泵站機(jī)電節(jié)能設(shè)計(jì)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(shí)隨著社會(huì)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(jì)成為該領(lǐng)域十分重要的研究?jī)?nèi)容。本文主要闡述了泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計(jì)的意義，并對(duì)泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計(jì)的優(yōu)化運(yùn)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(jì)的水平而提出一些有價(jià)值的參考。
一、泵站機(jī)電節(jié)能設(shè)計(jì)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(jì)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(shí)，科學(xué)地設(shè)計(jì)選型成為泵站電氣設(shè)計(jì)研究的新方向，除了選擇新型電氣設(shè)計(jì)，還盡量選擇最合適的設(shè)計(jì)。如果只注意引進(jìn)新產(chǎn)品而忽略其對(duì)于泵站運(yùn)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(duì)電氣設(shè)計(jì)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(jì)的方向。
如何提高泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計(jì)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(duì)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、降低泵站的建設(shè)和運(yùn)行成本、促進(jìn)水利工程項(xiàng)目長遠(yuǎn)健康發(fā)展、實(shí)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(yùn)行，推進(jìn)節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用，降低泵站工程機(jī)電設(shè)計(jì)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(jì)中的節(jié)能要點(diǎn)
水泵是泵站的核心設(shè)備，其選型是否合理，對(duì)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(duì)待，認(rèn)真研究。
1、合理確定泵站的功能
設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)事求是地確定泵站的各種特征揚(yáng)程，尤其是最高揚(yáng)程和平均揚(yáng)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(yáng)程工況下（運(yùn)行時(shí)間最長）運(yùn)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(yáng)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(yàn)豐富、泵結(jié)構(gòu)（含傳動(dòng)、葉片調(diào)整等）簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、性能優(yōu)越、平均揚(yáng)程工況下效率較高的泵型，從而為泵的運(yùn)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(duì)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?yàn)?，不合理的設(shè)計(jì)既會(huì)增加設(shè)備中水頭損失，還會(huì)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(shí)，進(jìn)水池中水泵吸入管口的最小淹沒深度經(jīng)常會(huì)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(huì)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(shí)盡量避免水流沖擊池壁，此時(shí)產(chǎn)生的反射波會(huì)增加水泵工作揚(yáng)程。
三、泵站電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能要點(diǎn)
1、電動(dòng)機(jī)和變壓器節(jié)能
在泵站工程電氣部分的能耗中，電動(dòng)機(jī)和變壓器的能耗占了非常高的比例，所以有必要對(duì)電動(dòng)機(jī)和變壓器進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。
對(duì)電動(dòng)機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)而言，具體可以分為以下三個(gè)方面進(jìn)行討論：（1）要選擇具有節(jié)能特性的電動(dòng)機(jī)。如可以通過比較不同電動(dòng)機(jī)在泵站工作中的應(yīng)用效益，選擇效益最高的電動(dòng)機(jī)。一般而言，當(dāng)電機(jī)容量要求在800千瓦或者以上時(shí)宜選擇同步電機(jī)，而當(dāng)容量要求在800千瓦以下時(shí)則宜選擇異步電機(jī)。（2）要對(duì)電動(dòng)機(jī)在泵站工程中的運(yùn)行消耗進(jìn)行控制，尤其要重視對(duì)電動(dòng)機(jī)功率的控制。經(jīng)過實(shí)踐研究證明，電動(dòng)機(jī)的功率一般控制在75%～100%，其運(yùn)行效率最高，此時(shí)可以極大地節(jié)約電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的能源消耗。（3）要盡量采用科學(xué)、安全的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式。傳統(tǒng)啟動(dòng)方式往往會(huì)帶來瞬時(shí)電流的增加，而這可能會(huì)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式，如可采用直接啟動(dòng)或降壓?jiǎn)?dòng)等。
對(duì)變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)而言，首先要將抽水時(shí)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(shí)的電能供給，可以在泵站內(nèi)安裝有一臺(tái)或兩臺(tái)主變壓器，而泵站在非抽水的時(shí)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(shí)踐研究證明，變壓器負(fù)載控制在0.75-0.85之間時(shí)，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(jì)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(xiàng)重要控制內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)真對(duì)待。具體而言，線路節(jié)能設(shè)計(jì)可以分為以下三個(gè)方面：（1）選擇銅芯線纜以降低泵站機(jī)電運(yùn)行線路的電阻率；（2）對(duì)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(gè)機(jī)電裝置，并由此對(duì)裝置間的線路長度加以控制，以最大限度降低線路運(yùn)行中的能耗；（3）對(duì)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(shí)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(jì)合理，則能夠在很大程度上降低泵站運(yùn)行中的能源消耗，進(jìn)而實(shí)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(jì)要結(jié)合泵站機(jī)電運(yùn)行的實(shí)際情況，做好以下三個(gè)方面的工作：（1）優(yōu)化負(fù)荷等級(jí)，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(duì)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(jí)別設(shè)計(jì)對(duì)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(jí)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(yùn)行，提高供電系統(tǒng)的節(jié)能水平。
4、自動(dòng)化節(jié)能
自動(dòng)化控制是機(jī)電工程節(jié)能設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢(shì)，泵站工程中的機(jī)電部分也不例外。通過引入自動(dòng)化控制技術(shù)，一方面可以加強(qiáng)對(duì)泵站工程中機(jī)電部分的運(yùn)行監(jiān)控，保障泵站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的可靠性；另一方面可以根據(jù)泵站的實(shí)際工作需要對(duì)機(jī)電運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保機(jī)電系統(tǒng)始終運(yùn)行在一個(gè)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(shì)。
四、結(jié)束語
近年來，雖然我國已經(jīng)逐步意識(shí)到泵站工程機(jī)電節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性，也研究、提出并應(yīng)用實(shí)施了一些節(jié)能技術(shù)措施，但整體效果并不理想，泵站運(yùn)行中能耗過大的問題并沒有得到顯著改善。因此，還需要對(duì)泵站工程機(jī)電部分的節(jié)能設(shè)計(jì)問題作更深入的研究，并在此基礎(chǔ)上對(duì)泵站機(jī)電部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和全面改造。