长距离管道工程变配电系统节能设计分析与实现

摘要

目前，我国经济迅速发展，建筑的规模和能耗也在大幅增加，而其中低压配电的电气

能耗占能耗总量的30%左右，而且由于对配电系统电气节能的普遍不重视，造成电能浪费

严重，很多高耗能建筑电气系统还在楼宇建筑中使用。

对于楼宇建筑而言，包括了非常多的用电设备其中涉及到调压功能的变压器和一些相

关的居民设备，比如调节温度的空调装置，上下楼的电梯设备等等，这些设备的用电量在

总电能的中占比很大，因比建筑电气节能必然成为建筑节能中的重点，本文主要关注配电

线路节能、变压器节能、照明节能、分布式电源配电系统节能，并根据能耗的技术经济分

析，提出节能的具体措施,

论文通过层次分析法以及模糊综合评价等理论分析与计算方法进行汇总分析，对于海

南省某环岛管网输气管道工程输综合利用输气管道节能、供配电节能，照明节能，分布式

电源配电系统节能构建节能指标体系，以设计实现该节能项目。在供配电节能措施中采用

控制供电半径，选用节能变电器，功率因数补偿，根据经济电流选择导体的截面积，采用

节能设计等达到配电系统的节能。

通过配电系统的节能设计，在海南省某环岛管网输气管道工程中的确实达到了节能的

效果，节省了投资，提高了经济效益。项目初期在节能措施上的投入，换来的是项目运行

过程中持久的节能效果，运行时间越长，节能效果越明显。

电气节能技术，不能只停留在概念上，只是各种节能设备的堆积。要想达到最佳的节

能效果，还需耍各种措施协调配合，作为一个大的节能系统来统筹设计，从项目的一开始

规划，方案的确立，施工图的设计都要把节能设计贯穿始终。最终在项目的全运行周期内

通过对各个环节（供电半径，变压器，照明等）的节能分析，来决定这个项目的节能效果。

一个项目的整体节能工程设计，往往要比某个产品和某个技术上的节能效果更好，节能降

耗。

关键词：电气节能；电压器节能；照明节能、分布式能源、经济电流密度

Abstract

Atpresent,Chinaseconomyisdevelopingrapidly,andthescaleandenergyconsumptionof

buildingsarealsoincreasingsharply.Amongthem,theelectricalenergyconsumptionof

low-voltagepowerdistributionaccountsforabout30%ofthetotalenergyconsumption,anddue

tothegenera]lackofattentiontotheelectricalenergyconservationofpowerdistribution

systems,Poweriswasted,andmanyhigh-energybuildingelectricalsystemsarealsousedin

buildingconstruction.

Forbuildingconstruction,itincludesalotofelectricalequipment,whichinvolves

transformersandsomerelatedresidentialequipment,suchastemperature-adjusting

air-conditioningunits,elevatorsontheupperandlowerfloors,etc.Theproportionoftotal

electricenergyisverylarge,sobuildingelectricalenergyconservationwillinevitablybecome

thefocusofbuildingenergyconservation.Thispapermainlyfocusesonenergysavingof

distributionlines,energysavingoftransformers,energysavingoflighting,energysavingof

distributedpowerdistributionsystems,andtechnologybasedonenergyconsumption.Economic

analysis,putforwardspecificmeasuresforenergyconservation.

Thepaperanalyzesandanalyzesthetheoreticalanalysisandcalculationmethods,suchas

AHPandfuzzycomprehensiveevaluation.Forthetransmissionandutilizationofgaspipelines

inaringroadnetworkinHainanProvince,energyconservation,powersupplyanddistribution

energysaving,lightingenergysaving,distributedpowerdistributionEnergy-savingsystem

buildsanenergy-savingindicatorsystemtodesignandimplementtheenergy-savingproject.In

thepowersupplyanddistriburionenergy-savingmeasures,thecontrolpowersupplyradiusis

adopted,theenergy-savingtransformerisselected,thepowerfactorcompensationisused,the

cross-sectionalareaoftheconductorisselectedaccordingtotheeconomiccurrent,andthe

energy-savingdesignisadoptedtoachievetheenergy-savingofthepowerdistributionsystem.

Throughtheenergy-savingdesignofthedistributionsystem,theenergy-savingeffectofihe

gaspipelineprojectinaringroadnetworkinHainanProvincehasindeedachievedenergy

saving,savinginvestmentandimprovingeconomicbenefits.Intheinitialstageoftheproject,

theinvestmentinenergy-savingmeasuresisinexchangeforthelong-lastingenergy-saving

effectduringtheoperationoftheproject.Thelongertherunningtime,themoreobviousthe

energy-savingeffect.

