泵站工程中電氣設計節能措施的分析

向檳 付興旺

摘 要：“節能降耗，保護環境”是一項基本國策，是實施可持續發展戰略、保障國家經濟安全、改善環境的重要措施之一。泵站是水利工程的重要組成部分，承擔著區域性的防洪、灌溉、排澇、調水和供水的重任，泵站工程的節能效果將會直接對水利工程的能耗造成影響。因此，在水利工程項目建設過程中，需要在保障泵站功能完善良好的前提下，在泵站工程電氣設計中的各個環節進行節能優化，這樣才能讓水利工程項目產生最大的經濟效益和社會效益，這也是相關行業從業人員所必須要重點關注的話題?；诖?，本文就對泵站工程中電氣設計節能措施的相關內容展開分析，希望能夠給有關人士提供一定的參考價值，進而促進泵站工程有關節能工作的順利開展。

關鍵詞：泵站工程;電氣設計;節能;措施

1泵站的有關概述

泵站指的是通過其內部的相關設備，提供一定壓力和流量的液壓動力和氣壓動力的裝置和工程稱泵和泵站工程。它的主要部件構成是油箱、電機和泵，但是內部有很多輔助設備，根據實際情況可以在其中相應的增減，如供配電設備、充水設備、通風設備等。一般說來，當前我國較為常見的泵站主要分為三大類，即：污水泵站、雨水泵站及河水泵站。泵站建筑物應該根據實際運用的情況進行合理布置，滿足當地水文、地形、氣象、地質及水源與能源等條件，只有這樣才能最終達到安全、高效、經濟的目的。

2泵站節能的意義

隨著科學技術的不斷發展，以至于我們的競爭壓力也越來越大，所以我們必須要致力于從各個方面來提高科學技術。近年來，隨著國家科技的迅猛發展，泵站作為一種重要的能源設備，在我國各行業生產中發揮著不容忽視的重要作用。泵站的廣泛應用以及推廣，大大促進了國家的科技自動化以及工業的發展。更為重要的是人類應該了解如何有效的提高泵站的工作效率，讓其能夠在作業過程中始終保持著最佳的工作狀態，有效提高泵站在工業生產中的利用率，對于工業生產和社會工業發展而言，才是真正符合可持續發展的新理念。尤其是處于現在極力提倡環保低碳的生活理念下，對泵站采取必要的節能措施是必要的，只有掌握了泵站運行效率及節能關鍵技術，才能更好的實行電網設備的維護以及管理，對于電網設備的進一步應用及推廣有著重要的發展意義。

3泵站工程中電動機的節能措施

如果想要降低泵站工程中的功率損失，則降低電動機的能耗便成為了其中的一項重點。由于在泵站中水泵電機的損耗所占據了所有功率損耗的很大一部分，因此電動機的節能與降低損失是電氣設計人員所必須要考量的重要問題，結合工作經驗，針對電動機可以采取以下節能措施。

3.1設計時應選用高效節能的電動機

應該根據泵站的特點對多種方案進行技術經濟比較，確定選用同步機還是異步機或是兩者相結合。對容量大于800kW的大型電動機一般選擇適應電網能力強，功率因數高的同步電機，但是有的大型泵站工程也采用了異步電機。選擇異步電機時應優先選擇鼠籠型異步機，只有在計算后認為鼠籠型異步機無法滿足啟動要求時，才可選擇繞線型異步電動機。

3.2提升電動機設備的能耗比

增強泵站工程中電動機設備的功率因數和工作效率。就異步電動機的性能進行分析，在該設備的有功損耗當中不變損耗與可變損耗相同時，異步電動機的能耗比最優。此時，未在電動機功率的額定范圍以內。通常情況下，電動機在額定功率范圍的75%～100%時，運行效率達到最大值。在針對電動機的額定容量開展設計時，需要把負荷控制在80%～90%范圍以內，防止能耗比降低。若電動機在運行過程中能耗比過低，不僅會增加水利工程項目的運營成本，同時電動機的使用壽命也將會受到嚴重的影響。

3.3電機啟動應優先采用直接啟動

電機啟動應優先采用直接啟動，在直接啟動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，影響其他設備的正常使用;啟動時能量損失過大，浪費電能，尤其是在頻繁啟動時。所以，在最近幾年當中，水利工程項目泵站工程中，其電動機通常都是使用軟啟動或者降壓啟動等方式，由此來預防大電流對電動機絕緣所帶來的負面影響，同時也降低了電動機設備的后續檢測維修工作量，增加電機的使用壽命。整體來講，在泵站工程中，針對電動機的選取需要從多個方面進行考量，設計人員應充分分析該泵站工程項目功能目標，選擇最為合理的電動機類型，讓電動機自身功能得到最大發揮，由此實現節能降耗的最終目的。

