校园电网优化及节能改造策略——以青海柴达木职业技术学院为例

李秋阳

(青海柴达木职业技术学院，青海 德令哈 817099)

电力系统设备和线缆损耗是能耗的重要组成部分，校园电网线路及电力设备的节电提效具有极大的改造潜力，通过校园电网的节能降耗工程，可更好地节约电力资源。

1 校园电力系统规划的一般方法与原则

安排合适的电网电压。通过合理的电路潮流计算，建立环网线路环境和运行状态，在不改变电能质量和谐波要求的基础上提高部分运行电压。电网的有功损耗与运行电压的平方相关，因此提高电网运行电压可提高电网的节电效率。

选择节能且能耗等级高的变压器。变压器的无功损耗和空载损耗是电网电力损耗的重要因素，因此选用能耗等级高且节能的变压器产品可以大幅度改善电力系统的电能损耗，为后期电网的标准化改造提供设备准备。应合理安排变压器容量，选择容量使用率60%～70%，以降低能耗。

实时进行线路运行监控，防止出现漏电现象。由专人巡查电缆运行情况，快速处置线路受损、断裂、腐蚀和松动等问题，降低因接触点电阻提高而引起的电力耗散，保障各种绝缘子的合理稳定使用，定期清扫变压器、断路器及绝缘瓷件等。

使用新设备、新工艺、新规划，改善电能效益。为应对校园用电负荷的日益增长，应安置新的供电线缆，合理增加变压器。

校园配电网的系统规划原则是可靠、安全。电力系统规划和设计应满足以下要求：在学校内部建立电力系统，在负荷中心区建立开闭站，实现单体楼群控制。变电站到开闭站需要使用电缆线路，所有的外漏线路要进行入地改造。为了杜绝线缆入地后带来的辐射外溢，满足工作维护需求，要在校园建立地下缆线管道网，依托隧道、综合管廊、沟道、管井等，将地下线缆网格化。

校园能源监测管理系统旨在对校园的行政办公楼、实训车间、学生住宿、实训基地等教学建筑开展教学能耗数据收集及用电设备监控管理。将教学场地和设施的电能使用数据实时传送到电能监控室，开展计算和解析，指示或下载各种参数的历史趋势数据，管理员也可以统一对平台设备进行分时分段管理。

电力网络覆盖了校园内的每一栋大楼。校园节能监测管理系统可借原有的电力线传输数据，无需增加额外线路改造成本，实现对各种耗能设备的能耗管理、设备监控、节能分析、分项计量等。

建立分层用电模型。满足学校各种场合的应用，实时计量数据，可以保存和提供历史数据，支持逐时、逐日、逐月、逐季、逐年的自由查找，实现楼宇、院系用能趋势分析和用能指标分析，实现电路故障分析，按照区域、分类、分项统计各类能耗数据，对周期(日、周、月、年)能耗进行统计分析。

图1 2020年1月-2021年4月学院教学用电统计图Fig.1 Statistical chart of teaching power consumption of the college from January, 2020 to April, 2021

2 电力系统规划研究方法

2.1 模糊规划

该数学模型清晰简洁，易于掌握，对多因素、多层次的复杂问题具有良好的评价效果。模糊评价模型不仅可以根据综合得分对评价对象进行评价和排序，还可以根据模糊评价集上的值，按照最大隶属度原则对评价对象进行等级评价，评价结果包含丰富的信息。评估是成对进行的，它对被评估对象具有唯一的评估值，且不受被评估对象的对象集影响，更接近人们的思维习惯和描述方法，更适合于社会经济系统问题的评价。

该方法的优点是可以处理不确定的随机性问题，为设计规划中的多个因素提供了一个比较适中的解决方案，能够避免设计过程中出现的不确定情况及因表达引起的歧义。该算法简单，可以借助计算机进行。其缺点是模糊优化需要其他模糊算子，当引入其他模糊因数时，数据将变得曲线化，极大降低了计算效率。模糊规划方法是目前电力系统设计中研究最充分的方法。

2.2 灰色理论

灰色关联分析的实质是利用各方案与最优方案之间的关联度对评价对象进行比较和排序。关联度越大，比较序列与参考序列之间的变化趋势越一致；相反，变化趋势是相反的，以得到评价结果。它是一种能有效评估具有大量未知信息的系统模型，是定性分析与定量分析相结合的综合评价模型。该模型较好地解决了评价指标难以准确量化和计数的问题，消除了人为因素的影响，使评价结果更加客观、准确。整个计算过程简单易懂，便于掌握；数据无需归一化，可直接用原始数据计算，可靠性强；评价指标体系可根据具体情况增减，不需要大量的样本，只需要有代表性的少量样本。

2.3 动态规划

动态规划是按照一定次序分成互相联系的子阶段，其中的关键是互相联系。如果是独立的子问题，即分治法，分而治之。动态规划是将一个大问题化成一组互相联系、同类型的子问题，因为是同类型，所以在逐个解决子问题时就可以利用相同的决策，更容易地解决问题。互相联系利用前面已经解决的子问题的最优化结果来依次进行计算接下来的子问题，当最后一个子问题得到最优解时，就是整个问题的最优解。

3 校园用电需求分析

校园的负载运算主要包括需求系数法，该方法简单，在设计单元中应用广泛。当用电系统中设备数量繁多且各设备功率基本相同时，则适合用需求系数法进行核算。校园电力设计按国家标准为65 W/m2，学院中电力设备需要系数为0.5～0.7。根据经验值进行选定，需要系数为0.6，则计算负荷计算式如下：计算负荷(PJ)=建筑面积×用电指标：计算负荷(PJ)=200 000×65×50%=6 500 kW。用电设备同时系数：计算负荷小于10 000 kW为0.8～0.9，计算负荷为5 000～10 000 kW为0.85，计算负荷大于10 000 kW为0.8。

