校園電網優化及節能改造策略

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摘要:為滿足校園電網的容量和設計要求，提高供電管理水平和技術水平，介紹了校園電力系統規劃的一般方法與原則。電力系統規劃研究方法主要包括模糊規劃、灰色理論、動態規劃等。以青海柴達木職業技術學院為例，分析了校園用電需求，對變壓器及線路進行優化設置，提出了校園電網優化及節能改造策略。通過合理設計優化電力線纜，建設高水平的智能管理系統，為校園電力系統的改造提供了新思路。

關鍵詞:校園;電網優化;節能改造;策略

電力系統設備和線纜損耗是能耗的重要組成部分，校園電網線路及電力設備的節電提效具有極大的改造潛力，通過校園電網的節能降耗工程，可更好地節約電力資源。

1校園電力系統規劃的一般方法與原則

安排合適的電網電壓。通過合理的電路潮流計算，建立環網線路環境和運行狀態，在不改變電能質量和諧波要求的基礎上提高部分運行電壓。電網的有功損耗與運行電壓的平方相關，因此提高電網運行電壓可提高電網的節電效率。選擇節能且能耗等級高的變壓器。變壓器的無功損耗和空載損耗是電網電力損耗的重要因素，因此選用能耗等級高且節能的變壓器產品可以大幅度改善電力系統的電能損耗，為后期電網的標準化改造提供設備準備。應合理安排變壓器容量，選擇容量使用率60%～70%，以降低能耗。實時進行線路運行監控，防止出現漏電現象。由專人巡查電纜運行情況，快速處置線路受損、斷裂、腐蝕和松動等問題，降低因接觸點電阻提高而引起的電力耗散，保障各種絕緣子的合理穩定使用，定期清掃變壓器、斷路器及絕緣瓷件等。使用新設備、新工藝、新規劃，改善電能效益。為應對校園用電負荷的日益增長，應安置新的供電線纜，合理增加變壓器。校園配電網的系統規劃原則是可靠、安全。電力系統規劃和設計應滿足以下要求:在學校內部建立電力系統，在負荷中心區建立開閉站，實現單體樓群控制。變電站到開閉站需要使用電纜線路，所有的外漏線路要進行入地改造。為了杜絕線纜入地后帶來的輻射外溢，滿足工作維護需求，要在校園建立地下纜線管道網，依托隧道、綜合管廊、溝道、管井等，將地下線纜網格化。校園能源監測管理系統旨在對校園的行政辦公54樓、實訓車間、學生住宿、實訓基地等教學建筑開展教學能耗數據收集及用電設備監控管理。將教學場地和設施的電能使用數據實時傳送到電能監控室，開展計算和解析，指示或下載各種參數的歷史趨勢數據，管理員也可以統一對平臺設備進行分時分段管理。電力網絡覆蓋了校園內的每一棟大樓。校園節能監測管理系統可借原有的電力線傳輸數據，無需增加額外線路改造成本，實現對各種耗能設備的能耗管理、設備監控、節能分析、分項計量等。建立分層用電模型。滿足學校各種場合的應用，實時計量數據，可以保存和提供歷史數據，支持逐時、逐日、逐月、逐季、逐年的自由查找，實現樓宇、院系用能趨勢分析和用能指標分析，實現電路故障分析，按照區域、分類、分項統計各類能耗數據，對周期(日、周、月、年)能耗進行統計分析。

2電力系統規劃研究方法

2.1模糊規劃

該數學模型清晰簡潔，易于掌握，對多因素、多層次的復雜問題具有良好的評價效果。模糊評價模型不僅可以根據綜合得分對評價對象進行評價和排序，還可以根據模糊評價集上的值，按照最大隸屬度原則對評價對象進行等級評價，評價結果包含豐富的信息。評估是成對進行的，它對被評估對象具有唯一的評估值，且不受被評估對象的對象集影響，更接近人們的思維習慣和描述方法，更適合于社會經濟系統問題的評價。該方法的優點是可以處理不確定的隨機性問題，為設計規劃中的多個因素提供了一個比較適中的解決方案，能夠避免設計過程中出現的不確定情況及因表達引起的歧義。該算法簡單，可以借助計算機進行。其缺點是模糊優化需要其他模糊算子，當引入其他模糊因數時，數據將變得曲線化，極大降低了計算效率。模糊規劃方法是目前電力系統設計中研究最充分的方法。

