小型灌溉泵站電氣設(shè)計(jì)和電氣設(shè)備選型

吳勁松 江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司

小型灌溉泵站的特點(diǎn)是與排灌區(qū)的距離較近，排灌靈活性強(qiáng)，工程建設(shè)簡單，投資少，在短時(shí)期內(nèi)便可見到成效。電氣設(shè)備以低壓機(jī)組為主，單機(jī)的容量較小，裝機(jī)臺數(shù)少則一臺，多則十幾臺，國家提供了大部分建設(shè)資金，其余資金需要地方自籌。所以泵站的電氣設(shè)計(jì)需要既要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，還要突出環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢，降低能耗。

一、小型灌溉泵站的電氣設(shè)計(jì)思路

（一）水泵電機(jī)的自動控制

水泵電機(jī)的主要功能是提供運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動力，讓電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，同時(shí)也是泵站重要的動力提供設(shè)備。在電氣自動化系統(tǒng)中，自動控制水泵電機(jī)是重要的組成部分，一來可以節(jié)約大量人力，讓工作人員有更多的時(shí)間和精力用于創(chuàng)造性、價(jià)值型的工作；二來可以實(shí)現(xiàn)對水泵電機(jī)全天24h的機(jī)械控制，更便于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行過程中的問題，并發(fā)出警報(bào)。現(xiàn)階段，很多電機(jī)生產(chǎn)廠家都在朝著自動化方向努力，不斷研發(fā)溫度傳感器、自動控制柜等系統(tǒng)。

（二）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一種具有綜合性能的自動化系統(tǒng)，集合了監(jiān)視、控制、測量、保護(hù)、管理等功能，主要用來監(jiān)視并控制泵站全站的機(jī)組、油氣水系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、電氣設(shè)備、直流系統(tǒng)，為泵站的安全、可靠運(yùn)行提供保障，實(shí)現(xiàn)少人值守甚至無人值守的目的。聯(lián)網(wǎng)后，計(jì)算機(jī)還能將泵站的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞至上級主管部門，以便管理人員更好的監(jiān)管泵站。

（三）配電設(shè)備的自動控制

主要包括斷路器、保護(hù)測量裝置、變壓器、電纜等，這些設(shè)備是否可以實(shí)現(xiàn)自動化的控制端、通信接口的信號傳輸，對于配電設(shè)備的自動化控制、遠(yuǎn)程控制十分關(guān)鍵。因此，泵站的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)全面考慮各種電氣設(shè)備的報(bào)警功能以及實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

（四）輔助設(shè)備的自動控制

泵站常見的輔助設(shè)備包括葉片調(diào)節(jié)裝置、排水泵以及電動閥門等，輔助設(shè)備的主要功能是提高泵站運(yùn)行效率與安全性。設(shè)計(jì)過程中，可以直接在泵站的自動控制系統(tǒng)中加入輔助設(shè)備，比如通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)和輔助設(shè)備的互聯(lián)，管理人員借助上位機(jī)即可操作。

二、小型灌溉泵站的電氣設(shè)備選型

（一）主變壓器

小型泵站的電源通常為10KV、電動機(jī)電壓為0.38KV，采用的是10/0.4KV級的變壓器，因此主變壓器的選型需要處理好兩個(gè)問題：

1.主變壓器容量的選擇與啟動方式

在最大一臺全壓直接起動電動機(jī)的容量≤變壓器容量的30%的情況下，電動機(jī)母線的電壓降不會超過15%。如果全壓直接起動電動機(jī)容量超過了變壓器容量的30%，則電動機(jī)母線的電壓降很可能在15%以上，這種情況下可以選擇的啟動方式有兩種：①提高變壓器的容量來改變啟動條件，但是變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，會有一部分容量處于空閑狀態(tài)，因此不推薦。②增加變壓器的容量，提高電動機(jī)的機(jī)端電壓，從而實(shí)現(xiàn)對主變壓器的全壓直接啟動。

