以鲍家冲排涝站为例浅谈泵站的节能设计

李新国

随着经济的高速发展，能源消费也快速增长，水利工程的运行和维护都需要电能，节能降耗不仅关系国民经济的可持续发展，也意味着降低成本，提升竞争力。在水利工程设计过程中提出节能措施可以促进项目科学合理利用能源，从源头上杜绝能源浪费。本文以鲍家冲排涝泵站节能设计为例，浅谈泵站设计中的节能措施，为类似工程的节能设计提供一些参考。

一、工程概况

鲍家冲排涝泵站位于安徽省颍上县八里河镇中部仁里新村附近，是颍上县城市水系规划的骨干排涝工程。鲍家冲泵站排涝片北与许庙站排涝片相接，东至颍正公路，南至东八里河大道，西至解放路，排涝面积约14.43km2。项目区涝水主要由黄岔大沟汇集后通过规划建设的鲍家冲排涝站排入八里河。

该工程设计采用一级排水泵站，设计扬程为2.2m，最大扬程为3.9m。根据该站的扬程范围，并经水力损失计算后，通过初步比选，采用装机6台1000ZDB-125型（方案一）及装机4台1200ZDB-160型（方案二）潜水轴流泵进行方案比较，两种方案在流量、扬程等方面均能满足规划设计要求，方案二总装机功率略大；在整个运行范围内，水泵设计点工况效率分别为88%、81.6%，方案一优于方案二；从设备投资方面而言，方案二的机电设备投资也多于方案一；方案一由于其水泵口径较小，开挖较浅，因此进水流道底板高程与原有的出水涵洞能较好衔接，同时，装机台数较多，其泵房相对窄而长，根据站址处的具体地形，更有利于布置，运行调度也更灵活。因此共安装6台1000ZDB-125型潜水泵，配6台YQGN740S2-12电机，总装机容量1080kW，设计抽排流量18.27m3/s，自排流量20.78m3/s。

二、节能措施

该工程的机电工程设计中均遵循高效、节能的原则。现将节能观点坚持的原则简述如下：以提高效率，降低能耗，以有限的资源和最小的能源消费来取得最大的经济和社会效益，满足日益增长的需求为目标。同时尽量减少或消除机电设备的固有能耗。且不限制发展，不降低服务标准和使用功能。

泵站节能主要是通过综合技术措施，对抽水装置和配套设备等进行优化，使得多年平均泵站效率达到最高，以降低运行费用，节省能源消耗。节能措施包括：电源节能、动力节能、照明节能以及其他节能措施。

1.电源节能

电能在传输过程中的损耗，包括线路损耗和变压器损耗。

（1）减少线路损耗所采用的具体节能措施如下：1）对工程场地进行详细查勘调研，合理选择线路路径，使线路最短，节省投资和运行成本。2）合理选择输电线路材料和截面，降低输电线损率。按经济电流密度法选择导线，线损比其他两种方法如允许电压损失和长时允许工作电流法低35%。通过优化电气设备布置，降低动力电缆的输电损耗。3）尽量选择高电压等级，以减少中间环节的损耗和资源浪费。4）提高功率因数，降低运行损耗。5）工程内部线路、电缆的选择除遵循以上的原则外，均选择铜芯电缆。

（2）减少变压器损耗所采用的具体节能措施如下：1）合理选用电气设备容量，提高负载系数，保证变压器的负荷率在65%～75%，避免“大马拉小车”，使变压器运行在最高效率点。2）优先选用国家推荐的低损耗系列电力变压器产品，选择高效、低耗的变压器。该泵站选用国家有关部门推荐的SC11系列高效节能型变压器。3）变压器的接线尽量选择D,yn11接线形式，电源质量优越，减少高次谐波的影响，降低铁芯中因涡流引起的损耗，减少运行损耗。4）装设相应的补偿装置，将功率因数提高到0.9以上，减少电网无功输送量，减少电能损耗。5）在设计中尽量保证三相负荷的平衡，若调配不当，会使线路及变压器的损耗增加。

