市政设施电气及自控系统的节能设计

　　【摘要】加强市政设施的用能管理，科学高效地利用能源、节约能源，是目前市政工程电气及自动化控制优化设计的重要任务。文章介绍了市政工程的用电设施、供配电系统、照明灯具、大功率电机启动设备和智能控制系统的等方面的节能设计优化。

　　【关键词】市政工程 用电设施 供电配电 智能控制 节能设计

　　在现代城市既追求亮化、绿化、美化又讲求生态、低碳、节能的前提下，面临市政行业消耗电能的迅速增长，市政工程电气及自动化控制的节能问题就显得尤为重要。加强市政设施的用能管理，科学高效地利用能源、节约能源，是目前市政工程电气及自动化控制优化设计的重要任务。

　　一、主要的用电市政设施和市政工程要素

　　市政设施一般是指道路设施、电力设施、绿化景观、消防及排水设施、城市家具及户外广告等。市政工程就是对这些设施的建设施工和维修工程。其中用电市政设施和市政工程主要有：

　　(1)道路设施。道路是车辆和行人出行的重要设施，大到主支干道，小到胡同弄巷。用电路面设施主要是路灯、公交路牌、地铁站口、交通标识、灯箱广告等。

　　(2)涉电设施。道路两侧的高压铁塔、电力杆线、照明杆线、变压器及开闭所、通讯网络监控基站等弱电架杆以及“杆线下地”工程等。

　　(3)消防及给排水设施。加压泵站的用电和消火栓、污水管道和雨水排放及检查井等设施的维修施工用电。

　　(4)绿化景观。河边路旁和街心公园种植的树木花草、绿植造型、亭廊假山等小品景观的灯光照明及维修施工，人造水系的泵房用电。

　　(5)城市家具。城市信息设施、环境卫生设施、运动健身设施、休闲服务设施、便捷交通设施、围墙围挡的照明与灯光装饰。

　　市政电气及自动化控制的要素是以上设施的驱动、照明、灌溉、维修用电管理。包括供、变、配电系统的安全保护、防雷与接地、智能自动化控制、火灾自动报警系统等。市政工程电气及自动化控制系统的节能改造，工程设计是首当其冲的重要环节。通过优化设计技术，结合经济、社会效应等条件，切实可行的具体措施，达到改造效果，实现节能目的。

　　二、市政工程供配电系统节能设计

　　供配电系统的节能设计，包括设备的配置与选择、用电器驱动的及智能自动化控制的优化设计和照明节能设计等。大型市政工程項目的负荷等级一般为二级。因此，稳定可靠的电源和供电系统是工程项目正常运行的基本保障。

　　(1)变电站的位置。用电负荷中心是变电站设置的“靶心”。变电站的位置要尽可能靠近负荷中心，一是缩短电缆降低初始投资，二是可有效地减少线路电损，降低供电成本。三是变电站越靠近负荷中心，供电的稳定性越高，有利于供电安全。

　　(2)变压器。合理的选择变压器是关系到整个供配电系统的最重要因素。一是变压器供电范围，根据负荷容量及分布情况做出合理分配，选取负荷与容量相配的变压器，并使其工作在高效区内。二是变压器效率，负荷率在 30%～75%之间是经济运行区，负荷率在 50%-60%时，变压器效率最高。三是防止变压器轻载或空载运行，以达到变压器节能的目的。目前，我国推荐使用节能型变压器型号为油浸式变压器 S13系列、干式变压器 SC10 系列以及非晶合金变压器 SH11 系列。

　　(3)配电级数。尽量减少配电级数，使供配电系统简单化。一般配电级数不要超过三级，既可降低电能损失，又方便维护管理，从而提高配电系统运行的稳定性。

　　(4)无功补偿。合理的无功补偿，可以提高功因素达到节能目的。功率因数是评价配电系统经济运行的指标之一，使用动态补偿无功装置，避免大量的无功电能消耗，提高设备使用效率。

　　三、照明节能设计

　　市政工程中的照明设计主要分为建筑照明和道路照明两类。可从光源选择、附属装置和智能控制三个方面予以节能优化设计。

　　(1)光源选择。大型泵房、厂房等开阔型空间建筑的照明，优先考虑采用高压钠灯、LED等高效节能型光源。配电室、仪表间、值班室等小型 空间可采用荧光灯和LED等。道路照明首选LED灯或功率因数不小于 0.85的高光效钠灯;在山区公园等场所可选用太阳能、风光互补等新型清洁型能源路灯。

　　(2)灯具附属装置。主要是使用低损耗的电感镇流器或电子镇流器。

　　(3)智能控制。照明系统的智能控制借助于计算机对运行时间的精确设置，在规定时间和光照度的前提下实现灯具的自动开关、智能调光、色彩变换、延时控制和场景设置等。

　　四、大负荷用电设备的软启动及变频控制

　　市政工程中的大负荷用电设备主要是由大功率电机拖动的水泵、风机等。

　　(1)电机的软启动。电机的启动电流是额定电流的4-7倍，尤其是大容量电机，过大的硬启动电流会导致配电网络电压急剧下降，甚至引发功率振荡，使电网失去稳定。另外，起动电流中含有大量的高次谐波，会与电网电路参数引起高频谐振，造成继电保护误动作、自动控制失灵等故障。因此，一般风机水泵类大型负荷宜采用软启动器，电动机软启动属于平滑启动，输出电压逐渐增加，启动电流逐渐加大，电动机缓慢加速，直到电动机达到额定电压的机械特性，有效地避免了因启动过流引起的跳闸断电。

　　(2)电机的变频控制。为了使电机在调速时保持恒转矩，可采用变频器让频率随电压调整正向波动，当到达最高频率时，电压和供电电压相仿，以达到让电机平稳启动，减少电机启动瞬间的大电流对电网的冲击的目的。

　　五、自动化控制系统

　　随着网络信息和计算机控制技术的发展，以PLC为代表的智能自动化控制系统已经广泛地应用于市政工程领域。其投资占比很小，发挥作用巨大，可以有效地降低劳动强度，提高工作效率、保障生产质量。目前，工业控制化网络正在向无线技术及智能传感器技术的方向发展，进一步增强了工业控制的通信性能，同时也对市政工程用电系统的节能起到很好效果。

　　参考文献：

　　[1]周加育.浅谈市政工程电气的节能设计[Z].中国论文网，2016.

　　[2]黎娟.建筑电气设计节能综述[J].现代建筑电气，2012

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