经过计算，学院整体用电量(计算负荷)为8 500 kW，学院电力系统用电设备的同时系数为0.85。按照供电部门要求，各用电单位的电力功率因数要低于0.9，各变电站10 kV进线上需要设置功率补偿设备。

实际负荷测算如下：实际负荷=计算负荷×需用系数×同期系数×功率因数(取0.9)=8 500×0.5×0.85/0.9=3 541 kVA；取变压器的经济运行系数为0.6，变压器的同时系数选择为0.9。变压器总容量如下：配电变压器总容量=实际负荷×同期系数/变压器的经济运行系数=4 013×0.9/0.6=6 019.5 kVA。

4 变压器及线路优化设置

容量选择。利用现有3个配电室，合计容量4 230 kVA。为满足学院今后生源增加用电量上升，且考虑假期期间变压器超低负荷运行的情况，在现有基础上在学生公寓处1#配电室增加1台600～800 kVA变压器；在2#配电室、3#配电室位置分别增加一台400～500 kVA变压器。形成季节性用电区域，在放假时启动较容量变压器即可。目前使用的变压器均为SCB10系列型号，后期加装及更换时宜选用SCB13系列型号，可降低空载损耗20%，在很大程度上节约了电能费用。负载损耗初始值、噪音、能效等级也将从三级能效提升为一级能效。

现有的配电方式主要以树干式为主。应改造为环网式线路，为重要负荷提供两个电源，故障容易查找且维护时可以做到不停电，有效保障了用电安全和可靠度，节约了资金。

电力电缆路由和敷设方式规划中，要对电缆路由进行系统改造。目前，学院地下电缆均为直埋敷设。施工过程中应考虑长远发展和供电范围，预设电缆容量，同时埋设铜芯和改装电缆，根据设计标准增加电缆半径。未来5年内，实训中心要根据单个实训室和总体用电指标计算，施工深度达到冰冻层以下，跨过校内公路和人行通道时必须用钢管保护。

5 校园节能改造措施

一是将普通照明灯具更换为LED节能灯。LED灯为节能健康照明，既环保又节约。LED与原有灯相比，具有低耗能、使用寿命长的特点，节电率可达65%以上，是目前建筑照明的首选光源，它的安装与使用既达到了节能与环保这一目标，还能起到对节约用电的宣传性、示范性和教育性，发挥经济效益、社会效益和环保效益。目前，综合教学楼、各教学实训楼及学生公寓常用灯具有9 000余盏，平均每盏照明功率为28 W，如更换为LED节能灯，平均每盏功率为16 W，大致将节约42.86%的照明耗电。建议学院将综合教学楼、各教学实训楼及学生公寓常用灯具全部更换为LED节能灯，节电效果明显。

二是燃气锅炉的循环水泵改造。循环水泵采取超常规节电技术改造，原系统均为3台55 kW水泵，采取二用一备的运行方式。经重新计算选型，换成2台75 kW水泵和2台45 kW水泵，均采取一用一备运行方式，将会获得明显的节电效果，在保证供暖质量的前提下节约天然气15%以上。最终期望实现计算机智能测控管理，系统运行可根据当日当时室外气温、锅炉出水温度、典型用户室温等与系统运行有关的各种参数进行动态调节，使供暖运行管理更方便、更及时、更科学，综合节电效率达到30%以上。

三是合理控制教室闲时用电数量。学校教室集中在综合教学楼内，主要耗电时间为夜晚。大部分高职教室的书桌使用率不足10%，所以对不同时间段内的上自习人数进行现场调研后，得出夜间上自习人员的平均数量，从而每天开放部分教室或集中于图书馆进行自习，保证书桌使用率在50%以上，从而节省综合教学楼内耗电量。

四是调整操场的球场灯。现有灯具亮度及显色指数均不足，建议将LED照明灯更换为节能型金卤灯。

五是更换智慧性电量统计方案，精确统计各个用电区域的电力消耗情况。学生公寓的主要耗电设备是照明系统、电脑、数码产品。图书馆耗电设备为空调系统、电子阅览室、照明系统等。实验楼耗电设备为照明设备、实验设备、电脑及动力系统。教学楼耗电设备为多媒体授课系统设备、照明系统灯管等。办公楼耗电设备为照明系统，电脑、打印机等办公设备。计量选用智能开关、插座，可实时读取连接设备的耗电信息，如教室、图书馆中空调和照明灯的小时及日用电量。监控获取的耗电信息数据则通过监控大屏包括手机端进行显示，进行可视化查看。预警是针对设备设定阈值范围，超出限额会发送警报，不仅保障总电量使用平稳也有助于资源节能。决策是根据电能监管显示、设备联网率查看、层级管控、区域对比、往期历史数据分析等进行可视化管控电能资源，掌握主动性，科学预判，进行决策。

6 结语

高职教育需要建立大量的高耗电实训车间和设备，这对校园电网的容量和设计提出了更高的要求。除了合理设计优化现有的电力线缆外，还需建设高水平的智能管理系统，加强电源管理队伍建设。同时，新能源电力的发展也为校园电力系统的改造提供了新思路。应提高供电中心的管理水平和技术水平，促进教学改革，以适应高职教育的发展。