Electricalenergy-savingtechnologycannotonlystayintheconcept,buttheaccumulationof

variousenergy-savingequipment.Inordertoachievethebestenergy-savingeffect,various

measuresneedtobecoordinatedandcoordinated.Asalargeenergy-savingsystemtocoordinate

thedesign,fromthebeginningoftheprojectplanning,theestablishmentoftheplan,thedesign

oftheconstructiondrawingsmustcarryouttheenergy-savingdesignthroughout.Finally,the

energy-savingeffectofthisprojectisdeterminedbytheenergy-savinganalysisofeachlink

(powersupplyradius,transformer,lighting,etc.)duringthefulloperationcycleoftheproject.

Theoverallenergy-savingengineeringdesignofaprojectisoftenbetterthantheenergy-saving

effectofacertainproductandacertaintechnology,savingenergyandreducingconsumptio

Keywords:electricalenergysaving;lowvoltagehighqualitycompensator;distribution

transformer

2

目录

第一章绪论...................................................................6

1.1研究背景..............................................................6

1.2理论意义及应用价值....................................................7

1.3国内外研究现状及发展趋势..............................................7

1.4本文研究内容.........................................................10

第二章合理的管道节能工程系统规划............................................11

2.1合理设计供配电系统....................................................11

2.1.1电网电压等级的确定...............................................11

2.1.2负荷中心........................................................11

2.1.3负荷计算.........................................................12

2.1.4功率因数与节能..................................................12

2.2选择节能的工艺及技术.................................................15

2.2.1电缆节能工艺及技术...............................................15

2.2.2电力变压器生产的节能工艺及技术..................................15

2.3选择节能的电气设备...................................................76

23.7照明节电类设备..................................................16

2.3.2电机类节能......................................................17

2.3.3变频器类节电设备...............................................17

2.4木率小结..............................................................18

第三章海南省某环岛管网输气管道节能工程概况..................................19

3.1工程概况.............................................................19

3.2正常的生产和生活管理活动中的主要能耗分析............................20

3.2.1电能损耗..........................................................20

3.2.2气耗..............................................................27

3.3综合能耗量............................................................27

3.4能耗指标.............................................................28

3.5节能措施.............................................................28

3.5.1输气管道节能措施.................................................28

3.5.2供配电系统及照明.................................................29

3.5.3太阳能供电系统...................................................30

3.5.4建筑节能措施.....................................................33

3.6本章小结.............................................................34

第四章长距离管道工程变电系统节能设计分析及指标体系构建.....................35

3

4.1长距离管道工程变电系统节能设计分析..................................35

4.1.1层次分析法.......................................................35

4.1.2模糊综合评价方法.................................................35

4.2目.L4王设1r十九I体方'的构建.................39

4.2.1配电线路节能....................................................39

4.2.2照明节能........................................................39

4.2.3变压器节能......................................................40

4.2.4分布式电源配电系统节能..........................................40

4.3总体评价指标体系的构建..............................................40

4.4本章小结.............................................................41

第五章海南省某环岛管网输气管道工程项目设计分析与实现...........................................42

5.1管道节能工程指标分析.................................................42

5.2.1配电线路节能情况分析...........................................42

5.2.2照明节能分析...................................................47

5.2.3变压器节能分析.................................................50

5.2.4分布式电源配电系统节能分析.....................................54

5.2节能工程指标权重的确定..............................................58

5.3各评价指标隶属度的确定..............................................62

5..............................................................................................4.1确定评价评语等级6.2

5..................................................................................................4.2确定指标隶属度6.3

5.4管道工程项目节能模糊综合评价.........................................65

5.5本章小结.............................................................66

第七章结论和展望..................................................................................................................67

参考文献....................................................................................................................................68

致谢.........................................................................................................

