泵站工程機(jī)電設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

楊麗娟

一、引言

“節(jié)能降耗，保護(hù)環(huán)境”是一項(xiàng)基本國策。泵站是水利工程中耗能最多的工程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有大、中、小排灌站近60萬座，總裝機(jī)容量約9000多萬千瓦。而且，老泵站普遍存在著機(jī)電設(shè)備落后陳舊、效率低、耗能大等問題。因此，無論是新建泵站，還是老泵站的更新改造，在機(jī)電設(shè)計(jì)這個(gè)環(huán)節(jié)中都應(yīng)把“節(jié)能降耗”作為重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。為此，本文就泵站機(jī)電設(shè)計(jì)提出若干設(shè)計(jì)觀點(diǎn)和節(jié)能措施，以供參考。

二、泵站水機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)中的節(jié)能要點(diǎn)

水泵是泵站的核心設(shè)備，其選型是否合理，對泵站總的裝置效率和節(jié)能效果的影響十分重要，故應(yīng)慎重對待，認(rèn)真研究。

（一）合理確定泵站的功能

設(shè)計(jì)泵站應(yīng)深入研究水文、規(guī)劃資料，因地制宜，盡量充分利用自排、自灌的自然條件，從而避免或減少泵站抽排、抽灌的使用時(shí)間，從根本上為節(jié)能奠定基礎(chǔ)。

（二）充分利用和分析水利規(guī)劃的參數(shù)

實(shí)事求是地確定泵站的各種特征揚(yáng)程，尤其是最高揚(yáng)程和平均揚(yáng)程，從而為泵型的選擇提供可靠的依據(jù)，從根本上避免泵的配套電機(jī)出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，避免泵在平均揚(yáng)程工況下（運(yùn)行時(shí)間最長）運(yùn)行效率偏低等現(xiàn)象。

（三）合理選擇泵型

泵型的選擇，應(yīng)根據(jù)已確定的各種特征揚(yáng)程和規(guī)劃的流量要求，盡可能地選擇國內(nèi)制造、安裝技術(shù)成熟、使用經(jīng)驗(yàn)豐富、泵結(jié)構(gòu)（含傳動、葉片調(diào)整等）簡單、運(yùn)行可靠、性能優(yōu)越、平均揚(yáng)程工況下效率較高的泵型，從而為泵的運(yùn)行、維修、節(jié)能創(chuàng)造良好的條件。

（四）合理確定水泵的進(jìn)、出水流道和進(jìn)、出水池（壓力水箱）等水工結(jié)構(gòu)型式

為盡量減少水泵的各種損失揚(yáng)程，提高泵站的總裝置效率，達(dá)到較好的節(jié)能效果,必須認(rèn)真研究泵的進(jìn)、出水流道和進(jìn)、出水池（壓力水箱）及斷流設(shè)施等水工結(jié)構(gòu)的型式，做到各專業(yè)密切配合，以最終實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行、節(jié)能降耗的目的。必要時(shí)，可以做數(shù)模計(jì)算和裝置模型試驗(yàn)，并用其計(jì)算、試驗(yàn)成果修改泵站的水工布置方案，盡可能做到二者統(tǒng)一，相互驗(yàn)證。

（五）合理確定油、氣、水、風(fēng)等輔機(jī)系統(tǒng)

認(rèn)真選擇各種輔機(jī)設(shè)備，使各種輔機(jī)工作在可靠、高效、低耗的工況下，以便節(jié)能。

三、電氣專業(yè)設(shè)計(jì)中的節(jié)能要點(diǎn)

（一）合理選擇電動機(jī)和變壓器

電動機(jī)和變壓器的能耗占泵站能耗的比重最大。因此，電動機(jī)和變壓器的合理選擇是泵站節(jié)能降耗的重點(diǎn)。其要點(diǎn)簡述如下：

1.電動機(jī)的額定功率與水泵最大軸功率之比值，稱為電機(jī)配套系數(shù)，一般取1.05～1.15（甚至 1.20），但不宜超過1.20，以免造成浪費(fèi)。

2.電機(jī)的額定電壓一般視電機(jī)容量而定。通常是315千瓦及以下的電機(jī)，其額定電壓為0.4千伏。315千瓦以上的電機(jī)一般優(yōu)先采用高壓10千伏（改造工程也可選用6千伏，目的是利用原變配電設(shè)備）。因?yàn)殡姍C(jī)容量過大，如仍采用0.4千伏，繞組中電流太大，造成電機(jī)的銅耗太大。

3.電機(jī)的類型選擇。高壓電機(jī)一般容量在800千瓦及以上的選用同步電機(jī)，800千瓦以下的選異步電機(jī)，且優(yōu)先選鼠籠式異步機(jī)。因?yàn)?00千瓦及以上的異步機(jī)，其功率因數(shù)和效率均很低，另外其啟動性能也差，制造困難，費(fèi)用也高。

