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建筑節(jié)能之公共建筑電能質(zhì)量分析研究

所屬欄目:建筑設(shè)計論文 發(fā)布日期:2011-05-07 16:24 熱度:

  摘要:隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快,能源消耗迅速增加,建筑節(jié)能已成為建設(shè)行業(yè)節(jié)能領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容之一。但隨著現(xiàn)代化用電設(shè)備的不斷更新,對供配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量提出了更高的要求,同時,對電能質(zhì)量所引起的能耗仍然沒有得到足夠的重視。本文通過一個具體的公共建筑電能質(zhì)量檢測分析案例,說明電能質(zhì)量的檢測、計量和分析在建筑節(jié)能中起到的重要作用。
  關(guān)鍵字:建筑節(jié)能;電能質(zhì)量;能耗分析
  引言
  伴隨著全球氣候和環(huán)境變化的壓力與挑戰(zhàn),人類越來越認(rèn)識到建筑及其運(yùn)行對環(huán)境的巨大影響。由此掀起了一場世界范圍內(nèi)關(guān)于發(fā)展“綠色建筑”的高潮。與此同時,信息和網(wǎng)絡(luò)時代開創(chuàng)的智能系統(tǒng),更有助于人類建設(shè)一個舒適,高效,安全的生活和工作環(huán)境。但隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快,能源消耗迅速增加,資源環(huán)境約束和經(jīng)濟(jì)快速增長的矛盾,已成為當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。我國是能源稀缺國家,節(jié)能減排是我國的一項(xiàng)基本國策和戰(zhàn)略決策,而建筑業(yè)是人類迄今對自然資源、能源消耗最大的行業(yè)之一。隨著城市化進(jìn)程的加快,城市環(huán)境受到威脅,如何在建立符合可持續(xù)發(fā)展觀,節(jié)約能源、適應(yīng)生態(tài)和氣候狀態(tài)的人居環(huán)境的同時,能夠節(jié)能能源,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,應(yīng)該是目前建筑業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。因此,建筑節(jié)能已成為建設(shè)行業(yè)發(fā)展的重要方向,如何在建筑領(lǐng)域內(nèi)解決好節(jié)能問題,對于我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展有著十分重要的意義。
  多年來,我國已開展了相當(dāng)規(guī)模的建筑節(jié)能工作,主要采取先易后難、先城市后農(nóng)村、先新建后改建、先住宅后公建、從北向南逐步推進(jìn)的策略。但是到目前為止,建筑節(jié)能仍然停留在試點(diǎn)、示范的層面上,尚未擴(kuò)大到整體,其原因多種多樣,如建筑節(jié)能開發(fā)成本較高;建筑節(jié)能的材料、工藝技術(shù)未形成體系;國家對建筑節(jié)能的規(guī)范還沒有列入強(qiáng)制執(zhí)行的范疇;建筑節(jié)能缺乏必要的資金支持等。另一方面,對于建筑節(jié)能,普遍關(guān)注的是新建建筑物的節(jié)能問題如何解決,而對已建建筑的電能質(zhì)量的檢測、計量、分析及其造成的巨大損耗問題沒有得到足夠的重視,這也成為我國建筑節(jié)能發(fā)展緩慢的重要原因之一。
  一問題提出
  電能質(zhì)量一般是指電壓或電流的幅值,頻率,波形等參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差。過去,電力系統(tǒng)中許多機(jī)電設(shè)備都能在上述參量相對較大的變化范圍內(nèi)正常地工作。但是在近五到十年,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種新型、高效、多功能的商務(wù)用電設(shè)備不斷更新,使得諸如商務(wù)寫字樓這類典型公共建筑中基于電力電子裝置的非線性負(fù)荷的應(yīng)用越來越廣泛,引起電能質(zhì)量問題的因素也逐漸增多,對同樣快速普及的各種復(fù)雜的、精密的、對電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅。另一方面,隨著高新技術(shù)尤其是信息技術(shù)的飛速發(fā)展,基于計算機(jī),微處理器控制的用電設(shè)備和電力電子設(shè)備在系統(tǒng)中的大量使用,這些設(shè)備對來自系統(tǒng)的干擾比機(jī)電設(shè)備更為敏感,對電能質(zhì)量的要求也更高。一旦出現(xiàn)電能質(zhì)量問題,輕則加大電能損耗、引起設(shè)備故障,重則導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰,可能由此帶來的巨大的經(jīng)濟(jì)損失和負(fù)面的社會影響。同時,這些設(shè)備自身也可能是引起電能質(zhì)量問題的因素,對其他相鄰用電設(shè)備的正常工作及能耗造成不良影響。
  針對這一問題,對耗電設(shè)備電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)際檢測,獲得相關(guān)有效數(shù)據(jù),對電能質(zhì)量進(jìn)行綜合分析,找出問題,提出相應(yīng)法的解決方案,對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)改良,從而從根本上解決能耗過高和系統(tǒng)用電質(zhì)量問題。
  商務(wù)寫字樓是典型的公共建筑之一,其中大量使用的開關(guān)式電源、公共照明系統(tǒng)中熒光照明、計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、調(diào)光燈等負(fù)荷正逐漸成為配電系統(tǒng)中主要的諧波和波動源之一。下面,由一個實(shí)際案例入手,來分析商務(wù)寫字樓的常見電能質(zhì)量問題。下面通過一個典型案例,分析了商務(wù)寫字樓的常見電能質(zhì)量問題、危害及探討了相關(guān)問題的一般解決方案。
  二問題分析
  某大酒店寫字樓由3路10kV電源供電,每個辦公室內(nèi)基本配有UPS,主要對室內(nèi)的計算機(jī)等辦公自動化設(shè)備進(jìn)行不間斷供電,UPS采用AC-DC-AC在線式拓?fù)洌萘繛?~2kW。
  該系統(tǒng)全部采用電纜供電,有三臺主變壓器,容量均為1000kVA,額定電壓為10kV/0.4kV,額定電流為57.7A/1443A,接地電阻大約1.2~1.3Ω。變壓器和線路所裝設(shè)的保護(hù)有速斷保護(hù)、過流保護(hù)和欠壓保護(hù)。其中速斷保護(hù)是主保護(hù),動作時間為0.35s。系統(tǒng)主要采用電容器組作為無功容量的補(bǔ)償裝置,有15kVar和30kVar兩種,其中15kVar的電容器的額定電壓為400V,額定電流為21.7A。
  由于該用戶是比較重要用戶,采用三回路供電,所以供電可靠率極高,當(dāng)供電電源發(fā)生故障時,另外的兩回電源采用倒閘自投的方式迅速投入供電,動作時間為0.7s。
  長期以來,用戶中性線電流偏大,帶負(fù)荷運(yùn)行時可達(dá)400A左右,其中三次諧波含量很大。
  低壓系統(tǒng)主接線如下圖1所示。
1.jpg

  圖1.某大酒店寫字樓的系統(tǒng)主接線圖
  1測量數(shù)據(jù)
  本例中采用Fluke43B電能質(zhì)量分析儀對供電系統(tǒng)其中一回線路出線進(jìn)行了測量,典型波形如圖2所示。其中,上部波形為AB相間的線電壓,下部為中性線電流的波形,它們的頻譜分析分別為圖3、圖4所示。
2.jpg  圖2.一回出線的線電壓和中性線電流測量波形
3.jpg4.jpg
  圖3.線電壓的頻譜分析                                        圖4.中性線電流的頻譜分析
  由圖3可見,線電壓有效值為391V,波形為完美的正弦波。電壓總諧波畸變率僅為0.7%。

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