浅析港口电气节能设计

摘要：本文作者对港口码头工程中电气设计的节能原则与方法进行阐述，从多个方面和角度论述港口码头工程电气设计实现节能的措施和工程中的合理应用。

关键词：港口；电气；节能设计

中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

改革开放以来，我国经济取得了举世瞩目的成就，随着我国国民经济的迅猛发展，能源紧缺日益严重，尤其是电力供应不堪重负，不但影响了我国经济的发展，而且消耗了大量宝贵的不可再生能源。在这个问题上，我国政府把降低能耗和节能减排放在了极其重要的位置。 港口码头工程电气的节能设计潜力很大，电气设计人员在设计中应精心考虑。在选择新型节能设备上,要充分了解其原理、性能、效果,反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标、满足功能需求、行之有效而又切实可行的节能措施，从而达到真正节约电能的目的。

1 变压器的节能设计

在变压器设计中应尽量采用低能耗及铜线材的新型高效节能变压器,减少变压器的有功功率损耗，尽可能使变压器负荷率设计在75％~85％。合理选择变压器的容量和台数，以适应由于负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。

变压器的有功功率损耗如下式表示：Pb＝Po＋Pkβ2其中：Pb——变压器有功损耗（KW）；Po——变压器的空载损耗（KW）；Pk——变压器的有载损耗（KW）；β——变压器的负载率。

Po部分为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以变压器应选用节能型的，如S11型油浸变压器或SC(B)11节能型干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向矽钢片，由于"取向"处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。

Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，即负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值，在β＝50％处每千瓦的负载，变压器的能耗最小,但此时仅仅是为了节能而没有考虑经济价值。其实变压器实际运行的负荷率是很不均匀的,根据《变压器允许过负荷系数的负荷率最大负荷持续时间关系曲线》可求得变压器的过负荷系数,所以在确定变压器容量时,可按75%-85%的负荷率选择。若变压器选择容量过大,长期低于经济运行的负荷率,会造成有功损耗的上升,因为其容量过大,铁损增大。为减小变压器损耗,当容量大而需要选用多台变压器时,在合理分配负荷的情况下,尽可能减少变压器的台数,选用大容量的变压器。例如需装机容量4000kVA,可选二台2000kVA,不选四台1000kVA。

2 配电系统的节能设计

在工程设计中，变电所的中心位置应尽量接近负荷中心，以缩短配电半径，减少线路损耗，同时还要兼顾电源的进出线方向。实际上对多数工程来讲，至少从有色金属消耗量及线路功率损失这两个原则出发选择变电所的位置，得出的结果才能在一次性投资、节能降损及设施维护管理等方面产生直接的经济效益。

根据负荷容量、供电距离及分布、用电设备的特点等因素合理设计供配电系统，使系统尽量简单可靠，操作方便。一般要求配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10％，干线及分支线首端的不平衡度不大于20％，中性线的电流不超过额定电流的25％，这是因为在配电系统中，有的相电流较小，有的相电流接近甚至超过额定电流，这种情况下，不仅影响变压器的安全经济运行，影响供电质量，而且会成倍增加线损,所以在设计中应尽量减小三相不平衡度。

3 电气配电线路的节能设计

一个工程中线路总长不下万米，大工程更甚，因此而造成的电能损耗相当可观，所以减少线路能耗必须引起设计人员的足够重视。

低压线路截面选择的一般原则是按发热条件、机械强度、电压损失,并按热稳定校核其最小截面,当线路较长时,电压损失较大,这时主要根据电压损失的计算选择截面。因为线路上的电流是不能改变的,要减少线路的损耗,只有减少线路电阻。线路电阻R=ρL/S,即与线路电阻电导率ρ成正比,与线路截面积S成反比,与线路的长度成正比。

4 提高供配电系统的功率因数

功率因数提高了可以减少线路无功功率的损耗，提高设备利用率，从而达到节能目的。

提高供配电系统功率的具体方法有：

4.1 提高自然功率因数

自然功率因数是在没有任何补偿情况下，用电设备的功率因数。提高自然功率因数的方法有：a、选择自然功率因数较高的电机；b、尽量选择效率高的电弧焊机；c、安排和调整工艺流程，改善机电设备的运行状况；d、在生产工艺条件允许的情况下，采用同步电动机代替异步电动机。

4.2 采用人工补偿无功功率

装用无功功率补偿设备进行人工补偿，电力用户常用的无功功率补偿设备是电力电容器，又称并联电容器、移相电容器、静电电容器。在具体工程设计中有采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，可根据具体情况具体分析。但在港口码头工程中应采用快速响应的功率因数补偿和具有谐波治理能力的装置。这样，既扩大了变压器的输出能力，又节约了电能，效果显著。

5 照明用电的节能设计

照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能。

5.1 合理的选择光源及灯具。衡量照明质量的主要指标有: 照度、眩光、显色性等；而照明节能的评价指标是照明功率密度即单位面积上的照明安装功率（包括光源、镇流器或变压器）。

5.2 合理选择照度值选择。照度是照明设计的重要问题。照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。

5.3 合理选择照明线路。照明线路的损耗约占输入电能的4%左右，影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。大多数照明电压为220V，照明系统可由单相二线、两相三线、三相四线三种方式供电。三相四线式供电比其它供电方式线路损耗小得多。因此照明系统应尽可能采用三相四线制供电。

5.4 合理选择照明方式。在满足标准度的条件下，为节约电力，应恰当地选用一般照明、局部照明和混合照明三种方式。

5.5 合理的控制方式。应采用集中控制，并按需要采取或降低照度的控制措施，以便由工作人员专管或兼管。照明灯具的合理控制也是照明节能的重要手段。

6 结束语

《关于港口节能减排工作的指导意见》要求各级交通（港口）主管部门和港口企业坚持优化设计与强化管理相结合、应用先进技术与淘汰落后工艺相结合、健全制度与宣传培训相结合，加大节能减排的政策扶持力度，逐步转变港口经济发展方式，发展港口循环经济，推进港口节能减排工作取得新进展。调查统计显示，随着生产规模化、专业化程度的提高，港口能源单耗虽已呈下降趋势，但仍存在较大的节能减排空间。作为二次能源的电能，如何降低损耗、高效利用，如何将节能技术合理应用到工程项目当中，也就成为港口码头程电气设计的焦点。 面对电力日趋紧张的形势，作为电气设计工作者如何贯彻落实“坚持开发,节约并重、节约优先,大力推进节能”的指导方针，尽量做到电气节能设计将是一个很大的课题。

参考文献：

[1] 张彦，李惠强.变电所总平面布置中的优化原则[J].船电技术，2009，（1）.

[2] 唐勤华.集装箱重箱堆场ERTG工艺方案的选择[J].水运工程，2011，（10）.