2.2灰色理論

灰色關聯分析的實質是利用各方案與最優方案之間的關聯度對評價對象進行比較和排序。關聯度越大，比較序列與參考序列之間的變化趨勢越一致;相反，變化趨勢是相反的，以得到評價結果。它是一種能有效評估具有大量未知信息的系統模型，是定性分析與定量分析相結合的綜合評價模型。該模型較好地解決了評價指標難以準確量化和計數的問題，消除了人為因素的影響，使評價結果更加客觀、準確。整個計算過程簡單易懂，便于掌握;數據無需歸一化，可直接用原始數據計算，可靠性強;評價指標體系可根據具體情況增減，不需要大量的樣本，只需要有代表性的少量樣本。

2.3動態規劃

動態規劃是按照一定次序分成互相聯系的子階段，其中的關鍵是互相聯系。如果是獨立的子問題，即分治法，分而治之。動態規劃是將一個大問題化成一組互相聯系、同類型的子問題，因為是同類型，所以在逐個解決子問題時就可以利用相同的決策，更容易地解決問題?；ハ嗦撓道们懊嬉呀浗鉀Q的子問題的最優化結果來依次進行計算接下來的子問題，當最后一個子問題得到最優解時，就是整個問題的最優解。

3校園用電需求分析

校園的負載運算主要包括需求系數法，該方法簡單，在設計單元中應用廣泛。當用電系統中設備數量繁多且各設備功率基本相同時，則適合用需求系數法進行核算。校園電力設計按國家標準為65W/m2，學院中電力設備需要系數為0.5～0.7。根據經驗值進行選定，需要系數為0.6，則計算負荷計算式如下:計算負荷(PJ)=建筑面積×用電指標:計算負荷(PJ)=200000×65×50%=6500kW。用電設備同時系數:計算負荷小于10000kW為0.8～0.9，計算負荷為5000～10000kW為0.85，計算負荷大于10000kW為0.8。經過計算，學院整體用電量(計算負荷)為8500kW，學院電力系統用電設備的同時系數為0.85。按照供電部門要求，各用電單位的電力功率因數要低于0.9，各變電站10kV進線上需要設置功率補償設備。實際負荷測算如下:實際負荷=計算負荷×需用系數×同期系數×功率因數(取0.9)=8500×0.5×0.85/0.9=3541kVA;取變壓器的經濟運行系數為0.6，變壓器的同時系數選擇為0.9。變壓器總容量如下:配電變壓器總容量=實際負荷×同期系數/變壓器的經濟運行系數=4013×0.9/0.6=6019.5kVA。

4變壓器及線路優化設置

容量選擇。利用現有3個配電室，合計容量4230kVA。為滿足學院今后生源增加用電量上升，且考慮假期期間變壓器超低負荷運行的情況，在現有基礎上在學生公寓處1#配電室增加1臺600～800kVA變壓器;在2#配電室、3#配電室位置分別增加一臺400～500kVA變壓器。形成季節性用電區域，在放假時啟動較容量變壓器即可。目前使用的變壓器均為SCB10系列型號，后期加裝及更換時宜選用SCB13系列型號，可降低空載損耗20%，在很大程度上節約了電能費用。負載損耗初始值、噪音、能效等級也將從三級能效提升為一級能效?，F有的配電方式主要以樹干式為主。應改造為環網式線路，為重要負荷提供兩個電源，故障容易查找且維護時可以做到不停電，有效保障了用電安全和可靠度，節約了資金。電力電纜路由和敷設方式規劃中，要對電纜路由進行系統改造。目前，學院地下電纜均為直埋敷設。施工過程中應考慮長遠發展和供電范圍，預設電纜容量，同時埋設銅芯和改裝電纜，根據設計標準增加電纜半徑。未來5年內，實訓中心要根據單個實訓室和總體用電指標計算，施工深度達到冰凍層以下，跨過校內公路和人行通道時必須用鋼管保護。