2.动力节能

动力设备的节能主要包括电动机及相关机械设备的节能，具体措施如下：（1）采用高效电机减少耗电量，节约能源。提高电动机运行效率：采用取材先进、工艺先进、高效的节能型电机，减少耗电量，节约能源，该站选用Y型电机；改进控制方式，提高运转效率；尽量选择电机的驱动容量与水泵机械负载特性、功率匹配，达到最佳运转状态，一般电动机的额定效率和功率因数是按其负载率的75%～100%选择的；合理选择电压等级，保证电机使用效率高、损耗小，利于节能节电。（2）选择电机的驱动容量与水泵功率匹配，达到最佳运转状态。（3）设置软启动器，降低电机起动时对电网的冲击。（4）为提高主泵和电动机的运行效率，减小进出水流道水力损失，水泵选型要保证泵站多年平均及设计扬程下运行效率较高。本站设计扬程下效率约为86%。

3.照明节能

照明节能主要目的是提高照明系统的总效率，合理采用照明灯具、方式及控制，具体措施如下：（1）推广使用高效光源：采用光效高、寿命长的各类气体放电光源，重点推广细管和各种紧凑型荧光灯，采用荧光灯作为主要照明。（2）优选高效、配光合理的直接型灯具，要求室内灯具效率≥70%，室外灯具效率≥50%。（3）优选气体放电灯的启动设备，荧光灯均采用节能型镇流器，该镇流器具有启动电压低，噪声小、温升低、重量轻、无频闪，功耗低等优点。（4）选择合理的照明方式：采用一般照明、重点照明、混合照明、应急照明等相结合方式，并充分利用天然光及各种集关装置进行采光。（5）选择多种控灯方式，并按不同的工作区域确定适宜的照度，节省投资和运行成本。

4.其他节能措施

（1）从工程总体布置角度，对于排涝泵站而言，工程站址的选择以及总体布置的优劣也对其项目节能有着至关重要的影响，在站址选择上应尽量选择在地势低洼、能汇集排水区涝水，且靠近承泄区的地点，以降低泵站扬程，减小装机功率；结构布置应通过方案比较，选择技术经济较优的方案，尽量减少主体工程量，进水渠尽量利用原有排水沟，建筑物的改造均利用原址或现有河道内，以尽量减少施工期的能源消耗。

（2）减小进出水池水头损失：合理确定泵站前池、进出水池的结构尺寸，改善主泵吸水性能，防止池内产生漩涡、回流，减小水流通过拦污栅的水头损失。

（3）减小流道水力损失：选择管道经济管径，缩短管长，减少弯管，选用阻力系数小的管件，选用节能型侧翻拍门，正确安装，使流道、主泵及管件形成最优配合。

（4）上部建筑均采用节能设计，结构布置紧凑，厂房及管理房外立面均设保温层，采用大开度窗户以满足日常照明和通风要求，减少管理成本。

（5）提高科学管理水平：加强技术管理，使泵站机电设备和配套设备经常处于完好的技术状态。

三、结语

该工程建设期以土方开挖和建筑物混凝土施工等耗用能源为主，运行期主要耗能种类为泵站运行所消耗的电能。经计算年均用电147.378万kW·h，折标煤181.13t。项目设计符合节能法律、法规和产业政策，符合合理用能标准和水利工程节能设计规范。

具体设计时，在工程总体布置、施工组织设计方面充分结合项目区地形、地质条件、水流条件、加压泵房型式及工程运用要求，在满足输水功能前提下，减少工程投入及后期运行费用，从而减少能源消费。所选择的机电设备均为通用的标准化产品，其能耗指标基本优于相关能效限值。项目的运行调度采用计算机监控系统和视频监视系统，可优化机电设备的经济运行，降低能源消耗及提高水资源的利用率。

工程所采用的节能措施，成本均较低，经济投入较小，对节能效果影响显著，其产生的经济效益远高于节能成本