Contents

Chapter1Introduction...................................................................................................................1

1.1Background.......................................................................................................................1

1.2Theoreticalsignificanceandapplicablevalue...................................................................1

1.3Researchstatusanddevelopmenttrendathomeandabroad..........................................2

1.4Researchcontentofthispaper...........................................................................................4

Chapter2Reasonablepipelineenergysavingengineeringsystemplanning..........................6

2.1Reasonabledesignofpowersupplyanddistributionsystem...........................................6

4

2.1.1Determinationofgridvoltagelevel..........................................................................6

2.1.2Loadcenter.................................................................................................................6

2.1.3LoadCalculation........................................................................................................7

2.1.4Powerfactorandenergysaving................................................................................7

2.2Enhancementofpowerfactor..........................................................................................1()

2.2.1Cableenergysavingtechnologyandtechnology....................................................10

2.2.2Energy-savingtechnologyandtechnologyforpowertransformerproduction..…10

2.3Chooseenergy-efficientelectricalequipment................................................................11

2.3.1Lightingpowersavingequipment..........................................................................11

2.3.2Motorenergysaving.................................................................................................12

2.3.3Frequencyconvertertypepowersavingequipment...............................................13

2.4Chaptersummary..............................................................................................................13

Chapter3Overviewofenergy-savingprojectsforgaspipelinesinaringroadnetworkin

HainanProvince..............................................................................................14

3.1ProjectOverview...............................................................................................................14

3.2Analysisofmajorenergyconsumptionandlifemanagementactivities.......................15

3.2.1Powerloss.................................................................................................................15

3.2.2Gasconsumption......................................................................................................22

3.3Comprehensiveenergyconsumplion...............................................................................22

3.4Energyconsumptionindex..............................................................................................23

3.5Energysavingmeasures....................................................................................................23

3.5.1Gaspipelineenergysavingmeasures......................................................................23

3.5.2Powersupplysystemandlighting..........................................................................24

3.5.3Solarpowersupplysystem......................................................................................25

3.5.4Buildingenergysavingmeasures...........................................................................28

3.6Chaptersummary.............................................................................................................29

Chapter4Energy-savingdesignanalysisandindexsystemconstructionoflong-distance

pipelineengineeringsubstationsystem.........................................................30

4.1Energy-savingdesignanalysisofpipelineengineeringsubstationsystem...................2()

4.1.1Analytichierarchyprocess......................................................................................3()

4.1.2Fuzzycomprehensiveevaluationmethod..............................................................30

4.2ConstructionofEnergyEfficiencyDesignIndexSystemforPipelineEngineering...33

4.2.1Distributionlineenergysaving...............................................................................34

4.2.2Lightingenergysaving............................................................................................34

4.2.3Transformerenergysaving......................................................................................34

4.2.4Distributedpowerdistributionsystemenergysaving...........................................35

4.3Constructionofoverallevaluationindexsystem............................................................35

4.4Chaptersummary..............................................................................................................36

Chapter5DesignAnalysisandImplementationofaGasPipelineProjectofaRingIsland

PipeNetworkinHainanProvince.......................................................37

5

5.1Analysisofpipelineenergysavingengineeringindicators............................................37

5.1.1Analysisofenergysavingsituationofdistributionlines.......................................37

5.1.2Lightingenergyanalysis.........................................................................................43

5.1.3Transformerenergysavinganalysis.......................................................................45

5.1.4Energysavinganalysisofdistributedpowerdistributionsystem........................49

5.2Determinationoftheweightofenergy-savingengineeringindicators.........................54

5.3Determinationoftheweightofenergy-savingengineeringindicators.........................58

5.3.1Determinetheratinglevelofthereview.................................................................58

5.3.2Determinethedegreeofmembership....................................................................58

5.4Energy-savingfuzzycomprehensiveevaluationofpipelineengineeringprojects.....60

5.5Chaptersummary..............................................................................................................62

Chapter6Conclusionandoutlook........................................................................................................63

