泵站工程机电设计中的节能措施

2010-08-07杨丽娟

治淮 2010年4期

杨丽娟

一、引言

“节能降耗，保护环境”是一项基本国策。泵站是水利工程中耗能最多的工程。据不完全统计，我国现有大、中、小排灌站近60万座，总装机容量约9000多万千瓦。而且，老泵站普遍存在着机电设备落后陈旧、效率低、耗能大等问题。因此，无论是新建泵站，还是老泵站的更新改造，在机电设计这个环节中都应把“节能降耗”作为重要的设计目标。为此，本文就泵站机电设计提出若干设计观点和节能措施，以供参考。

二、泵站水机专业设计中的节能要点

水泵是泵站的核心设备，其选型是否合理，对泵站总的装置效率和节能效果的影响十分重要，故应慎重对待，认真研究。

（一）合理确定泵站的功能

设计泵站应深入研究水文、规划资料，因地制宜，尽量充分利用自排、自灌的自然条件，从而避免或减少泵站抽排、抽灌的使用时间，从根本上为节能奠定基础。

（二）充分利用和分析水利规划的参数

实事求是地确定泵站的各种特征扬程，尤其是最高扬程和平均扬程，从而为泵型的选择提供可靠的依据，从根本上避免泵的配套电机出现“大马拉小车”现象，避免泵在平均扬程工况下（运行时间最长）运行效率偏低等现象。

（三）合理选择泵型

泵型的选择，应根据已确定的各种特征扬程和规划的流量要求，尽可能地选择国内制造、安装技术成熟、使用经验丰富、泵结构（含传动、叶片调整等）简单、运行可靠、性能优越、平均扬程工况下效率较高的泵型，从而为泵的运行、维修、节能创造良好的条件。

（四）合理确定水泵的进、出水流道和进、出水池（压力水箱）等水工结构型式

为尽量减少水泵的各种损失扬程，提高泵站的总装置效率，达到较好的节能效果,必须认真研究泵的进、出水流道和进、出水池（压力水箱）及断流设施等水工结构的型式，做到各专业密切配合，以最终实现安全运行、节能降耗的目的。必要时，可以做数模计算和装置模型试验，并用其计算、试验成果修改泵站的水工布置方案，尽可能做到二者统一，相互验证。

（五）合理确定油、气、水、风等辅机系统

认真选择各种辅机设备，使各种辅机工作在可靠、高效、低耗的工况下，以便节能。

三、电气专业设计中的节能要点

（一）合理选择电动机和变压器

电动机和变压器的能耗占泵站能耗的比重最大。因此，电动机和变压器的合理选择是泵站节能降耗的重点。其要点简述如下：

1.电动机的额定功率与水泵最大轴功率之比值，称为电机配套系数，一般取1.05～1.15（甚至 1.20），但不宜超过1.20，以免造成浪费。

2.电机的额定电压一般视电机容量而定。通常是315千瓦及以下的电机，其额定电压为0.4千伏。315千瓦以上的电机一般优先采用高压10千伏（改造工程也可选用6千伏，目的是利用原变配电设备）。因为电机容量过大，如仍采用0.4千伏，绕组中电流太大，造成电机的铜耗太大。

3.电机的类型选择。高压电机一般容量在800千瓦及以上的选用同步电机，800千瓦以下的选异步电机，且优先选鼠笼式异步机。因为800千瓦及以上的异步机，其功率因数和效率均很低，另外其启动性能也差，制造困难，费用也高。

4.电机的性能参数等。应尽量选用铜绕组、高导磁率的硅钢片铁芯、功率因数高、能耗小、效率高的节能型新产品。

5.变压器的台数。一般选一台（或两台）主变压器，以保证泵站运行时供电（选两台可提高供电可靠性，并且可视负荷的变化而确定投运一台或两台，以节约变损）。另外，再选一台（或两台）小变压器，作为泵站非抽水期间的检修、管理单位办公和生活用电（选两台可提高站用电系统供电可靠性），从而避免大变压器投运，节约变损。

6.变压器的容量。一般在满足最大负荷用电需要和电动机启动时电压降低要求的前提下，尽量使变压器长时间运行在负荷率为0.7左右工况下，因为这时候变压器的效率最高，能耗最少，有利节能。

7.变压器的类型。一般选油变（或干变），但均宜选铜绕组、高导磁率硅钢片铁芯，自然冷却（风冷）、低能耗、全密封S10或S11系列（环氧树脂浇注式）新型节能产品。

（二）合理确定供配电系统，尽量节省线损和变损

1.电源点和供电电压的选定。电源点的确定，应在供电可靠性满足要求的前提下，尽量选择离泵站距离近、输电工程投资少的电源点，以便节约运行中的线路损耗。

供电电压等级的确定，应视电动机的额定电压而定。如是0.4千伏电机，供电电压尽量用10千伏（或35千伏）。而此时泵站应选10/0.4千伏（或35/0.4千伏）变压器供电。绝对避免用35/10千伏和10/0.4千伏二次降压的供电方案。如是10千伏高压电机，供电电压应尽量用10千伏，采取直配供电方案（不要变压器）。这样可以节省变电设备投资，并可以节省变压器损耗。

2.合理选择配电线路（架空线或电缆线）的导线及其截面积。一般架空线路应优先选钢芯铝绞线，电缆线路应优先选铜质导线。二者的导线截面积均宜按经济电流密度的原则来选择，可以节省线路的电能损耗。

3.供配电系统中的电缆线路，应尽量避免或减少迂回供电，尽量减少电缆的长度，避免接头。电缆芯线宜按经济电流密度原则选择，以节约配电网络的线损。

（三）合理选配无功功率补偿装置

1.无功功率补偿用的电容器容量应使电能计量点处补偿后的感性功率因数达到0.95以上，无需达到1.0，更不必过补偿。

2.电容器尽量采取分散就地配置的原则。必要时也可在泵站集中补偿。

3.电容器应尽量采用分步自动投切的装置。分路不宜过多和过少，分步不宜过细。

4.电容器要尽量选用优质、低耗、环保型新产品。

（四）合理配置、正确选择高次谐波的监测仪表和滤波装置

高次谐波的危害之一就是引起电机、变压器等电气设备发热，损耗大大增加，为此，泵站必须配置谐波监测仪。但是，由于谐波分布的多变性和计算的复杂性，在设计阶段很难弄清并解决谐波问题。因此，在设备调试与试运行阶段，实测谐波的种类和含量十分必要，然后，根据实测值再分析、计算，最后对照规范决定是否必须治理和如何选配滤波设备。

另外，综合自动化控制系统可以根据泵站的运行条件实测值，通过事先编好的程序进行优化调度，以此确定泵站机组和变压器投入的台数和泵应采用的叶片角度，以便实现泵站的最佳经济运行方式。