大型泵站主電機(jī)選型優(yōu)化研究

王剛

摘 要：據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)顯示，我國目前已經(jīng)擁有三百多座大型泵站，而已經(jīng)建成的排灌泵站工程將近有55萬余座。近些年來，在其他行業(yè)中已經(jīng)成功運(yùn)用起來的新型電機(jī)和新型傳動(dòng)方式的不斷出現(xiàn)，使我們不得不考慮在泵站主電機(jī)選型上是否運(yùn)用新型的電機(jī)和新型傳動(dòng)方式進(jìn)行的可比較性的研究與分析。文章針對(duì)以上問題進(jìn)行研究分析，目的是為了提高泵站的科學(xué)技術(shù)、節(jié)省對(duì)泵站的能源投資。

關(guān)鍵詞：泵站；電動(dòng)機(jī)選型；優(yōu)化；研究

中圖分類號(hào)：TM32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）11-0013-02

從古至今，中國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，而影響其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要因素水旱的災(zāi)害或是南澇北旱不斷出現(xiàn)，因此對(duì)水資源如何合理的利用需求也日漸增多。在我國水利事業(yè)的不斷壯大和發(fā)展中，大中型泵站建設(shè)和利用起著愈來愈關(guān)鍵性的作用。而其中電動(dòng)機(jī)的選型成為泵站長(zhǎng)期、合理運(yùn)行使用的重中之重的首要問題，就有關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，我國目前很多大中型泵站的電動(dòng)機(jī)選型均未能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，使得各種投入的能源得到很大浪費(fèi)。所以，如何讓泵站實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，關(guān)鍵還是在電動(dòng)機(jī)選型上要實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的研究分析。

1 大型泵站主電機(jī)選型的分析

目前，我國大型泵站工程主要在灌溉排澇和南水北調(diào)以及方便人民日常生活上的城市供水與排污等方面起著關(guān)鍵性作用。然而在大型泵站使用的主電機(jī)的分類上，主要有同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)兩種類型，其中異步電動(dòng)機(jī)又可以細(xì)分為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線型異步電動(dòng)機(jī)。針對(duì)這三種不同類型的電動(dòng)機(jī)，大型泵站運(yùn)行中如何選出安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的機(jī)型選擇利用，一般主要應(yīng)該從電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的高效率上、工作性能上是否滿足水泵的工作需求、電機(jī)本身的造價(jià)成本要節(jié)能環(huán)保上以及是否方便工作人員對(duì)電動(dòng)機(jī)的操作控制上等等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮來選擇合適的主電機(jī)類型。以下我們將針對(duì)目前當(dāng)下現(xiàn)存的同步電動(dòng)機(jī)、鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線型異步電動(dòng)機(jī)的各自特點(diǎn)進(jìn)行概述分析。

1.1 同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)概述分析

作為大型水泵主電動(dòng)機(jī)類型中的一種，同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)主要體現(xiàn)有：首先是其在運(yùn)行時(shí)效率比較高，表現(xiàn)在其電機(jī)的功率因數(shù)一般保持在0.9左右較高的水平上；其次就是同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)有較強(qiáng)的抗干擾能力，在表現(xiàn)在非排灌的時(shí)候，能夠和電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行并且只接受電網(wǎng)的頻率的作用，不受其他的不穩(wěn)定因素的干擾影響；再次，同步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵性特點(diǎn)同時(shí)也是其一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，就是它也可以進(jìn)行反向的發(fā)電來提高進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)效益，因此同步電動(dòng)機(jī)在我國大部分的大中型的泵站得到廣泛的運(yùn)用。但是同步電動(dòng)機(jī)也有其不足之處，就是相對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)中的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的投入資本來說，同步電動(dòng)機(jī)的投資比較高一些，復(fù)雜一些。

1.2 鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)概述

相對(duì)于前文分析的同步電動(dòng)機(jī)，鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)由于其構(gòu)成的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單易于操作，且投入的成本比較，普遍得到廣泛的采用。但是相比同步電動(dòng)機(jī)的高效率來說，鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的效率還是比較低的，因此也決定了其在大中型的泵站得到較少的運(yùn)用。同時(shí)，雖然鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)本身的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單投入成本相對(duì)比較低，但是在實(shí)際使用，需要增加一些額外的裝置才能使其工作效率得到提高，而這些額外的裝置卻又提高整體的泵站的投入成本，所以其也間接的提高了投入成本。另外，鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的抗干擾能力很弱不能像同步電動(dòng)機(jī)那么平穩(wěn)的不受其他因素的干擾，例如一個(gè)泵站使用的是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，若該泵站的電壓頻率波動(dòng)比較大的時(shí)候，就會(huì)嚴(yán)重影響到主電動(dòng)機(jī)也就是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的工作效率。