References.................................64

Thanks........................................67

第一章绪论

世界经济的快速发展，主要是依靠能源的消耗来提供，相比其他的发达国家，我国的

单位产出GDP所消耗的能源数量（无论是煤炭还是天然气）都数倍于其他国家。目前主

要的工作任务就是更高效的使用能源，更经济的能源使用方式对于国内的经济以及能源的

布局至关重要。根据国家统计局的数据，国内的电能消耗的很大比重是建筑行业的电能消

耗.而月建筑行业也是消耗电能最多的行业之一,为了能源使用的经济性.有必要尽快进

行能源的节能。⑶

1.1研究背景

根据国家统计局在2007年的数据可以知道，中华大地地域辽阔，资源丰富，储备着

大量的化石资源，但是中国的人口数量也是世界第一，人均所占的资源相较于世界平均水

平相差太多，石油或者其他的化石能源的含量才仅仅是平均水平的十分之一。各种证据表

明我们国家的能源是不足的，目前以及未来，经济和国家的发展离不开大量的能源，如何

解决资源短缺已经迫在眉睡。所以面对有限的资源，如何利用好、开发好资是一个大问题，

需引进先进的科学技术降低能源的消耗速度，这也是我们必须要进行的措施。步入新时代,

经济发展朝气蓬勃，国民生活水准越来越高，对能源的需求量也在急剧增加，如果不采取

适当的措施加以改善，未来能源将更加匮乏。其中电能的消耗的四分之一以上都是建筑里

面设备损耗的，国内的建筑设备往往都是高耗能建筑，如果可以在建筑中进行节能操作，

对于降低总的电能损耗有重要意义。本文从建筑行业入手，主要研究建筑行业的节能情况

以及如何高效且尽快的进行节能。

目前，我国经济迅速发展，建筑的规模和能耗也在大幅增加，而其中低压配电的电气

6

能耗占能耗总量的3()%左右，而且由于对配电系统电气节能的普遍不重视，造成电能浪费

严重，很多高耗能建筑电气系统还在楼宇建筑中使用。直到2004,最为严重的时候，国内

几乎全部的建筑运转的单位耗能都非常高，而且正在新建的建筑也没有进行节能措施。

1.2理论意义及应用价值

对于楼宇建筑而言，包括了非常多的用电设备其中涉及到调压功能的变压器和一些相

关的居民设备，比如调节温度的空调装置，上下楼的电梯设备等等，这些设备的用电量在

总电能的中占比很大，因比建筑电气节能必然成为建筑节能中的重点，建筑节能也将是未

来的一个比较关键的研究方面。⑷

近些年，随着节能项目的推广和试点，节能的领域也不仅仅局限于建筑、暖通等专业，

配电节能越来越引起重视C民用建筑电气设计的节能潜力很大，因此我们有必要采取相应

的措施减少低压配电系统的电能消耗。而且近些年国家的重视和大力推进，人们的节能意

识的增强，这些都有力地推动着配电节能的发展和进步。

电气节能设计的目的是降低能源的消耗，主要是引进先进的技术改善原有的电气设施,

进行该设计时需要对经济成本加以控制，节能目的达到的同时也需要保证工程其他设施正

常运行。所以，为达到节能的目的，需要综合考虑功能要求，成本控制，还要充分利用现

有的各种条件。

在技术学科领域，节能技术一般不作为单独的概念出现。因为对于节能而言，不是一个

行业也不是一个确定的技术，而是指的是一切可以降低能耗的技术或者手段。很多行业都

针对本行业的高耗能环节或者问题提出了适用的各种技术。在各行各业，达到节能的技术

和手段会大相径庭。因此节能通常不是作为一个整体来作为研究对象。大家的方法不同，

但最终都殊途同归，达到节能的最终目地。节能作为一个概念范围很大，涉及的专业很多，

要做大而全的研究是不现实的。

本文着重讨论长距离管道工程变配电系统低压配电节能技术，并主要关注配电线路节

能、变压器节能、照明节能、建筑智能管理系统节能，并根据能耗的技术经济分析，提出

节能的具体措施。

针对上面的分析，本文将联系某长距离管道工程电气节能实际情况，分析节能的情况，

分析相关的节能的手段和技术，还对于工程的节能的方案进行仔细的分析，并进行结果的

分析和证明。建筑用电主要是低压用电，对于这方面的研究不仅是符合国家大发展的需求，

还是建筑行业的又一次革新。对于这方面的研究是建筑行业节能降耗工程建设可持续发展

