泵站機(jī)電節(jié)能設(shè)計探討

   隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷進(jìn)步和發(fā)展，泵站工程是解決工程性缺水的重要措施和手段，而機(jī)電作為泵站工程中的重要組成部分，其建設(shè)的質(zhì)量直接影響到泵站工程的質(zhì)量。同時隨著社會不斷深入的節(jié)能理念，如何更好的做好泵站機(jī)電節(jié)能設(shè)計成為該領(lǐng)域十分重要的研究內(nèi)容。本文主要闡述了泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計的意義，并對泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計的優(yōu)化運行進(jìn)行了一定的研究，旨在為進(jìn)一步提高泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計的水平而提出一些有價值的參考。
一、泵站機(jī)電節(jié)能設(shè)計的意義
進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，泵站的電氣設(shè)計也隨著潮流不斷更新，老產(chǎn)品就逐漸淘汰了。在引進(jìn)先進(jìn)產(chǎn)品的同時，科學(xué)地設(shè)計選型成為泵站電氣設(shè)計研究的新方向，除了選擇新型電氣設(shè)計，還盡量選擇最合適的設(shè)計。如果只注意引進(jìn)新產(chǎn)品而忽略其對于泵站運行的可靠性，仍不能做到經(jīng)濟(jì)合理，如果只注重其效益，則不一定能做節(jié)能環(huán)保。因此，對電氣設(shè)計的要求也越來越高，經(jīng)濟(jì)、快速、節(jié)能的也已成為設(shè)計的方向。
如何提高泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計的水平、降低不必要的能源損失，做到經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性，使其為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平改善帶來長遠(yuǎn)效益，對節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、降低泵站的建設(shè)和運行成本、促進(jìn)水利工程項目長遠(yuǎn)健康發(fā)展、實現(xiàn)能源的最優(yōu)化利用等方面具有重要意義。因此，根據(jù)泵站工程中的機(jī)電運行，推進(jìn)節(jié)能設(shè)計的應(yīng)用，降低泵站工程機(jī)電設(shè)計中的消耗是未來泵站等水利工程發(fā)展的必然之路。
二、泵站水機(jī)設(shè)計中的節(jié)能要點
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。
1、合理確定泵站的功能
設(shè)計泵站應(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、抽灌的使用時間，從根本上為節(jié)能奠定基礎(chǔ)。
2、充分利用和分析水利規(guī)劃的參數(shù)
實事求是地確定泵站的各種特征揚程，尤其是最高揚程和平均揚程，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，避免泵在平均揚程工況下（運行時間最長）運行效率偏低等現(xiàn)象。
3、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)驗豐富、泵結(jié)構(gòu)（含傳動、葉片調(diào)整等）簡單、運行可靠、性能優(yōu)越、平均揚程工況下效率較高的泵型，從而為泵的運行、維修、節(jié)能創(chuàng)造良好的條件。
4、改造進(jìn)、出水池，減小進(jìn)、出水池水頭損失
對于設(shè)備的節(jié)能改造，必須要合理地確定進(jìn)、出水池的具體尺寸和形狀，因為，不合理的設(shè)計既會增加設(shè)備中水頭損失，還會引起回流、漩渦、脫壁等不良水力現(xiàn)象，最終惡化水泵的進(jìn)水條件，降低水泵效率。
當(dāng)水源條件變化時，進(jìn)水池中水泵吸入管口的最小淹沒深度經(jīng)常會變小，從而誘發(fā)漩渦，可采用適當(dāng)降低進(jìn)水池底板高度、降低水泵安裝高度的措施來改善進(jìn)水條件。出水池的水頭損失與管口出流形式及出水池的形式尺寸有關(guān)，應(yīng)盡量避免管口高于出水池水面的自由出流方式，該方式會顯著地增加水頭損失，應(yīng)改為淹沒出流。另外，采用側(cè)向出水時盡量避免水流沖擊池壁，此時產(chǎn)生的反射波會增加水泵工作揚程。
三、泵站電氣設(shè)計中的節(jié)能要點
1、電動機(jī)和變壓器節(jié)能
在泵站工程電氣部分的能耗中，電動機(jī)和變壓器的能耗占了非常高的比例，所以有必要對電動機(jī)和變壓器進(jìn)行節(jié)能設(shè)計。
