厂，仅将变配电间及综合楼设置在地面上。
本工程电压等级为10kV，0.4kV两个电压等级。根据用电设备的性质、特点、负荷分布情况，本工程设有一座10kV 变电站、三座10/0.4kV变配电室。每座低压变配电室皆位于负荷中心，供电半径小、输配电系统能耗低、供电质量及可靠性高。每座变压器均设置两台干式变压器，一用一备。
2 宁波江北下沉式再生水厂节能措施
1）合理选择变配电室位置
本工程用电负荷主要集中在预处理区域、深化处理区域以及深度处理区域。预处理区域主要包括进水提升泵房及粗格栅、细格栅及曝气沉砂池、精细格栅池、污泥干化系统等，总计算负荷1548kVA，因此在预处理上方设置一座10/0.4kV变配电室。深化处理区域主要包括生化池、鼓风机房、二沉池、除臭系统等，总计算负荷1515 kVA，因此在深化处理上方设置一座10/0.4kV变配电室。深度处理区域主要包括高效沉淀池、中间提升泵房、反硝化深床滤池、紫外线消毒渠、尾水提升泵房等，总计算负荷1690 kVA，因此在深度处理上方设置一座10/0.4kV变配电室。
本工程变配电室考虑线路供电距离，均深入负荷中心供电，因此低压配电线路长度大大减小，线路阻抗随之减小，从而减小线路损耗，提高供电效率。
2）保证三相负荷的平衡性
本工程主要用电设备为水泵、风机类负载，大部分为三相负荷，三相负荷基本平衡。如果无法保障三相负荷的平衡性，会造成不对称负荷，从而使中性导体电流增大，则会使得配电出现零序电流的情况，会使得线路与变压器的电能损耗显著提升。如果三相线路中不平衡度减少约30%，则可以降低约7%的电能损耗。如果能减少50%的不平衡度，则能降低15%的电能损耗。由此可见，通过提升三相负荷的平衡度，能有效降低实际电能损耗的情况。
3）提高功率因素
功率因数提高的优点有：（1）在有功功率一定的情况下，功率损耗与功率因数的平方成反比，因此功率因数越高，线缆功率损耗越低，提高功率因数可以减少线路损耗。（2）提高功率因数减少变压器的铜损。变压器的功率损耗主要包含铁损和铜损。提供变压器二次侧的功率因数，可使总的负荷电流减少，从而减少铜损。（3）提高功率因数可以减少线路及变压器的电压损失。由于提高了功率因数，减少了无功电流，因而减少了线路及变压器的电流，从而减少了电压降。（4）提高功率因数可以增加发配单设备的供电能力。
本工程三座10/0.4kV变配电室均在低压侧设置集中无功补偿装置，采用SVG型无功动态补偿，对配电网和配电变压器有降损作用。SVG型无功动态补偿装置投切控制方式为IGBT构成的电流源型控制，可动态快速连续平滑调节无功输出，最大限度满足功率因数补偿要求。SVG型无功动态补偿装置具备滤除谐波的能力，可滤除变频器产生的谐波等。
4）合理选择变压器
变压器的选择应满足《三相配电变压器能效限定值及能效等级》（GB20052-2013）的规定，变压器选择优先选择耗损值为2级或1级的产品。
本工程采用非晶合金材料干式变压器。非晶合金材料由铁、钴、硅、硼、碳等元素配比合成，具有以下特点：（1）各向同性软磁材料，利于去磁，电阻率高，涡流损耗小；（2）厚度非常薄，仅为0.025mm；（3）使用非晶材料，比使用硅钢片空载损耗下降70%-80%。
表1 变压器损耗比较
年损耗电量=全年运行小时数*（空载损耗+负载损耗*负载率的平方）
由此可见，非晶合金干式变压器节能效果显著。虽然初期投资较多，但单台变压器每年节省电费10400元左右，七年左右可收回多余投资，并且非晶合金干式变压器维修方便以及可回收利用。
5）合理设置变频器
本工程采用变频调速装置合理调节水泵、风机设备的运行频率，达到最佳工况节约能源。工艺设计时，水泵、风机的容量按最不利情况下设计，风量及风压、流量及扬程均按最大值设计，实际上存在较大的调整空间，采用变频器调节水泵、风机等电动机的转速，从而改变电动机的输出功率，可达到节能效果。本工程大部分水泵采用变频器调节控制，优化工艺运行参数，达到节能目的。
从流体力学的原理得知，使用感应电动机驱动的风机、水泵负载，当电动机的转速由n1调节为n2时，输出轴功率P、流量Q、扬程H与转速n的关系为：
Q2=Q1*n2/ n1；H2=H1*（n2/ n1）2；P2=P1*（n2/ n1）3；
由此可见，当需要75%的流量时，电动机调节频率为37.5Hz，这时所需要的的轴功率为原来的42.2%，节能效果非常显著。在进行节能计算时，应考虑变频器本身的功率损耗。
6）合理选择电缆
电缆通过电流时会产生电能损耗，电能损耗与导体材料、导体截面积和线路长度因数有关系。由于铜导体的电导率较高，为了减小线路损耗，本工程电缆导体采用铜导体。导体截面积采用经济电流的方法进行合理选择并进行热稳定校验。在经济合理的原则下，适当的增大截面积以降低线路损耗。此外，电缆敷设时，尽量按照直线敷设的原则，提升节能效果。
7）照明节能
本工程为地埋式污水处理厂，厂区面积较大，若全部采用灯具照明，将大大增加用电功率，因此考虑灯具照明与自然光相结合的方式，可降低用电功率，达到节约能源的目的。
（1）自然光照明
本工程采用导光管采光系统，通过室外采光装置采集自然光，经导光管高效反射及传输后，由漫反射器将自然光均匀导入室内需要光线的任何地方。光导照明系统黎明至黄昏、阴雨天均有良好的导光效果。
本工程地下厂房总面积为34000平方米，按照《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）节能标准，厂房照度标准值为100lux，若全部采用灯具照明则需要80KW的照明灯具。本工程在地面上适当处设置80处导光筒，导光筒直径为750mm，每个导光筒照射面积60平方米，照明亮度为196lux（室外自然光为45Klux），剩余区域需要65KW的照明灯具，一天节约用电约15kW*12h=180度。
结语
综上所述，电气设计节能措施包括合理选择变配电室位置、保证三相负荷的平衡性、提高功率因素、合理选择变压器、合理设置变频器、合理选择电缆以及照明节能。落实市政工程电气设计中的节能措施，是市政行业践行节能减排的重要方式，更是有效推动社会可持续发展的重要力量。