的必然选择，具有非常大的建筑节能工程设计应用实际意义，是建筑电气设计人员研究的

一个重要课题。⑸-⑹

1.3国内外研究现状及发展趋势

对于节能这方面的研究，国外走在发展的前列。最早可以追溯到上个世纪八十年代左

7

右，1974年法国针对于建筑方面颁布了第一个技术标准，该标准详细的对于节能进行规定。

随后1979年美国也进行的标准的制定，并成立了相关的机构，制定的标准也是目前主要

的标准之一。与此同时同一年日本也制定了相关的法规，该法规主要是针对建筑里面的各

种保温的材料进行相关的规定，以上的儿个法规在随后儿十年的发展中，不断地完善，不

断的改进，形成了相对完善的规定，对整个行业有着较大的影响。发展至今天，研究该项

目较早的工业强国技术手段已经相对成熟，形成了科学的体系，规范的章程。

随着经济发展带来的环境的破坏问题的日益增加，环境的问题被越来越多的人关注，

并且被提到很多国际交流中，同时也对可持续发展的相关技术进行了推广研究，越来越多

的新技术不断地使用在城市构成的方方面面。

发达国家的节能技术要优于国内，可以利用很多先进的技术更好的解决很多的问题，

尤其是欧洲和日本这种资源匮乏的地区，节能的技术无疑是一种非常优质的方案可以提升

城市的经济发展速度，节能的选择不仅可以降低各种的成本还可以有效的提高经济，环境

以及社会的稳定。节能也存在方方面面，其中最为热门的是新能源的开发和利用，可以有

效的降低对化石能源的依赖，目前欧洲的新能源利用率已经超过20%,比如丹麦这种的国

家的新能源的占比已经超过了40%,美国的新能源的占比增速惊人，发展至今天己经12%。

技术相对新颖的小型生物能热电冷三联产具有极高的热效率，远远超过传统能源所产生的

热效率，是一种理想的新能源。171

节能与发展息息相关，相应的理念以及技术不断被提出，无论是什么环节都需要将节

能考虑进去。目前我们处于一个缺少能源的环境，在这样的环境下如何利用现有的有限的

能源推动经济是一个世界难题问题，最有效的就是进行节能处理。早在几十年前，发达国

家已经开始针对节能这个话题进行了深入的研究。比如亚洲的日本，针对建筑的节能，推

行出了相关的法律法规《住宅建设计划法》，该法规的推出在很大的程度上就已经引入了

更多的技术，目前已经开始在实际实现，并且有效的提供了一个很好的典范。整个欧盟联

合推动了名为“焦耳2”的计划，该计划都有效的萌发的很多的技术，而且将这些技术都依

次使用在了不同的情况下，进行了多种的测试，并进行体验相关的技术，同时也搭建了相

关的示范工程，制定了相关的技术分类以及技术人员等等。早在上世纪九十年代，老牌工

业强国德国就已经意识到未来发展与生态环境息息相关，将持续可持续发展理念贯彻下去。

上世纪八十年代，法国为了实现人与自然和谐共生的理念，对居民的住宅进行相应的改造，

在欧洲北部很多国家也纷纷采取措施，例如瑞典推出了“百万套住宅计划”，完善并发展了

人与自然环境之间的共生共存理念。凶

2、发达国家的建筑节能评估体系及分类

目前已经有很多国家建立了自己的自己的评估体系，而且各个指标的关注点都是不一

样，都各自有各自的特色。

第一种标准就是由英国主持颁布的BREEAM评估体系，英国的这个评价体系主要是

根据英国的国情进行制定，条目包括管理、健康和舒适、地区生态等等一共9大方面。对

各个部分进行权值赋值，对于本文研究的建筑主要可以从以下几个方面进行分析并计算分

8

值，分别是性能以及建筑的运行和管理方面。⑼

第二种标准就是由美国主持颁布的LEED评估体系，美国的这个评体系主要是根据美

国的国情进行制定，该标准主要的服务对象是高性能的建筑物，该建筑物主要可以利用该

标准进行各方面的约束，主要可以包括的是，项目的培训以及建筑性能的评估以及各种其

他方面的检测，该标准是JSGBC在上世纪建立的。利比英国的标准，该标准该指标可以分

为从大的方面可以分为六个方面，并且给出了相应的权重，第一，建筑场地的设计占比

0.22,；第二如何高效的使用水资源占比0.08；第三使用的材料种类以及资源的多少占比

0.27；第四环境质量的占比0.23；以及最后一点对环境的影响占比0.271期。

第三种标准就是由加拿大主持颁布的GBT00L评价系统，加拿大的这个评价指标是由

