對完善排灌站電力節(jié)能措施的分析

黃文星

（廣東省增城市機電排灌管理總站，廣東 增城 511300）

我國的水資源緊缺，且降雨的時間和空間分布不均，農(nóng)業(yè)排灌在農(nóng)村經(jīng)濟社會發(fā)展中有重要地位和作用，電力是農(nóng)村排灌最主要的動力。由于農(nóng)網(wǎng)網(wǎng)架較為薄弱，雖經(jīng)過農(nóng)網(wǎng)改造，目前仍難以滿足社會主義新農(nóng)村發(fā)展的需要，電力節(jié)能上存在的一些問題，也制約了農(nóng)電事業(yè)的發(fā)展，給電力排灌帶來不利的影響，亟待我們解決。

1.把好新建工程的設(shè)計關(guān)

農(nóng)村電力排灌站裝機容量不大，機組臺數(shù)比較少，單機容量大多數(shù)都是十幾千瓦至一百多千瓦不等,所采用的電動機幾乎都是低壓鼠籠式異步電動機，且多由專用配電變壓器單獨供電。針對農(nóng)村小型電力排灌站的這些特點，從降損節(jié)能的角度出發(fā).筆者認(rèn)為在設(shè)計方面應(yīng)做好以下幾項工作。

1.1 水泵選型

所謂水泵的選型，就是根據(jù)排灌任務(wù)的實際需要，選擇合適在該處使用并能保持效率較高的水泵型號。水泵的選型非常重要，水泵選得不合理，就會造成能源浪費或者無法滿足排灌需要。水泵總揚程要與實際揚程加損失揚程之和基本相等，實際揚程要根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄昶骄磺闆r進行測定，而損失揚程則靠使用者根據(jù)管路長短、管徑大小、附件種類和數(shù)量以及水泵流量進行估算。在實際工作中，一般根據(jù)排灌站的設(shè)計流量及設(shè)計揚程，對水泵進行選型，在設(shè)計流量及設(shè)計揚程的基礎(chǔ)上適當(dāng)考慮一定的富裕量，以保證在一些意外情況下（如內(nèi)水位下降或外水位升高，可能出現(xiàn)的最高揚程），水泵能穩(wěn)定運行，流量和揚程也能滿足要求。有人認(rèn)為水泵的富裕揚程應(yīng)選大一些，甚至認(rèn)為越大越好.這種認(rèn)識是不對的，因為若所選用的水泵揚程比設(shè)計要求高出太多，一方面在實際運行時這部分高出的揚程根本用不上，還可能會脫離高效工況區(qū)運行；另一方面還會使與水泵配套的電動機容量增大許多，這樣不但要增加一次性投資，而且還會增大運行時的電能消耗，這對節(jié)能及經(jīng)濟運行都極為不利。例如：新建堂子村電力灌溉站，設(shè)計總揚程為9.5m。設(shè)計灌溉流量為0.105m3/s。按要求，選用10SH一19A型水泵即可，但若為了增加水泵揚程的富裕量而改選10SH一19型水泵，則與水泵配套的電動機將由22kW 增大到30kW，不但增加了設(shè)備投資，而且還增大了運行時的電能消耗。初步選定水泵之后，還需要根據(jù)水泵生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品樣本、水泵性能曲線等資料，對該水泵的運行效率、出水流量、抽水揚程以及吸水揚程等參數(shù)進行校驗。如果流量、揚程及吸程均能滿足設(shè)計和使用要求，大多數(shù)時間水泵能在高效區(qū)運行，在可能出現(xiàn)的最高揚程情況下，水泵也能穩(wěn)定運行，管理維護方便，且價格合理，則可最后確定該水泵為本站所選定的水泵，否則應(yīng)重新選配更合適的水泵。

1.2 合理布置管路

合理布置管路的基本要求

（1）水管的口徑應(yīng)該等于或稍大于水泵的口徑，不應(yīng)小于水泵的口徑；

（2）布置進水管時，應(yīng)盡可能的僻免產(chǎn)生存積空氣、偏流、漩渦等現(xiàn)象；

（3）管路線上，應(yīng)盡可能的減少彎曲和變形，盡可能的少用閥門等附件。

在實際工作中，應(yīng)根據(jù)排灌站的地形.按最短、最合理的路徑布置管路，盡量少用彎頭、彎管，盡量按直線布置，不應(yīng)將管路布置成空氣出流狀態(tài)(即出水口高于出水池水面)，這樣出水口中心至出水池水面這一段水頭(揚程)將被浪費掉(即造成電能浪費)。宜將管路布置成淹沒出流.但淹沒深度不宜過大。在條件允許的排灌站.還應(yīng)推廣取消"三閥"的布置方案。

