瓦埠湖泵站更新改造工程機械設備節能設計

陶 紅

泵站系統是水利工程中高能耗系統之一，由于設計和管理工作上的一些問題會造成能源的浪費，泵站裝置效率低更是應該在節能技術改造中著重解決的問題。本文以瓦埠湖泵站更新改造工程為例，提出相應的節能技術改造措施，從中找出水泵機組的節能相關經驗，為類似工程提供借鑒。

一、工程概況

瓦埠湖灌區位于江淮之間，屬低丘地區，灌區主要分布在瓦埠湖周邊，灌區的水源主要來自瓦埠湖。自20世紀60年代以來，瓦埠湖灌區先后建成江黃一站、江黃二站、開荒一站、開荒二站、鄭崗一站、鄭崗四站、東津一站等82座站，總裝機 228臺15439kW，設計總灌溉流量 31.2m3/s。由于瓦埠湖泵站陸續建于1967～1972年，建站時間早，水泵效率低，能耗高，工程標準低，質量差，運行40多年，機電設備老化嚴重，泵房及配套建筑物年久失修，灌溉標準降低，灌溉能力下降。同時，泵站安全生產問題突出，管理手段落后，自動化程度不高，造成了瓦埠湖泵站整體技術狀況較差，管理水平落后，已不能適應當地國民經濟的高速發展和現代化進程建設的需要。

為了保證瓦埠湖泵站的安全運行，恢復其灌溉能力，確保瓦埠湖泵站能繼續發揮效益，保障當地社會經濟的發展，2014～2016年，對瓦埠湖泵站江黃一站、江黃二站、開荒一站、開荒二站、鄭崗一站、鄭崗四站、東津一站等7座泵站進行了更新改造，重建改造后裝機32臺共 6216kW。

二、水力機械設備節能

1.水泵

水泵選型時廣泛搜集了國內先進的泵型技術資料，優先采用南水北調工程推薦的優秀水力模型，即選用高效率、空化性能好的水泵。水泵均采用全調節葉片，以使水泵在各種工況下運行均有較高效率，并滿足上下級泵站靈活調度的要求。

瓦埠湖泵站中較大泵站均進行了裝置模型試驗和CFD仿真計算，對進出水流道優化設計，減少管道損失，確保性能達到最優，最大限度減小對水泵運行的不利影響。

對于輔助管路，根據經濟流速選擇合適的管徑，通過優化布置減小管路損失，并選擇摩阻較小的管材，以減少管路水力損失。

2.電動機

電機采用材料和工藝先進的高效電機。

電機運行的實際效率，當負荷系數在0.75～1時達到額定效率，即當水泵經常運行工況的軸功率處于電機額定功率的0.75～1時電機效率最佳。該工程泵站的水泵經常運行工況的軸功率均處于電機額定功率的0.75～1范圍之內。

合理選擇電機的電壓等級，以保證電機使用效率高、損耗小，有利于節能節電。

3.輔助設備

技術供水泵和排水泵均選用高效率的水泵及配套電機，水泵均在各自的高效區運行，減少電能消耗。

在保證安全運行的條件下，可適當抬高集水井的水泵啟動水位，以降低水泵揚程，減少電能消耗。

機組檢修排水安排在非汛期進行，以降低水泵揚程，減少電能消耗。

低壓氣系統的機組制動選用高效率的螺桿空壓機。

透平油系統選用油處理效率高的透平油專用過濾機，絕緣油系統選用油處理效率高的真空凈油機。兩系統均未選用過去常用的效率較低的壓力濾油機和耗電較大的濾紙烘箱，以達到節省電能的目的。

主廠房根據最重起吊設備的重量選用起重設備，樞紐工程泵站均有主副鉤起升機構，在設備安裝和檢修過程中，可根據不同起吊重量確定使用不同的主副鉤起升機構，以避免不配套的情況。橋機的起升機構和運行機構均配置高效率的電動機，以減少電能消耗。

4.通風空調及除濕系統

優化整個通風空調及除濕系統的方案設計，在滿足電氣設備正常運行的絕緣要求和工作人員基本舒適要求的基礎上，減少空調及除濕機的運行，盡量通過通風改善室內環境。優先選用能耗低的通風空調及除濕設備。合理制定運行管理和維護方式。