加拿大牵头，多个国家共同参与制定的一个标准。该标准区别于上面两类的最大区别是，

该标准主要的使用范围是新建造的住宅以及一些旧建筑要翻新的标准，而且对于建筑物的

类型也有了详细的划分，针对不同类型的建筑采取对应的措施。GBC2000的评价系统较为

客观，将定性分析与定量分析相结合综合评估，评价操作系统被叫做GBTool,主要通过评

分制的方式进行评价［9］。

以上主要是三个发达国家的建筑里面的相关节能的评价体系，各自有各自的特色，但

是因为指标制定的比较早，都忽视了对电气节能方面的考虑，所以面临这种现状，电气节

能以及建筑节能综合评价指标体系仍然不完善，需要我们对其进行改进完善。国内的建筑

的指标以及标准其实主要是参考国外的标准，而且相比国外而言，从时间上，国内的法规

制定的会稍微晚一点，1986年我国的有关部门制定了第一部关于节能的规章制度《民用建

筑节能设计标准》，在随后的改进中将电气这一个环节考虑进去《全国民用建筑工程设计

技术措施一建筑节能专篇》，将建筑电气作为一个比较严重的问题对待。随后将电气的内

容添加到标准内部，也是表明了建筑电气是一个非常重要的问题，在建筑中是需要大力关

注的⑴L之后清华大学建筑节能中心成立，开始指导之后的标准的制定，同时也标志着我

国建筑电气节能进入了新的环节。2013年1月1日的时候国务院下发了相关的公文《绿色

建筑行动方案》，以及相关的通知特制定《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》；

2014年，《绿色建筑评价标准》正式发布，同时住建部印发的《住房城乡建设部关于印发

建筑业发展“十三五”规划的通知》建市【2017】98号，也提到政府投资的办公建筑、学校、

医院、文化等公益性公共建筑、保障性住房要率先执行绿色建筑标准，鼓励有条件地区全

面执行。

建筑的电气节能目前还处于初步或者不成熟阶段，正是需要大力深入研究和分析的时

刻。电能作为建筑里面最为关键的一个环节，降低电能的使用是至关重要的，但是降低也

不能通过降低减少建筑和电能的功能来实现，主要的节能手段以及技术必须需要满足一下

以下几个原则。

第一个原则就是适用性：这样原则规定了，节能后的建筑以及各种设备的功能不应该

减少，不能为了节能而导致建筑无法正常工作比如建筑里面的居民以及工作人员的正常需

9

要的温度以及其他等等，还需要满足居住人的感受等等，还比如其他的建筑的设备的相关

功能等等［⑵。同时还需要提供足够的能源来满足各种设备的需要，节能的前提一定要保证

建筑的适用性，主要可以对供电的线路以及结构进行相关的优化。

第二个原则就是实际性：这一部分的原则主要是考虑可行性也就是经济性，不能为了

单纯的节能都选择最为昂贵的材料，导致建筑的成本过于高，以及整个建筑设备的运行费

用等等，一定要保证提出的计划是具有可行性的“3111叫

第三个原则就是节能性：节能的最为核心的概念就是尽可能减少无用的浪费，从而及

时降低建筑的能耗。对于节能而言，首先需要做的工作就是找到能源损耗的源头，然后根

据每个源头进行分析，那些是必须的，那些是无用的，主要是将无用能源切断就可以有效

的降低总的能耗。

1.4本文研究内容

本文基于海南省某环岛管网输气管道节能工程项目，研究长距离管道工程变电系统节

能设计分析与实现，章节内容如下：

1.绪论。介绍相关研究背景、理论意义、应用价值以及相关发函趋势，指明文章研究

目的以及意义；

2.科学的设计相应的管道节能工程体系。包括供电系统、节能工艺技术和节能电气设

备等。

3.对海南省某环岛管网输气管道节能工程概况进行介绍。包括正常生产和生活管理活

动主要排耗进行分析、电能损耗、气耗、综合能耗量、能耗指标、相关节能措施。

4.对长距离管道工程变电系统节能设计提供理论支持。主要运用层次分析法与模糊综

合评价对配电线路节能、照明节能、变压器节能以及分布式电源配电系统节能进行指标体

系的构建。

5.对海南省某环岛管网输气管道节能工程设计分析与实现进行案例验证。

10

第二章合理的管道节能工程系统规划

管道节能工程的设计要科学，要保证具备优良的节能功能。对建筑电气进行设计的时