對電動機(jī)的節(jié)能設(shè)計而言，具體可以分為以下三個方面進(jìn)行討論：（1）要選擇具有節(jié)能特性的電動機(jī)。如可以通過比較不同電動機(jī)在泵站工作中的應(yīng)用效益，選擇效益最高的電動機(jī)。一般而言，當(dāng)電機(jī)容量要求在800千瓦或者以上時宜選擇同步電機(jī)，而當(dāng)容量要求在800千瓦以下時則宜選擇異步電機(jī)。（2）要對電動機(jī)在泵站工程中的運行消耗進(jìn)行控制，尤其要重視對電動機(jī)功率的控制。經(jīng)過實踐研究證明，電動機(jī)的功率一般控制在75%～100%，其運行效率最高，此時可以極大地節(jié)約電動機(jī)運行過程中的能源消耗。（3）要盡量采用科學(xué)、安全的電動機(jī)啟動方式。傳統(tǒng)啟動方式往往會帶來瞬時電流的增加，而這可能會引發(fā)電能的過大消耗，所以應(yīng)盡量選擇科學(xué)的安全電動機(jī)啟動方式，如可采用直接啟動或降壓啟動等。
對變壓器的節(jié)能設(shè)計而言，首先要將抽水時用的主變壓器與生活用的變壓器進(jìn)行區(qū)分。如為了確保泵站工作時的電能供給，可以在泵站內(nèi)安裝有一臺或兩臺主變壓器，而泵站在非抽水的時間內(nèi)，則可通過其他小變壓器來提供站內(nèi)生活用電。其次，要做好變壓器容量的選擇。在確保變壓器能夠滿足泵站工作要求的前提下，應(yīng)將其負(fù)載率控制在0.8左右，實踐研究證明，變壓器負(fù)載控制在0.75-0.85之間時，其工作效率最高，即節(jié)能效益最好。
2、線路節(jié)能
在泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計中，線路系統(tǒng)具有非常大的節(jié)能潛力，應(yīng)該被作為一項重要控制內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真對待。具體而言，線路節(jié)能設(shè)計可以分為以下三個方面：（1）選擇銅芯線纜以降低泵站機(jī)電運行線路的電阻率；（2）對線纜長度進(jìn)行控制，并盡量縮短線纜間的距離，如可根據(jù)線路接線方式合理布置各個機(jī)電裝置，并由此對裝置間的線路長度加以控制，以最大限度降低線路運行中的能耗；（3）對包括電阻在內(nèi)的線路性能進(jìn)行優(yōu)化，在不影響泵站實際應(yīng)用的前提下，盡量通過線路優(yōu)化來減少其內(nèi)的電能消耗。
3、供配電節(jié)能
在泵站工程的機(jī)電部分中，供配電系統(tǒng)與其整體節(jié)能水平間有著非常重要的關(guān)系。如果供配電設(shè)計合理，則能夠在很大程度上降低泵站運行中的能源消耗，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。具體而言，泵站供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計要結(jié)合泵站機(jī)電運行的實際情況，做好以下三個方面的工作：（1）優(yōu)化負(fù)荷等級，選擇符合容量標(biāo)準(zhǔn)的變壓器，并按照變壓器在泵站工程中的投入方式以完善變壓器的技術(shù)參數(shù)，提高泵站供電的經(jīng)濟(jì)性；（2）針對泵站工程的規(guī)模，設(shè)定匹配的電壓，并根據(jù)供電電壓的級別設(shè)計對應(yīng)的配套設(shè)備，達(dá)到最優(yōu)化節(jié)能的目的。（3）通過控制配電級數(shù)來減少電能消耗，確保供電系統(tǒng)在規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)運行，提高供電系統(tǒng)的節(jié)能水平。
4、自動化節(jié)能
自動化控制是機(jī)電工程節(jié)能設(shè)計發(fā)展的趨勢，泵站工程中的機(jī)電部分也不例外。通過引入自動化控制技術(shù)，一方面可以加強(qiáng)對泵站工程中機(jī)電部分的運行監(jiān)控，保障泵站機(jī)電設(shè)備運行的可靠性；另一方面可以根據(jù)泵站的實際工作需要對機(jī)電運行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保機(jī)電系統(tǒng)始終運行在一個高效低耗的工作狀態(tài)下，以充分體現(xiàn)體現(xiàn)泵站工程機(jī)電節(jié)能中的智能化優(yōu)勢。
四、結(jié)束語
近年來，雖然我國已經(jīng)逐步意識到泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計的重要性，也研究、提出并應(yīng)用實施了一些節(jié)能技術(shù)措施，但整體效果并不理想，泵站運行中能耗過大的問題并沒有得到顯著改善。因此，還需要對泵站工程機(jī)電部分的節(jié)能設(shè)計問題作更深入的研究，并在此基礎(chǔ)上對泵站機(jī)電部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和全面改造。