5校園節能改造措施

一是將普通照明燈具更換為LED節能燈。LED燈為節能健康照明，既環保又節約。LED與原有燈相比，具有低耗能、使用壽命長的特點，節電率可達65%以上，是目前建筑照明的首選光源，它的安裝與使用既達到了節能與環保這一目標，還能起到對節約用電的宣傳性、示范性和教育性，發揮經濟效益、社會效益和環保效益。目前，綜合教學樓、各教學實訓樓及學生公寓常用燈具有9000余盞，平均每盞照明功率為28W，如更換為LED節能燈，平均每盞功率為16W，大致將節約42.86%的照明耗電。建議學院將綜合教學樓、各教學實訓樓及學生公寓常用燈具全部更換為LED節能燈，節電效果明顯。二是燃氣鍋爐的循環水泵改造。循環水泵采取超常規節電技術改造，原系統均為3臺55kW水泵，采取二用一備的運行方式。經重新計算選型，換成2臺75kW水泵和2臺45kW水泵，均采取一用一備運行方式，將會獲得明顯的節電效果，在保證供暖質量的前提下節約天然氣15%以上。最終期望實現計算機智能測控管理，系統運行可根據當日當時室外氣溫、鍋爐出水溫度、典型用戶室溫等與系統運行有關的各種參數進行動態調節，使供暖運行管理更方便、更及時、更科學，綜合節電效率達到30%以上。三是合理控制教室閑時用電數量。學校教室集中在綜合教學樓內，主要耗電時間為夜晚。大部分高職教室的書桌使用率不足10%，所以對不同時間段內的上自習人數進行現場調研后，得出夜間上自習人員的平均數量，從而每天開放部分教室或集中于圖書館進行自習，保證書桌使用率在50%以上，從而節省綜合教學樓內耗電量。四是調整操場的球場燈?，F有燈具亮度及顯色指數均不足，建議將LED照明燈更換為節能型金鹵燈。五是更換智慧性電量統計方案，精確統計各個用電區域的電力消耗情況。學生公寓的主要耗電設備是照明系統、電腦、數碼產品。圖書館耗電設備為空調系統、電子閱覽室、照明系統等。實驗樓耗電設備為照明設備、實驗設備、電腦及動力系統。教學樓耗電設備為多媒體授課系統設備、照明系統燈管等。辦公樓耗電設備為照明系統，電腦、打印機等辦公設備。計量選用智能開關、插座，可實時讀取連接設備的耗電信息，如教室、圖書館中空調和照明燈的小時及日用電量。監控獲取的耗電信息數據則通過監控大屏包括手機端進行顯示，進行可視化查看。預警是針對設備設定閾值范圍，超出限額會發送警報，不僅保障總電量使用平穩也有助于資源節能。決策是根據電能監管顯示、設備聯網率查看、層級管控、區域對比、往期歷史數據分析等進行可視化管控電能資源，掌握主動性，科學預判，進行決策。

6結語

高職教育需要建立大量的高耗電實訓車間和設備，這對校園電網的容量和設計提出了更高的要求。除了合理設計優化現有的電力線纜外，還需建設高水平的智能管理系統，加強電源管理隊伍建設。同時，新能源電力的發展也為校園電力系統的改造提供了新思路。應提高供電中心的管理水平和技術水平，促進教學改革，以適應高職教育的發展。

參考文獻:

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［3］夏聘，卜佳俊，陳純.電力管理系統中的網絡設計方案［J］．江南大學學報(自然科學版)，2007，(01):201－203.

作者：李秋陽 單位：青海柴達木職業技術學院