水利工程泵站電氣設計中的節能措施探討

【摘要】本文主要闡述了水利工程泵站設計過程中需要注意和采取的節能措施以及重要節能產品的選擇和應用。

【關鍵詞】電機節能；供配電節能；主接線；線路

1、供配電系統節能

根據泵站用電負荷容量，供電距離及其分布，用電設備特點及負荷等級，合理設計供配電系統，盡量做到簡單可靠，操作方便，保證供配電系統在運行中的損耗減至最低，實現供配電系統的經濟運行，達到節能的目的。

1.1 負荷等級的確定以及負荷計算，是供配電系統設計的依據

利用最佳負載系數法確定變壓器容量，綜合考慮初始投資和年運行時間及費用，選擇節能變壓器和高性能開關設備，確保系統安全、可靠，實現泵站經濟運行。

變壓器經濟節能運行的負載率宜為0.7-0.8。選取容量與電力負荷相適應的變壓器，使其工作在高效低耗區內；在選擇變壓器時，應選用節能環保、低損耗、低噪音的變壓器，并選Dyn11的接線組別，使變壓器容量在三相不平衡負荷下得以充分利用，并有利于抑制三次諧波電流。根據泵站工作制度，可以設置主變壓器和站用變壓器，在非運行期間，主變壓器退出運行，投入站用變壓器，以減少主變壓器輕載損耗或空載損耗。

1.2 合理選擇供電電壓

在同等情況下，電壓越高，損耗越小。對于小型泵站，水泵配套電機功率一般在200kW以下，通常選用380V低壓電動機，對于大、中型泵站，水泵配套電機功率一般大于等于280kW，通常選用10kV（6kV）高壓電動機，當電機功率在200-280kW時，應經過技術經濟比較后確定采用何種供電電壓。

1.3 電氣主接線應盡量簡單可靠

通常采用單母線或單母線分段接線方式，同一電壓等級供配電系統變配電級數不宜多于兩級，盡量減少因變配電級數過多而產生的電能損耗，并設置電容器無功補償裝置，降低線路運行電流，減少線路損耗，供電線路的電壓損失應滿足規范的允許值，這在一定程度上提高了供電網絡的供電質量及網絡運行的經濟效益。

2、電動機的節能

在泵站工程中，要減少泵站用電損耗，必須先降低電動機的損耗，因為水泵電動機的損耗占泵站用電損耗的比例最大，因此電動機的節能降損是必須認真思考的重要內容。

2.1 設計時應選用高效節能的電動機

應根據工程要求和特點，進行多方案技術經濟比較，選擇異步電動機時應優先選擇鼠籠型異步機，只有在起動計算后，認為鼠籠型異步電動機無法滿足起動要求時，才可選擇繞線型異步電動機。

2.2 減少電動機電能損耗的主要途徑

減少電動機電能損耗的主要途徑是提高電動機的工作效率和功率因數，異步電動機的有功損耗中的不變損耗和可變損耗相等時效率最高，此時，不在電機功率的額定值。通常電動機在額定功率的75%-100%運行時效率最高，在選用電動機額定容量時，應將負荷率控制在0.8-0.9范圍內，避免“大馬拉小車”，除了浪費能源外，還容易造成設備的損壞。

2.3 電機啟動應優先采用直接啟動

如果用直接啟動方式不能滿足電動機端電壓要求時，可以采用降壓啟動方式。傳統的啟動方式存在許多弊端，如啟動電流高達額定電流的5-7倍，造成電動機繞組因過熱引起高溫，從而加速絕緣老化；供電網絡電壓降過大，當電壓小于或等于0.85Un時，影響其它設備的正常使用；啟動時能量損失過大，浪費電能，尤其是頻繁啟動時更費。因此，近幾年來水泵電機一般都是采用軟啟動降壓啟動方式，可以避免大電流啟動沖擊造成對電機絕緣的影響，減少電動機維修量，節約維修費用，延長電機壽命。

3、線路節能

在工程運行中，線路上的電能損耗相當可觀，減少線路損耗的措施有以下幾點：

3.1 采用銅芯線纜

盡量選用電阻率較小的銅芯線纜，同時結合節約用銅的原則，在較重要的泵站應采用銅芯線纜。

3.2 減少線纜長度

在泵站工程中，副廠房一般靠近主廠房布置，變配電室通常布置在副廠房內，設備布置時盡量按照接線順序布置變配電裝置室，將高壓配電室布置在終端桿側，并將主機柜盡量靠近主電機，以便布線和接線方便，理順，線路最短，線路損耗最低。

3.3 合理選擇電纜、導線的截面

在滿足允許載流量、允許電壓損失等各種技術指標的前提下，結合實際運行需要，按經濟電流密度選擇線纜的截面，并應從降低電能損耗、減少投資和節約有色金屬等方面綜合衡量。

3.4 合理提高供配電系統的功率因數

利用補償柜上的自動補償控制裝置，在水泵電機選定的情況下，若自然功率因數達不到接入電網要求時，無功功率補償裝置自動投入運行，提高電網功率因數，進一步減少線路及變壓器的損耗，在泵站電氣設計中通常采用電機分散就地補償和母線集中補償兩種方式，也可根據工程具體情況具體分析。

4、自動化控制

對于大、中型泵站，應設置綜合自動化控制系統，采用網絡多媒體技術和網絡控制技術相結合，實現在同一人機界面組態平臺下，工業電視監視與計算機監控一體化，實現泵站設備的計算機自動化監視、測量、故障診斷、控制保護和信息管理，提高泵站設備安全運行管理自動化水平，大幅度提高泵站、閘門的運行智能化程度，降低管理和運行成本，確保設備運行的安全可靠性和持久性。

5、照明節能設計

照明節能設計在保證照度要求和不降低照明質量的前提下，應選用節能燈具，照度達到規范要求的情況下盡可能地減少照明系統的光能損失。

《建筑照明設計標準》（GB50034-2OO4）和《給水排水設計手冊》第二版，第8冊均給出了各廠房和工作房間的功率密度值（LPD），該設計嚴格按照規范和手冊上的功率密度值進行控制，在滿足照度的要求下，均只達到規定的目標功率密度值的70%-80%。

6、結束語

本文介紹了在泵站工程電氣設計中的主要幾種節能措施，其它的節能措施還有照明節能、弱電節能等。為了使泵站在管理和運行過程中能節省最大的運行費用，泵站在電氣設計過程中，應進行多種設計方案比較，選擇節能、性能優良產品，并在安全、可靠、合理的情況下實現節能。

參考文獻：

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