候，数据的精确计算使非常重要的，对数据进行分析选择合适的设备，设计出满足节能要

求的产品。

2.1合理设计供配电系统

对供配电系统进行设计的时候要考虑绿色经济，减少随电气设备的使用量以降低能耗,

结合实际情况进行合理的布局，避免对周围生态环境造成影响。供配电系统需要具备较高

的安全性以及稳定性，选择质量过硬的设备进行安装，达到设计要求的同时也要适当的降

低经济成本。

2.1.1电网电压等级的确定

电能的传输需要通过电网这个载体来完成，而实际的运输过程往往会产生较大的损耗。

物理中有这样一个关系：当功率保持不变的时候，电网传输的电压越高，对应传输的电流

越小，因此线路产生的热损耗也就越小。所以可以选择高压输电以减少能源的浪费。当然

电网的电压并不是越高越好，需要结合负载功率、供电距离等多个因素综合选取。输电的

时候，负载功率、电网电压等级以及供电距离三者有着下列关系：

当负载功率达到2兆瓦的时候，选取供电电压等级的大小为6千伏，输送距离在3

至10公里的范畴较为合适；当负载功率在3至5兆瓦的时候，选取供电电压等级的大小

为10千伏，输送距离在5至15公里的范畴内较为合适；当负载功率在2至10兆瓦的

时候，选取供电电压等级的大小为35千伏，输送距离在20-50公里的范畴内较为合适；

当负载功率达到10至50兆瓦的时候，选取供电电压等级的大小为11()千伏，输送距离在

50至150公里的范畴内较为合适负；如果负载功率能够达到200兆瓦的时候，选取的供

电电压等级大小为330千伏，输送距离超过300公里的时候损失的电能较少。

2.1.2负荷中心

电力负荷的中心区域对电能的消耗量较高。该区域往往工业发达，高楼林立，人口较

为密集。负荷中心需要建立一定规模的变电所，输电线路的铺设在满足要求的同时要尽量

降低经济成本。根据研究表明，如果在负荷中心的位置建立变电所是最科学经济的，既能

达到节能的目的也能够减少电路的使用。因此在对供电系统进行设计的时候都会依据该原

则。但是具体的建造过程需要结合实际情况，变电所尽可能建立在离负荷中心较近的位置。

通常主要通过三种方法求出负荷中心，分别是：

(1)通过负荷知识图，初步确定出负荷中心。负荷指示图通过负荷圆，杈据相应的

比例将电力负荷按绘制在二维平面图上，负荷的大小可以根据面积来计算，而圆心的位置

就是负荷中心；

(2)通过负荷功率矩法对负荷中心的位置进行确定。首先需要在二维平面绘制出一

11

个直角坐标系，然后根据重心力矩的计算方法，将负荷的相关坐标绘制在二维平面当中，

将坐标的参数一一带入公式，最终的结果就是负荷中心；

（3）通过负荷电能矩法对负荷中心的位置进行确定。负荷中心的影响因素有很多，

负荷的大小以及各负荷的工作时间都会使负荷中心的位置发生变化，是一个动态的结

果。

2.1.3负荷计算

完成上述的设计之后，需要对配电系统的负荷进行相应的计算，检验其是否可以满足

设计要求。负荷的计算一定要精确，计算的结果关系设备以及输电线缆的选择。如果计算

出的负荷数值较小，设备运行时可能会出现过热的现象，对输电线路的使用以及相应设备

的使用造成损害。如果计算出的负荷数值过大，则说明选用的设备有些浪费，增加了经济

成本。电力负荷的计算需要结合实际情况，对电气设备的相关数据适当修正。进行负荷计

算的时候需要分别计算出以下四个参数：1.负荷2.电流3.有功计算负荷4.无功计算负荷。

应用较为广泛的计算方法主要有四种：1.需用系数法2.二项式系数法3.利用系数法

（1）需用系数法:该方法较为简单，也是应用最多的一种计算方法。直接将相关的设

备的功率和需用系数相乘，计算出的结果就是相应的负荷；

（2）利用系数法。该方法适应性较强，计算结果较为精确，不存在较大偏差。首先

需要通过系数计算出的最大负荷班的平均负荷，然后分析选用设备的数目以及相关设备的

功率对负荷造成的影响，查阅资料可以得知有效台数的最大系数（经验数值），将计算出

的平均负荷与最大系数相乘，得出的结果就是计算负荷。

（3）二项式法。如果设计出的系统当中没有很多的用电设备，功率较大的设备运行

的时候会对系统造成影响，如果按照常规算法得出的负荷和实际相比存在定的偏差，这

时就需要分为两项对用电设备组的负荷进行计算，用该方法的出的平均最大负荷较为精准;