4針對泵站工程中供配電系統的節能措施

基于泵站總容量的電力負荷、供電距離以及分布特征等信息，對供電系統進行合理設計，在保證供電系統結構簡單、操作方便、電力供應正常、能耗比優秀，實現供配電系統的科學運轉，達到節能目標，整體來講，應采取如下措施。

4.1負荷等級的確定以及負荷計算

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，選擇技術參數好的變壓器和開關設備，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0.75～0.85，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10型及以上的節能環保型、低損耗、低噪音的變壓器，并選DY11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。泵站的年運行時間一般較短，為使季節性負荷變化時能夠靈活投切變壓器，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，以減少主變壓器由于輕載或空載運行而造成的不必要電能損耗。

4.2電動機功率的確定

在電源電壓相同的情況下，電壓所造成的損耗會伴隨著電壓的上升而降低。一般情況下在我國小型泵站當中，水泵電動機的功率通常在200kW以下，一般使用380V低壓電動機設備，在大中型泵站當中，電動機功率一般在280kW或以上，需要選用10kV高壓電動機設備。若電動機功率在200～280kV的范圍內時，則需要對電力技術以及經濟效益開展分析后，選擇合適的電源電壓參數。

4.3在泵站中針對主要電力線設計應簡單穩定

一般使用單母線或者母線分段的方式進行連接，相同的電力供應和分配系統電壓水平分布序列需要控制在2級以內，由此來降低功率的損失。另外，科學針對電容器無功補償設備的安裝，能夠有效降低線路在運行過程造成的損耗，對電壓損失進行有效補償，這也提升了配電線路為水利工程項目所帶來的經濟效益。

5針對泵站工程中線路的節能措施

在水利工程項目日常運行過程中，線路所帶來的能源消耗不可忽略，所以在進行電氣設計時，設計人員同樣需要正確針對線路的電能損耗進行關注，并采取相關的節能措施，結合筆者經驗，可采取以下方法。

5.1選取電阻率較低的銅芯線纜

同其它類型材質進行對比，銅芯線纜在成本適中的前提下，其電阻率更低，更適合在泵站工程線路當中進行使用。但是值得注意的是，因為銅芯線纜相較于其他線纜，成本仍然相對較高，因此只能在重要性較高的泵站工程中進行使用，幫助水電工程項目節約成本。

5.2盡可能減短線纜長度

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，將高壓裝置室布置在終端桿側，然后布置變壓器室和低壓裝置室（或主機控制柜室），并將主機柜盡量靠近主電機，也可以將高壓柜布置在變壓器上方的樓層，這樣盡可能保證變壓器高、低壓側電纜線路最短，線路損耗最低。

5.3針對電纜、導線的截面進行科學選擇

設計人員在針對電纜導線進行選擇的過程中，截面同樣是必須要考量的重要因素之一。在電纜的各項數據都符合要求的情況下，結合實際要求，需要考量到經濟、電流密度一系列因素的影響。

5.4正確使用各種設備

在泵站補償柜上的自動補償設備的正確使用也是節能降耗的重要手段之一，設計人員需要增強配電系統的功率因數，若自然功率尚無法達到電網接入的最低要求，設計人員便需要在設計環節添加入無功功率補償設備，以求增強整體電網功率因數，依靠這一方式來降低線路損耗和變壓器端的能源損耗。值得注意的是，無功功率的主要組成是因為相位角與高次諧波，在泵站工程電力系統當中，相關電子設備等會因為負荷非線性高次諧波而讓電力系統自身的無功損耗大幅度增加。因此，在泵站電力系統的設計環節，設計人員應針對出現諧波的區域，在設計中添加濾波設備和諧波檢測設備，由此來最大限度減少諧波所造成的損耗，實現節能降耗的最終目的。

6自動化控制措施

對于大中型泵站，應設置綜合自動化控制系統，將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上工業電視監視與計算機監控一體化，推動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，大幅度提升泵站、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。泵站自動化控制系統的實現能提高泵站機電設備和水工建筑物安全運行的可靠性，有利于泵站的科學調度和經濟運行，為增強防洪、除澇、灌溉、調水和供水能力打下了堅實的基礎;實現了機組優化運行，節約了能源和水資源，也減少了運行管理人員，降低了運行管理成本，使泵站少人或無人值守成為可能;實現了泵站量化管理，為水資源的調度和優化配置創造了條件。