1.3 繞線型異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)的分析概述

繞線型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相比鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜了很多，幾乎接近同步電動(dòng)機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此它本身的機(jī)組成本也和同步電動(dòng)機(jī)的成本差不多。但繞線型異步電動(dòng)機(jī)以其特有的啟動(dòng)電流倍數(shù)比較低的優(yōu)點(diǎn)，很受用于的啟動(dòng)和調(diào)速運(yùn)行之處。同時(shí)，繞線型異步電動(dòng)機(jī)和鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)一樣，抗干擾能力都是比較低的，工作的功效也比較低等特點(diǎn)。

綜上所述，三種不同泵站主電機(jī)類型各自運(yùn)行特點(diǎn)的分析得出，同步電動(dòng)機(jī)已經(jīng)較多的使用于大中型的泵站，且具備比較豐富平穩(wěn)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但是其本身機(jī)組的造價(jià)成本高。鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)由于其機(jī)組造價(jià)成本低則普遍應(yīng)用于小型的泵站，但是抗干擾能力比較差。而繞線型異步電動(dòng)機(jī)只有適用有調(diào)速和啟動(dòng)的場(chǎng)合，且造價(jià)成本和同步電動(dòng)機(jī)的造價(jià)成本差不多，所以采用的泵站不多。三種不同的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行各有特色、有利有弊，因此在實(shí)際泵站建設(shè)中應(yīng)該根據(jù)該泵站的規(guī)模、適用場(chǎng)合來選用合適的電動(dòng)機(jī)類型。

2 電動(dòng)機(jī)優(yōu)化的范圍概述

縱觀國內(nèi)外的大型泵站發(fā)展形勢(shì)，目前，針對(duì)電動(dòng)機(jī)類型的運(yùn)行優(yōu)化成為專業(yè)人士的首要的關(guān)注問題。通過以上針對(duì)三種不同類型的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)分析，認(rèn)為若要優(yōu)化大型泵站的主電機(jī)選型，應(yīng)該從三方面的實(shí)際的情況來綜合考慮，主要指從研究泵站的預(yù)定投入規(guī)模和輸變電的能源消耗上以及河道輸水產(chǎn)生的能量消耗三方面的實(shí)際情況來考慮大型泵站主電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化選型。

首先根據(jù)大型泵站的預(yù)定的投入規(guī)模的實(shí)際情況，來優(yōu)化主電動(dòng)機(jī)的選型，就是指對(duì)主電機(jī)投入的費(fèi)用的優(yōu)化問題。在實(shí)際的大型泵站建設(shè)中，每個(gè)地區(qū)的對(duì)泵站投入的預(yù)定資本都是有限額，只有根據(jù)泵站的實(shí)際建設(shè)情況和想要達(dá)到工作效率綜合情況，來選擇適合的主電機(jī)類型。在前文針對(duì)現(xiàn)存的主電機(jī)類型的三個(gè)不同的類型，已經(jīng)做出深入的分析得出，目前國內(nèi)大型的泵站的主電機(jī)類型大部分采用同步電動(dòng)機(jī)，但是同步電動(dòng)機(jī)的機(jī)組本身的投入成本比較高，但是其可功率比較高同時(shí)能夠反向發(fā)電，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益也是非常高的，所以一個(gè)地區(qū)如果對(duì)大型泵站的預(yù)定投入成本比較高同時(shí)又想追求高的經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)然應(yīng)該選擇采用該電動(dòng)機(jī)類型，才能做到付出和收益均衡。

其次大型泵站在輸變電的能源的消耗上，主要是指泵站想要完成一些大的水利方面的工程時(shí)，需要把其要用的電能從預(yù)定好的變電所通過專用輸電線路輸送到泵站的主變壓器，然后經(jīng)過主變壓器的轉(zhuǎn)換，給泵站的主電動(dòng)機(jī)和它的輔助用電設(shè)備供電后來完成整個(gè)大的工程需要的電力輸送。在當(dāng)今社會(huì)中，經(jīng)濟(jì)、電子科技都快速發(fā)展的時(shí)代，人們?nèi)粘Ｉ畹雀鞣矫鎸?duì)電的需求量越來越大，這就需要泵站在輸變電能源的消耗的同時(shí)，要考慮用電的成本預(yù)算，因此，如果在實(shí)際生活中建設(shè)一座大型的泵站，要選用合適的主電機(jī)類型，才能做到經(jīng)濟(jì)成本和收益的平衡。作為專業(yè)泵站設(shè)計(jì)人士，在他們研究如何使得泵站運(yùn)行得到更大的優(yōu)化時(shí)，不應(yīng)該只是簡(jiǎn)單的考慮泵站的主電機(jī)的成本做到節(jié)能低耗材，還要考慮到主電機(jī)的輔助設(shè)備的耗材選用，以及更加重要的在泵站輸變電這一塊消耗上，如何才能降低能量的消耗成本。例如前文中，所說的選用同步電動(dòng)機(jī)作為大型泵站的主電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以充分利用反向發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)來降低能源消耗。endprint

