泵站机电节能设计探讨

   随着农业现代化的不断进步和发展，泵站工程是解决工程性缺水的重要措施和手段，而机电作为泵站工程中的重要组成部分，其建设的质量直接影响到泵站工程的质量。同时随着社会不断深入的节能理念，如何更好的做好泵站机电节能设计成为该领域十分重要的研究内容。本文主要阐述了泵站工程机电节能设计的意义，并对泵站工程机电节能设计的优化运行进行了一定的研究，旨在为进一步提高泵站工程机电节能设计的水平而提出一些有价值的参考。
一、泵站机电节能设计的意义
进入21世纪以来，随着科学技术的发展，泵站的电气设计也随着潮流不断更新，老产品就逐渐淘汰了。在引进先进产品的同时，科学地设计选型成为泵站电气设计研究的新方向，除了选择新型电气设计，还尽量选择最合适的设计。如果只注意引进新产品而忽略其对于泵站运行的可靠性，仍不能做到经济合理，如果只注重其效益，则不一定能做节能环保。因此，对电气设计的要求也越来越高，经济、快速、节能的也已成为设计的方向。
如何提高泵站工程机电节能设计的水平、降低不必要的能源损失，做到经济性和节能性，使其为经济发展和人民生活水平改善带来长远效益，对节约能源、保护环境、降低泵站的建设和运行成本、促进水利工程项目长远健康发展、实现能源的最优化利用等方面具有重要意义。因此，根据泵站工程中的机电运行，推进节能设计的应用，降低泵站工程机电设计中的消耗是未来泵站等水利工程发展的必然之路。
二、泵站水机设计中的节能要点
水泵是泵站的核心设备，其选型是否合理，对泵站总的装置效率和节能效果的影响十分重要，故应慎重对待，认真研究。
1、合理确定泵站的功能
设计泵站应深入研究水文、规划资料，因地制宜，尽量充分利用自排、自灌的自然条件，从而避免或减少泵站抽排、抽灌的使用时间，从根本上为节能奠定基础。
2、充分利用和分析水利规划的参数
实事求是地确定泵站的各种特征扬程，尤其是最高扬程和平均扬程，从而为泵型的选择提供可靠的依据，从根本上避免泵的配套电机出现“大马拉小车”现象，避免泵在平均扬程工况下（运行时间最长）运行效率偏低等现象。
3、合理选择泵型
泵型的选择，应根据已确定的各种特征扬程和规划的流量要求，尽可能地选择国内制造、安装技术成熟、使用经验丰富、泵结构（含传动、叶片调整等）简单、运行可靠、性能优越、平均扬程工况下效率较高的泵型，从而为泵的运行、维修、节能创造良好的条件。
4、改造进、出水池，减小进、出水池水头损失
对于设备的节能改造，必须要合理地确定进、出水池的具体尺寸和形状，因为，不合理的设计既会增加设备中水头损失，还会引起回流、漩涡、脱壁等不良水力现象，最终恶化水泵的进水条件，降低水泵效率。
当水源条件变化时，进水池中水泵吸入管口的最小淹没深度经常会变小，从而诱发漩涡，可采用适当降低进水池底板高度、降低水泵安装高度的措施来改善进水条件。出水池的水头损失与管口出流形式及出水池的形式尺寸有关，应尽量避免管口高于出水池水面的自由出流方式，该方式会显著地增加水头损失，应改为淹没出流。另外，采用侧向出水时尽量避免水流冲击池壁，此时产生的反射波会增加水泵工作扬程。
三、泵站电气设计中的节能要点
1、电动机和变压器节能
在泵站工程电气部分的能耗中，电动机和变压器的能耗占了非常高的比例，所以有必要对电动机和变压器进行节能设计。
对电动机的节能设计而言，具体可以分为以下三个方面进行讨论：（1）要选择具有节能特性的电动机。如可以通过比较不同电动机在泵站工作中的应用效益，选择效益最高的电动机。一般而言，当电机容量要求在800千瓦或者以上时宜选择同步电机，而当容量要求在800千瓦以下时则宜选择异步电机。（2）要对电动机在泵站工程中的运行消耗进行控制，尤其要重视对电动机功率的控制。经过实践研究证明，电动机的功率一般控制在75%～100%，其运行效率最高，此时可以极大地节约电动机运行过程中的能源消耗。（3）要尽量采用科学、安全的电动机启动方式。传统启动方式往往会带来瞬时电流的增加，而这可能会引发电能的过大消耗，所以应尽量选择科学的安全电动机启动方式，如可采用直接启动或降压启动等。
对变压器的节能设计而言，首先要将抽水时用的主变压器与生活用的变压器进行区分。如为了确保泵站工作时的电能供给，可以在泵站内安装有一台或两台主变压器，而泵站在非抽水的时间内，则可通过其他小变压器来提供站内生活用电。其次，要做好变压器容量的选择。在确保变压器能够满足泵站工作要求的前提下，应将其负载率控制在0.8左右，实践研究证明，变压器负载控制在0.75-0.85之间时，其工作效率最高，即节能效益最好。
2、线路节能
在泵站工程机电节能设计中，线路系统具有非常大的节能潜力，应该被作为一项重要控制内容进行认真对待。具体而言，线路节能设计可以分为以下三个方面：（1）选择铜芯线缆以降低泵站机电运行线路的电阻率；（2）对线缆长度进行控制，并尽量缩短线缆间的距离，如可根据线路接线方式合理布置各个机电装置，并由此对装置间的线路长度加以控制，以最大限度降低线路运行中的能耗；（3）对包括电阻在内的线路性能进行优化，在不影响泵站实际应用的前提下，尽量通过线路优化来减少其内的电能消耗。
3、供配电节能
在泵站工程的机电部分中，供配电系统与其整体节能水平间有着非常重要的关系。如果供配电设计合理，则能够在很大程度上降低泵站运行中的能源消耗，进而实现节能降耗的目的。具体而言，泵站供配电系统的节能设计要结合泵站机电运行的实际情况，做好以下三个方面的工作：（1）优化负荷等级，选择符合容量标准的变压器，并按照变压器在泵站工程中的投入方式以完善变压器的技术参数，提高泵站供电的经济性；（2）针对泵站工程的规模，设定匹配的电压，并根据供电电压的级别设计对应的配套设备，达到最优化节能的目的。（3）通过控制配电级数来减少电能消耗，确保供电系统在规定的数值范围内运行，提高供电系统的节能水平。
4、自动化节能
自动化控制是机电工程节能设计发展的趋势，泵站工程中的机电部分也不例外。通过引入自动化控制技术，一方面可以加强对泵站工程中机电部分的运行监控，保障泵站机电设备运行的可靠性；另一方面可以根据泵站的实际工作需要对机电运行参数进行调节，确保机电系统始终运行在一个高效低耗的工作状态下，以充分体现体现泵站工程机电节能中的智能化优势。
四、结束语
近年来，虽然我国已经逐步意识到泵站工程机电节能设计的重要性，也研究、提出并应用实施了一些节能技术措施，但整体效果并不理想，泵站运行中能耗过大的问题并没有得到显著改善。因此，还需要对泵站工程机电部分的节能设计问题作更深入的研究，并在此基础上对泵站机电部分进行优化设计和全面改造。