4.電機(jī)的性能參數(shù)等。應(yīng)盡量選用銅繞組、高導(dǎo)磁率的硅鋼片鐵芯、功率因數(shù)高、能耗小、效率高的節(jié)能型新產(chǎn)品。

5.變壓器的臺數(shù)。一般選一臺（或兩臺）主變壓器，以保證泵站運(yùn)行時(shí)供電（選兩臺可提高供電可靠性，并且可視負(fù)荷的變化而確定投運(yùn)一臺或兩臺，以節(jié)約變損）。另外，再選一臺（或兩臺）小變壓器，作為泵站非抽水期間的檢修、管理單位辦公和生活用電（選兩臺可提高站用電系統(tǒng)供電可靠性），從而避免大變壓器投運(yùn)，節(jié)約變損。

6.變壓器的容量。一般在滿足最大負(fù)荷用電需要和電動機(jī)啟動時(shí)電壓降低要求的前提下，盡量使變壓器長時(shí)間運(yùn)行在負(fù)荷率為0.7左右工況下，因?yàn)檫@時(shí)候變壓器的效率最高，能耗最少，有利節(jié)能。

7.變壓器的類型。一般選油變（或干變），但均宜選銅繞組、高導(dǎo)磁率硅鋼片鐵芯，自然冷卻（風(fēng)冷）、低能耗、全密封S10或S11系列（環(huán)氧樹脂澆注式）新型節(jié)能產(chǎn)品。

（二）合理確定供配電系統(tǒng)，盡量節(jié)省線損和變損

1.電源點(diǎn)和供電電壓的選定。電源點(diǎn)的確定，應(yīng)在供電可靠性滿足要求的前提下，盡量選擇離泵站距離近、輸電工程投資少的電源點(diǎn)，以便節(jié)約運(yùn)行中的線路損耗。

供電電壓等級的確定，應(yīng)視電動機(jī)的額定電壓而定。如是0.4千伏電機(jī)，供電電壓盡量用10千伏（或35千伏）。而此時(shí)泵站應(yīng)選10/0.4千伏（或35/0.4千伏）變壓器供電。絕對避免用35/10千伏和10/0.4千伏二次降壓的供電方案。如是10千伏高壓電機(jī)，供電電壓應(yīng)盡量用10千伏，采取直配供電方案（不要變壓器）。這樣可以節(jié)省變電設(shè)備投資，并可以節(jié)省變壓器損耗。

2.合理選擇配電線路（架空線或電纜線）的導(dǎo)線及其截面積。一般架空線路應(yīng)優(yōu)先選鋼芯鋁絞線，電纜線路應(yīng)優(yōu)先選銅質(zhì)導(dǎo)線。二者的導(dǎo)線截面積均宜按經(jīng)濟(jì)電流密度的原則來選擇，可以節(jié)省線路的電能損耗。

3.供配電系統(tǒng)中的電纜線路，應(yīng)盡量避免或減少迂回供電，盡量減少電纜的長度，避免接頭。電纜芯線宜按經(jīng)濟(jì)電流密度原則選擇，以節(jié)約配電網(wǎng)絡(luò)的線損。

（三）合理選配無功功率補(bǔ)償裝置

1.無功功率補(bǔ)償用的電容器容量應(yīng)使電能計(jì)量點(diǎn)處補(bǔ)償后的感性功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，無需達(dá)到1.0，更不必過補(bǔ)償。

2.電容器盡量采取分散就地配置的原則。必要時(shí)也可在泵站集中補(bǔ)償。

3.電容器應(yīng)盡量采用分步自動投切的裝置。分路不宜過多和過少，分步不宜過細(xì)。

4.電容器要盡量選用優(yōu)質(zhì)、低耗、環(huán)保型新產(chǎn)品。

（四）合理配置、正確選擇高次諧波的監(jiān)測儀表和濾波裝置

高次諧波的危害之一就是引起電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備發(fā)熱，損耗大大增加，為此，泵站必須配置諧波監(jiān)測儀。但是，由于諧波分布的多變性和計(jì)算的復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)階段很難弄清并解決諧波問題。因此，在設(shè)備調(diào)試與試運(yùn)行階段，實(shí)測諧波的種類和含量十分必要，然后，根據(jù)實(shí)測值再分析、計(jì)算，最后對照規(guī)范決定是否必須治理和如何選配濾波設(shè)備。

另外，綜合自動化控制系統(tǒng)可以根據(jù)泵站的運(yùn)行條件實(shí)測值，通過事先編好的程序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，以此確定泵站機(jī)組和變壓器投入的臺數(shù)和泵應(yīng)采用的葉片角度，以便實(shí)現(xiàn)泵站的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

四、結(jié)語

泵站節(jié)能問題決非機(jī)電設(shè)計(jì)一個(gè)專業(yè)能完全解決，還需要其他專業(yè)設(shè)計(jì)人員認(rèn)真對待，精心考慮，為建設(shè)一批運(yùn)行安全可靠、能耗低、效率高、符合環(huán)保要求的新型泵站共同努力