最后要考慮河道輸水產(chǎn)生的能量消耗，這方面消耗的能量不僅僅是建立泵站投入資本和選擇泵站主電動(dòng)機(jī)的輸變電的能量耗材，還要考慮到沿途河道輸水帶來的其他方面的消耗。相信作為一個(gè)大的水利方面的工程設(shè)計(jì)者，應(yīng)該考慮到大型泵站要做到運(yùn)行優(yōu)化應(yīng)該能夠以綜合考慮泵站建設(shè)的成本投入、輸變電的和河道輸水這三方面的能量消耗。

3 電機(jī)選型優(yōu)化發(fā)展趨勢(shì)和研究方向

隨著我國工業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的發(fā)展道路，現(xiàn)有社會(huì)上各領(lǐng)域工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化控制技術(shù)已經(jīng)得到更高層次的開發(fā)和利用。隨著計(jì)算機(jī)的技術(shù)的飛速發(fā)展，大型泵站的建設(shè)優(yōu)化發(fā)展走向自動(dòng)化控制技術(shù)趨勢(shì)也得到相應(yīng)發(fā)展變化。目前，在大型泵站建設(shè)中，自動(dòng)化控制裝置的主要發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)其監(jiān)控系統(tǒng)的飛速覆蓋性發(fā)展，采用更加智能化、精準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，以及和各種高科技精密的技術(shù)的高度結(jié)合起來使用?？偠灾?，從20世紀(jì)70年代起，大型泵站使用自動(dòng)化控制技術(shù)在實(shí)踐不斷得到提高和完善，到今天為止，已經(jīng)取得一定的規(guī)模和成就，自動(dòng)化的控制水平也達(dá)到了更高的層次，但也不是盡善盡美的，仍然需要專業(yè)人士的進(jìn)一步的探究和提升。

隨著專業(yè)人士對(duì)新的科學(xué)技術(shù)的不斷研發(fā)和實(shí)際運(yùn)用中取得成功，大型泵站主電動(dòng)機(jī)選型的優(yōu)化研究進(jìn)程不斷深入，越來越多專業(yè)人士認(rèn)識(shí)到想要實(shí)現(xiàn)的大型泵站運(yùn)行的優(yōu)化，就需要在設(shè)計(jì)建造大型泵站的時(shí)候，引進(jìn)新型的電機(jī)及傳動(dòng)方式等高新的科學(xué)技術(shù)，才能從根本上來提升整體的優(yōu)化水平。通過前文對(duì)每種類型的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析得出，只有充分了解各種電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，才能在實(shí)際中優(yōu)化泵站的主電動(dòng)機(jī)選型。如前文中分析，對(duì)于一些大型泵站，盡量不要選用功率比較低和抗干擾性不強(qiáng)的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，而選擇相對(duì)性價(jià)比比較高的同步電動(dòng)機(jī)才是正確的，而對(duì)于那些泵站系統(tǒng)中不需要調(diào)速和啟動(dòng)等特殊場(chǎng)合的，通常建議不需要繞線型異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)三種不同類型的電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)分析，想要實(shí)現(xiàn)大型泵站的主電機(jī)選型的優(yōu)化，應(yīng)該從三方面的實(shí)際的情況來綜合考慮，主要指從研究泵站的預(yù)定投入規(guī)模和輸變電的能源消耗上以及河道輸水產(chǎn)生的能量消耗三方面的實(shí)際情況來考慮大型泵站主電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化選型。只有綜合考慮這三個(gè)方面的因素，才能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大型泵站主電動(dòng)機(jī)的合理優(yōu)化，同時(shí)還要把握住大型泵站自動(dòng)化控制裝置的發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)而才能優(yōu)化整個(gè)泵站的運(yùn)行系統(tǒng)。

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