1.3 合理選配電動機

排灌站選配電動機，除了要按工作環(huán)境滿足結(jié)構(gòu)要求外，主要是要根據(jù)水泵轉(zhuǎn)速與軸功率進行選配。電動機的額定轉(zhuǎn)速應(yīng)與水泵轉(zhuǎn)速相適應(yīng)(直聯(lián)者與水泵轉(zhuǎn)速相同，間聯(lián)者視傳動比而定)，而電動機額定功率的選定必須符合其最佳負(fù)載率的要求，不宜選得過大，否則不僅增大電動機的購置費，而且還會使電動機運行的總損耗增大，對降損節(jié)能、經(jīng)濟運行十分不利。所謂最佳負(fù)載率，就是電動機在此負(fù)載率下運行，其可變損耗與不變損耗基本相等，此時電動機運行的總損耗最小，電動機處在最經(jīng)濟、效率最高的運行狀態(tài)。當(dāng)然.電動機的額定功率也不可選得過小，否則會使水泵出水量不足、電動機過載，長期運行會損壞設(shè)備，既不可靠又不安全。

根據(jù)所選水泵的揚程H、流量Q、及運行效率η，求出水泵在此工況下運行所需要的軸功率(N 軸，單位：kW)：

按最佳負(fù)載率計算出電動機需要的配套功率(N 配，單位：kW)：

（式中，農(nóng)用電動機的最佳負(fù)載率β一般為O.85左右，η1是電機與水泵的傳動效率）

根據(jù)式(2)計算的配套功率N配，查閱電動機的技術(shù)參數(shù)，選定配套電動機的的額定功率。

2.改造老站不合理的部分

對已建成投產(chǎn)的農(nóng)村電力排灌站的不合理部分進行改造，是降損節(jié)能的另一條途徑。

2.1 管路布置不合理的改造

對排灌站管路布置不合理的部分，應(yīng)按前面所講的管路布置原則進行修正、改造，盡量使管路布置達(dá)到最佳。例如楊閘村排灌站重新布置管路后，縮短了管路長度，取消了閘閥，用拍門代替了止回閥，減少了兩個彎頭，達(dá)到了降損節(jié)能的目的。

2.2 電動機負(fù)載率偏低的改造

根據(jù)排灌站水泵實際運行情況.計算出水泵所需要的實際軸功率，然后與配套電動機的額定功率進行比較。若電動機的負(fù)載率β大于0.65，則可不進行改造；若 β 小于 0.45，則必須進行改造；若 β 在 0.45～0.65 之間，則應(yīng)視改造前、后排灌站機組的運行情況和改造經(jīng)費的回收年限綜合考慮。例如，經(jīng)過計算.陸村、鶴洲2座排灌站電動機的負(fù)載率β小于0.45，進行了改造；而張莊排灌站電動機的負(fù)載率為O.60，因經(jīng)費問題沒有改造，其余排灌站電動機負(fù)載率都大于 O.65，可不必改造。

(1)更換電動機

若排灌站經(jīng)濟條件允許.或替換下來的電動機可改作它用，不致造成閑置浪費，則應(yīng)按照電動機的最佳負(fù)載率的要求，為水泵重新選配更合適的配套電機。

(2)改變電動機的運行方式

在排灌站經(jīng)濟條件欠佳，或替換下來的電動機又派不上用場的情況下，若電動機的定子繞組為△聯(lián)結(jié).則可采用改變其定子繞組接線(即改變電動機的運行方式)的方法，來達(dá)到降損節(jié)能的目的。

異步電動機在低負(fù)載率(即輕載)下運行時，定子電流中的負(fù)荷電流分量很小，大部分定子電流都是勵磁電流分量(即無功電流分量)，所以電動機運行時的功率因數(shù)很低，損耗增大，電動機的運行效率下降，若將電動機定子繞組由△聯(lián)結(jié)改成Y聯(lián)結(jié)，則會使電動機的空載線電流下降為原來的三分之一。

由于電動機的有功負(fù)荷 (水泵所需的軸功率)不變，相應(yīng)地提高了電動機的運行功率因數(shù)。此外.還可使電動機的磁通值大幅度下降，雖然鐵損會隨負(fù)荷電流的增大而增加，但在輕載時，增加的幅度卻不大，電動機的總損耗值仍然較改變接線之前的要少。陳屋村排灌站就因改變了電動機的運行方式，從而達(dá)到了降損節(jié)能的目的。

3.進行無功補償

無功補償是農(nóng)村電力排灌站降損節(jié)能的又一有效措施。一般做法是：對電動機進行個別補償，將補償電容器組直接并聯(lián)接在電動機的開關(guān)控制設(shè)備之后與電動機定子繞組引出端子之間的電源線上，隨電動機的投入(退出)而投入(退出)，即所謂的隨機補償。對異步電動機進行隨機補償?shù)牟⒙?lián)電容器組的容量Qc（kvar)可按下式確定：

式中：U～電動機的額定電壓（KV）I0一電動機的空載電流（A）

空載電流是不標(biāo)注在銘牌上的，一般都是通過實測或采用經(jīng)驗公式計算得到的，實測時先將水泵與電動機分離，啟動電動機，用鉗形電流表測量3～5次，取平均值為空載電流值。

[1]張文淵.小型電力排灌泵站的節(jié)能措施[J].可再生能源，2003.01.[2]趙令驥.淺議農(nóng)村電力排灌站的節(jié)能措施[J].電工技術(shù)，1998.11.