7泵站工程機電節能設計的優化運行

泵站工程機電節能設計要配合泵站工程，實現優化運行的狀態。泵站工程機電節能設計的優化運行，主要是實現經濟性的運行，進一步提升泵站運行的效益。例如單一泵站機電節能設計的原則是高效率、低消耗，同時，保證泵站的大流量。根據單一泵站節能設計的狀態，采取優化運行的方式，確保泵站運行的效率和消耗。泵站管理人員在單一泵站節能設計中，結合泵站機電的具體情況，實施合理的優化運行，深入研究當地雨量、水位情況等因素，實行控制性的電能消耗，在保障泵站工程機電安全運行的基礎上，最大化的降低單一泵站的能源損失。又如多個泵站同時運行的工程適用于大型引水、供水工程內，利用多個泵站聯合運行的方式，實現水流量的平衡與降耗，通過穩定泵站的運行落實機電節能設計。注意工況的控制，嚴謹規范流量配置，配合泵站工程機電的節能設計，確保多個泵站的統一化運行，防止泵站工程中出現高消耗的情況，因而達到節能降耗的目的，體現多個泵站聯合運行的節能效益。

8其他相關的措施

8.1及時更新水泵

對于泵站運行效率來說，水泵的效率具有非常重要的影響，而且在運行的過程中涉及的內容較多，因此，往往一個位置出現問題就會影響整體的泵站效率。另外，水泵在運行的過程中存在著很大程度上的磨損和損耗，其中葉輪長時間受到葉輪的汽蝕，導致其轉動受到影響，另外，水流的沖刷作用還會對水泵的密封效果進行削弱，為此，需要及時對泵站進行水泵的更換，提高水泵的工作效率。另外，還需要對水泵進行維修和保養，超過使用年限的水泵必須進行及時的更換，保證泵站的工作效率，減少能源的消耗。

8.2規范泵站管理，提高管理水平

在泵站日常的運行過程中，需要不斷提高其管理水平，通過高效率的管理模式來提高泵站的運行效率。此外，根據相關規定，泵站在運行的過程中還可以采用鑒定方法來對其工作狀況進行準確的鑒定，出現問題后及時查找原因，為今后的問題解決提供有效的數據依據。此外，對于泵站的日常運行情況需要做好全面的信息記錄，建立泵站運行檔案，對于泵站運行過程中出現的問題需要做好對應的記錄，在后期對泵站進行改造時能夠提供有效的改善意見，提高泵站的改造效果。

8.3提高管理人員的素質水平

泵站的運行需要較多的人員對其進行管理，而且其中涉及到的技術內容較多，為此，泵站的負責人需要加強日常技術人員的培訓;作，通過新技術的培訓;不斷提高技術人員的工作能力。另外，還能通過培訓工作使管理人員熟悉泵站日常運行中存在的問題，在工作的過程中對這些方面進行更加細致的管理，預防問題的出現。而技術人員自身工作能力的提高則能夠減少泵站運行過程中設備的運行問題的出現，且通過熟練的技術操作能夠更好的調整泵站的運行效率，減少泵站的能源消耗，對設備的磨損也能在一定程度上得到減少。此外，泵站為了不斷提高自身的競爭力，需要不斷引進高端技術人才，通過高端技術人才提高自身的技術水平，而技術人員在上崗就業之前，企業需要對其進行嚴格的審核，只有滿足企業的要求才能上崗就業，保證招收的技術人員能夠滿足企業發展的需要。

8.4管路節能設備

的使用對于泵站節能改善，需要從日常工作中的每一個小的細節去關注，像管路中的微阻緩閉止回閥以及液壓自控蝶閥等，其在泵站水泵的日常運行中盡管只能節約很少的電能，但由于這些設備的使用是非常多的，全部設備的更換將能為泵站節約大量的電能浪費，提高企業的節能效果。

9結語

總之，整體來講，泵站工程對于水利工程項目來講具有非常重要的作用，而降低泵站工程的消耗對于實現水利工程項目節能降耗將帶來十分深遠的影響。因此，設計人員在設計時應精心考慮，反復比較設計方案，合理設計供配電系統，選擇低耗節能型設備，盡量減少電能損耗，在保證泵站安全、可靠運行的前提下，真正達到節約電能、保護環境、經濟運行的目的，為提高社會效益和經濟效益作貢獻。

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作者簡介：

向檳，研究方向：電力自動化控制系統，長沙光潤電氣科技有限公司技術總工，從事電力行業近二十年，具體豐富、專業的技術能力，負責技術把關及技術人員的培養、培訓等。