陶 紅

泵站系統(tǒng)是水利工程中高能耗系統(tǒng)之一，由于設(shè)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(yīng)該在節(jié)能技術(shù)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(yīng)的節(jié)能技術(shù)改造措施，從中找出水泵機組的節(jié)能相關(guān)經(jīng)驗，為類似工程提供借鑒。

一、工程概況

瓦埠湖灌區(qū)位于江淮之間，屬低丘地區(qū)，灌區(qū)主要分布在瓦埠湖周邊，灌區(qū)的水源主要來自瓦埠湖。自20世紀(jì)60年代以來，瓦埠湖灌區(qū)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(shè)計總灌溉流量 31.2m3/s。由于瓦埠湖泵站陸續(xù)建于1967～1972年，建站時間早，水泵效率低，能耗高，工程標(biāo)準(zhǔn)低，質(zhì)量差，運行40多年，機電設(shè)備老化嚴(yán)重，泵房及配套建筑物年久失修，灌溉標(biāo)準(zhǔn)降低，灌溉能力下降。同時，泵站安全生產(chǎn)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(shù)狀況較差，管理水平落后，已不能適應(yīng)當(dāng)?shù)貒窠?jīng)濟的高速發(fā)展和現(xiàn)代化進(jìn)程建設(shè)的需要。

為了保證瓦埠湖泵站的安全運行，恢復(fù)其灌溉能力，確保瓦埠湖泵站能繼續(xù)發(fā)揮效益，保障當(dāng)?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)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(jìn)行了更新改造，重建改造后裝機32臺共 6216kW。

二、水力機械設(shè)備節(jié)能

1.水泵

水泵選型時廣泛搜集了國內(nèi)先進(jìn)的泵型技術(shù)資料，優(yōu)先采用南水北調(diào)工程推薦的優(yōu)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(diào)節(jié)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(diào)度的要求。

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

對于輔助管路，根據(jù)經(jīng)濟流速選擇合適的管徑，通過優(yōu)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(jìn)的高效電機。

電機運行的實際效率，當(dāng)負(fù)荷系數(shù)在0.75～1時達(dá)到額定效率，即當(dāng)水泵經(jīng)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(jīng)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(nèi)。

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(jié)能節(jié)電。

3.輔助設(shè)備

技術(shù)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(qū)運行，減少電能消耗。

在保證安全運行的條件下，可適當(dāng)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(jìn)行，以降低水泵揚程，減少電能消耗。

低壓氣系統(tǒng)的機組制動選用高效率的螺桿空壓機。

透平油系統(tǒng)選用油處理效率高的透平油專用過濾機，絕緣油系統(tǒng)選用油處理效率高的真空凈油機。兩系統(tǒng)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(dá)到節(jié)省電能的目的。

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

4.通風(fēng)空調(diào)及除濕系統(tǒng)

優(yōu)化整個通風(fēng)空調(diào)及除濕系統(tǒng)的方案設(shè)計，在滿足電氣設(shè)備正常運行的絕緣要求和工作人員基本舒適要求的基礎(chǔ)上，減少空調(diào)及除濕機的運行，盡量通過通風(fēng)改善室內(nèi)環(huán)境。優(yōu)先選用能耗低的通風(fēng)空調(diào)及除濕設(shè)備。合理制定運行管理和維護方式。

三、電氣設(shè)備節(jié)能

合理選擇輸電線路路徑，使線路最短，節(jié)省投資和運行成本。按經(jīng)濟電流密度法選擇導(dǎo)線截面，降低線路損耗。

選擇合理的供電電壓等級，使電氣設(shè)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(shè)備容量，提高負(fù)載系數(shù)，保證變壓器的負(fù)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(jù)泵站建筑物的布置位置及周圍地質(zhì)、地形條件，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟比較，10kV變電站推薦采用戶內(nèi)成套設(shè)備的布置方案。

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

因此，推薦采用戶內(nèi)成套設(shè)備的方案，可減少資源浪費，增加環(huán)保效益。

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

配電設(shè)備布置根據(jù)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(jīng)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(lián)電力電容器進(jìn)行無功補償，將電機功率因數(shù)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(diào)節(jié)裝置將功率因數(shù)維持在0.9以上，減少電網(wǎng)無功輸送量，減少電能損耗。

瓦埠湖泵站工程采用監(jiān)控調(diào)度信息化系統(tǒng)，根據(jù)水資源需求和時空分布，以及水源點水量水位等水情參數(shù)，實現(xiàn)跨流域適時調(diào)水，可充分利用水資源和節(jié)約能源。

綜合自動化系統(tǒng)具有電能管理功能，通過電能計量數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計分析，為制定經(jīng)濟合理的運行方案提供參考依據(jù)。

四、照明節(jié)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(jié)約電能，照度功率密度值控制在節(jié)能規(guī)范范圍內(nèi)。根據(jù)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(jié)能型燈具及科學(xué)的控制方式實現(xiàn)節(jié)能降耗。

優(yōu)選高效、配光合理的直接型燈具，要求室內(nèi)燈具效率≥70%，室外燈具效率≥50%。氣體放電燈的啟動設(shè)備，熒光燈用電感鎮(zhèn)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(zhèn)流器功耗為燈管額定功率的15%～16%，而電子鎮(zhèn)流器與電感鎮(zhèn)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(zhèn)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(jié)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(yīng)急照明及疏散照明相結(jié)合方式，并充分利用天然光及各種集光裝置進(jìn)行采光。

選擇多種控?zé)舴绞健Ｈ绺鏖_關(guān)室、控制室分別采用分區(qū)控制和集中控制方式相結(jié)合，主廠房和變電站采用集中控制方式，并按不同的工作區(qū)域確定適宜的照度，節(jié)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(jié)語

本文結(jié)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(jié)能措施進(jìn)行了分析研究，對泵站運行有一定的指導(dǎo)意義。結(jié)果表明，采用綜合措施后，工程運行達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。水泵節(jié)能是一個系統(tǒng)工程，節(jié)能方法很多，需要設(shè)計、制造及運行管理各方的協(xié)調(diào)，各個環(huán)節(jié)都要最大限度地做到節(jié)能要求，才能保證泵站工程運行可靠、經(jīng)濟■