2.主變壓器容量和水泵軸功率

電氣設(shè)計(jì)中，很容易遇到水泵軸功率和電動機(jī)功率不相符的問題，如果按照電動機(jī)的功率來選配主變壓器，除了容量偏大以外，還會增大和變壓器配套的電線電纜、開關(guān)電氣設(shè)備的選型，增加投資費(fèi)用。所以更推薦按照水泵軸功率來選型主變壓器。

（二）電動機(jī)的選型

普通泵站拖動水泵負(fù)載的電機(jī)，一年內(nèi)只有在灌溉抽水過程中才會連續(xù)工作，操作頻率 并不高。所以電動機(jī)的額定功率只需要超過水泵的負(fù)載功率即可，因?yàn)殡姍C(jī)操作不頻繁，水泵負(fù)載較輕，小型灌溉泵站應(yīng)優(yōu)先選擇結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)、價(jià)格低廉的電動機(jī)，比如交流鼠籠型異步電動機(jī)。

繞線型電動機(jī)的特點(diǎn)是時(shí)間短、起動轉(zhuǎn)矩大、電流小，尤其適用于頻繁的操作和重載啟動。與鼠籠型異步電動機(jī)相比，繞線型電動機(jī)的價(jià)格相對較高，如果電網(wǎng)具備全壓直接啟動的條件，則推薦選擇鼠籠型電動機(jī)。如果降壓起動無法滿足起動轉(zhuǎn)矩的要求時(shí)，則可以考慮選擇繞線型電動機(jī)。

鼠籠型異步電動機(jī)主要有兩種啟動器：一種是軟啟動器，特點(diǎn)是啟動的電流量小、可調(diào)節(jié)、啟動平滑、啟動時(shí)間短。如果泵站有多臺電動機(jī)，采用一臺軟啟動器進(jìn)行控制是十分經(jīng)濟(jì)的選擇。另一種是自耦減壓起動器，特點(diǎn)是啟動電流大、啟動特性硬、具有機(jī)械沖擊，體積大，使用時(shí)間要比軟啟動器更長，屬于分段式恒壓啟動。從理論層面來講，也可以用一臺自耦減壓起動器控制多臺電動機(jī)，但這種啟動器的工作發(fā)熱較大，所以無法連續(xù)啟動，因此并不適合“一拖多”。

（三）站用電的選型

結(jié)合電網(wǎng)的供電情況與泵站的裝機(jī)容量，站用電的獲取方式主要有三種：①直接從電動機(jī)的電壓母線上獲取。②配置專用的站用變壓器，直接接在主變壓器高壓側(cè)的進(jìn)線開關(guān)外側(cè)，站用電則從專用變低壓側(cè)獲取。③在泵站停運(yùn)期間，如果周圍有其他電網(wǎng)電源可供使用，則不需要設(shè)置專用的站用變壓器。站用電如果來自電動機(jī)電壓母線，可以將外來電源用作站用電的備用電源，在泵站停運(yùn)期間，還可以作為檢修維護(hù)的電源。站在技術(shù)角度層面，以上三種站用電的獲取方式都是可行的，在條件允許的情況下，最經(jīng)濟(jì)的選擇是第三種，如果只能從前兩種方式中選擇其一，需要綜合比較經(jīng)濟(jì)性才能確定，主要還是要看主變壓器和電動機(jī)容量相互配套后，是否還能有剩余容量，如果裕度大，則可以優(yōu)先考慮設(shè)置專用站用變壓器。

三、結(jié)束語

綜上所述，小型灌溉泵站的電氣設(shè)計(jì)需要在經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性之間做好平衡，同時(shí)要綜合考慮泵站選址、水泵選型、閥門配置、管徑選型等各方面。結(jié)合泵站的自身特點(diǎn)以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)運(yùn)行情況、電氣設(shè)備的制造水平，經(jīng)過綜合比較，最終選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。泵站工程建設(shè)完成后，還應(yīng)重視泵站的運(yùn)行管理，不斷優(yōu)化調(diào)度，真正落實(shí)節(jié)能環(huán)保理念，為廣大農(nóng)民減輕負(fù)擔(dān)，提高農(nóng)村地區(qū)的整體收入水平，充分發(fā)揮現(xiàn)泵站的自動化優(yōu)勢。