2.1.4功率因数与节能

功率因数也有着功率因子的称号，它的含义是负载耗费的有功功率与视在功率二者之

间的比值，功率因数是一个物理量，仅仅应用于交流电力系统当中。功率因数与设备的用

电效率存在着一定的差距。所谓设备用电效率它的含义不同于前者是指输出输入功率之间

的比值。如果增大功率因数，设备本身的效率可能不会发生较大的变化。功率因素对视在

功率有着较大的影响，如果增大功率因素其视在功率的数值就会降低，对应的电流也会降

低，所以导致供电系统的效率就会在一定程度上有所提高，因此可以得出一个结论:功率因

数的提高可以节省一定的电能。有功功率是指设备所消耗的、将电能转化为其他功的那一

部分功率。无功功率则是指设备在空运行、不做其他功时的功率。如果忽略谐波带来的影

响，有功功率、无功功率以及视在功率三种功率有着直角三角形的关系。如果考虑谐波所

造成的影响，这种关系也不会成立。图2.1中的内容是指功率因数大小为1的电路，电

流和电压之间的相位角中=0,cos中=1,涉及的功率都是指实功，被负载所耗费。

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图2-1功率因数为1的电路参数波形

图2-2中的内容是当功率因数为0的时候的电路，即①二90。，cos①=0,由深蓝色线

可以看出前四分之一个周期，功率暂时储存在负载，接下来四分之一个周期，功率从负载

返回电网，所以实功并没有消耗。

图2-2功率因数为0的电路参数波形

图2-3中的内容是当功率因数落后时产生的电路，即①=450,cos①=0.71,由深蓝

色线可以看出在标示的这段时间，只有一部分功率从负载返回电源端。

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图2-3功率因数为0.71的电珞参数波形

影响功率因数的主要因素有：

电网当中存在着很多的非线性负载，影响因素较大的包括异步电动机、感应电炉、交

流电焊机，影响因素较小的包括荧光灯的镇流器，都会耗费一定的无功功率；

变压器消耗的无功功率约为其额定容量的10%〜15%,空载时的无功功率约为满载时

的1/3；

(3)供电电压不稳定。

如果供电电压超过了额定数值的十分之一的时候，磁路就会相对饱和对无功功率造成

影响，使其增大；如果供电电压不稳定比额定的电压低的时候，虽然功率因数在一定程度

上有所增大，但是电压低于设备正常工作的额定电压，运行也会不稳定，甚至无法运行。

所以供电电压一定要保持稳定的状态。

在电力系统当中，如果一个负载对应的的功率因数较小的时候，负载只有在电流较高

的情况下才可以达到与功率因素正常相一致的功率。但是线路中流经的电流也会发生增大,

产生的能耗也就越高，达不到节能的要求。简单的举一个例子，如果负载的功率因数大小

为0.8,该负载的视在功率就是有功功率的1.6倍，产生的输入电流也同样是1.64倍，因

此可以得出，电能的损耗大致为二倍的关系。不仅仅带来能耗的增加，系统中与之匹配的

的元件也需要增加相应的尺寸来适应较高的电流，增加了经济成本。针对这种情况，电力

公司为了减少电能的消耗会对功率因数较低的工商业用户采取相应措施进行惩罚。经过大

量的实验表明，负载的功率因数越大电路中的电流就会越小，对应产生的电能消耗也就越

少，在一定程度上提高了电力系统的电压稳定度。因此在设计输电系统的时候，通常需要

安装功率因数修正的设备，减少输电系统电能的损耗，符合节能的理念，提升输电效率。

尤其是功率因数过于低下的用户更加需要安装该设备，不仅仅可以降低电费的开销，还有

利于提升电压的稳定性。目前，应用较为广泛的线性负载的功率因数修正方法主要有：

要想修正线性负载的功率因数达到理想值，可以而负载的电抗成分进行适当的调整。

如果线性负载受到容性的影响相对较大的时候，为了降低电容带来的负面影响可以在系统

中加入电感，会对功率因素起到修正的作用。如果线性负载受到感性的影响相对较大的时

候，为了降低电感带来的负面影可以在系统中加入电容，也会对功率因素起到修正的作用。

当然安装修正功率因数设备的时候需要进行正确的分析，电容电感的安装如果错乱不仅不

会起到修正作用，还会使功率因数距离理想数值的偏差越来越大，影响整个系统的正常运

行，严重时甚至会引起安全事故。

2.2选择节能的工艺及技术

随着科技的发展，技术越来越成熟，电气节能也越来越引起大家的重视。现代电力系

统在安装的时候，应用的电缆输电性能更加优良，结合相应的变压器，可以达到理想的节

能效果。

2.2.1电缆节能工艺及技术

稀土高铁铝合金电力电缆是近些年的一大技术突破，新材料的使用寿命更加久远，利

用新材料代替传统的铜进行输电，不仅大大改善了导