三、電氣設備節能

合理選擇輸電線路路徑，使線路最短，節省投資和運行成本。按經濟電流密度法選擇導線截面，降低線路損耗。

選擇合理的供電電壓等級，使電氣設備投資和運行成本總費用最低。例如機組容量較大的泵供電電壓由35kV改為110kV，線路損耗僅為35kV供電的1/9.87。

合理選用電氣設備容量，提高負載系數，保證變壓器的負荷率在75%～80%，使變壓器運行在最高效率點。選擇高效、低耗變壓器，主變壓器選用SCB11型變壓器，站用變壓器選用SC13型變壓器。

根據泵站建筑物的布置位置及周圍地質、地形條件，經過技術經濟比較，10kV變電站推薦采用戶內成套設備的布置方案。

在技術方面，戶內成套設備方案的運行可靠性、使用壽命、設備檢修、運行維護等多方面均優于敞開式配電裝置方案；在經濟方面，敞開式配電裝置方案雖然電氣設備投資較少，但占用土地面積較大，對林木植被、周圍環境影響較大。

因此，推薦采用戶內成套設備的方案，可減少資源浪費，增加環保效益。

用電負荷的電源就近引接，變壓器布置根據具體情況縮短母線和電纜長度，有效降低線纜損耗。機電設備的運行、管理采用計算機集中監控方式。

配電設備布置根據具體情況，盡可能縮短母線和電纜長度；動力電纜采用銅芯絕緣電纜，電纜的截面按經濟電流密度法計算選取，從而有效降低了線纜損耗。

異步電動機采用并聯電力電容器進行無功補償，將電機功率因數提高到0.9以上。同步電動機補償是通過同步電動機的勵磁調節裝置將功率因數維持在0.9以上，減少電網無功輸送量，減少電能損耗。

瓦埠湖泵站工程采用監控調度信息化系統，根據水資源需求和時空分布，以及水源點水量水位等水情參數，實現跨流域適時調水，可充分利用水資源和節約能源。

綜合自動化系統具有電能管理功能，通過電能計量數據采集與統計分析，為制定經濟合理的運行方案提供參考依據。

四、照明節能

在有天然采光條件的地面以上建筑，充分利用天然光。

采用綠色照明的燈具可節約電能，照度功率密度值控制在節能規范范圍內。根據不同的工作場合和照度要求，選用光效高、光色好、啟動性好、壽命長的光源。采用節能型燈具及科學的控制方式實現節能降耗。

優選高效、配光合理的直接型燈具，要求室內燈具效率≥70%，室外燈具效率≥50%。氣體放電燈的啟動設備，熒光燈用電感鎮流器一般功耗為燈管額定功率的20%，高強度氣體放電燈的鎮流器功耗為燈管額定功率的15%～16%，而電子鎮流器與電感鎮流器相比，其啟動電壓低、噪聲小、溫升低、重量輕、無頻閃，功耗比電感鎮流器降低50%～75%，因此該工程主廠房的照明光源采用高壓鈉燈或金屬鹵化物燈，副廠房采用熒光燈或節能燈。泵站主廠房采用高壓鈉燈作為主要照明，輔以壁燈照明；副廠房均采用熒光燈作為主要照明；配套涵閘采用熒光燈作為主要照明。

采用一般照明、重點照明、裝飾照明、混合照明、應急照明及疏散照明相結合方式，并充分利用天然光及各種集光裝置進行采光。

選擇多種控燈方式。如各開關室、控制室分別采用分區控制和集中控制方式相結合，主廠房和變電站采用集中控制方式，并按不同的工作區域確定適宜的照度，節省投資和運行成本。

選擇便于維護、檢修的燈具，降低維護成本。

辦公室走道、樓梯等處采用LED光源燈具，杜絕在任何場合使用白熾燈。

五、結語

本文結合瓦埠湖泵站更新改造工程中多泵站運行的特點，通過對動力、電源、照明及水機節能措施進行了分析研究，對泵站運行有一定的指導意義。結果表明，采用綜合措施后，工程運行達到預期的節能效果。水泵節能是一個系統工程，節能方法很多，需要設計、制造及運行管理各方的協調，各個環節都要最大限度地做到節能要求，才能保證泵站工程運行可靠、經濟■