瓦埠湖泵站更新改造工程机械设备节能设计

陶 红

泵站系统是水利工程中高能耗系统之一，由于设计和管理工作上的一些问题会造成能源的浪费，泵站装置效率低更是应该在节能技术改造中着重解决的问题。本文以瓦埠湖泵站更新改造工程为例，提出相应的节能技术改造措施，从中找出水泵机组的节能相关经验，为类似工程提供借鉴。

一、工程概况

瓦埠湖灌区位于江淮之间，属低丘地区，灌区主要分布在瓦埠湖周边，灌区的水源主要来自瓦埠湖。自20世纪60年代以来，瓦埠湖灌区先后建成江黄一站、江黄二站、开荒一站、开荒二站、郑岗一站、郑岗四站、东津一站等82座站，总装机 228台15439kW，设计总灌溉流量 31.2m3/s。由于瓦埠湖泵站陆续建于1967～1972年，建站时间早，水泵效率低，能耗高，工程标准低，质量差，运行40多年，机电设备老化严重，泵房及配套建筑物年久失修，灌溉标准降低，灌溉能力下降。同时，泵站安全生产问题突出，管理手段落后，自动化程度不高，造成了瓦埠湖泵站整体技术状况较差，管理水平落后，已不能适应当地国民经济的高速发展和现代化进程建设的需要。

为了保证瓦埠湖泵站的安全运行，恢复其灌溉能力，确保瓦埠湖泵站能继续发挥效益，保障当地社会经济的发展，2014～2016年，对瓦埠湖泵站江黄一站、江黄二站、开荒一站、开荒二站、郑岗一站、郑岗四站、东津一站等7座泵站进行了更新改造，重建改造后装机32台共 6216kW。

二、水力机械设备节能

1.水泵

水泵选型时广泛搜集了国内先进的泵型技术资料，优先采用南水北调工程推荐的优秀水力模型，即选用高效率、空化性能好的水泵。水泵均采用全调节叶片，以使水泵在各种工况下运行均有较高效率，并满足上下级泵站灵活调度的要求。

瓦埠湖泵站中较大泵站均进行了装置模型试验和CFD仿真计算，对进出水流道优化设计，减少管道损失，确保性能达到最优，最大限度减小对水泵运行的不利影响。

对于辅助管路，根据经济流速选择合适的管径，通过优化布置减小管路损失，并选择摩阻较小的管材，以减少管路水力损失。

2.电动机

电机采用材料和工艺先进的高效电机。

电机运行的实际效率，当负荷系数在0.75～1时达到额定效率，即当水泵经常运行工况的轴功率处于电机额定功率的0.75～1时电机效率最佳。该工程泵站的水泵经常运行工况的轴功率均处于电机额定功率的0.75～1范围之内。

合理选择电机的电压等级，以保证电机使用效率高、损耗小，有利于节能节电。

3.辅助设备

技术供水泵和排水泵均选用高效率的水泵及配套电机，水泵均在各自的高效区运行，减少电能消耗。

在保证安全运行的条件下，可适当抬高集水井的水泵启动水位，以降低水泵扬程，减少电能消耗。

机组检修排水安排在非汛期进行，以降低水泵扬程，减少电能消耗。

低压气系统的机组制动选用高效率的螺杆空压机。

透平油系统选用油处理效率高的透平油专用过滤机，绝缘油系统选用油处理效率高的真空净油机。两系统均未选用过去常用的效率较低的压力滤油机和耗电较大的滤纸烘箱，以达到节省电能的目的。

主厂房根据最重起吊设备的重量选用起重设备，枢纽工程泵站均有主副钩起升机构，在设备安装和检修过程中，可根据不同起吊重量确定使用不同的主副钩起升机构，以避免不配套的情况。桥机的起升机构和运行机构均配置高效率的电动机，以减少电能消耗。

4.通风空调及除湿系统

优化整个通风空调及除湿系统的方案设计，在满足电气设备正常运行的绝缘要求和工作人员基本舒适要求的基础上，减少空调及除湿机的运行，尽量通过通风改善室内环境。优先选用能耗低的通风空调及除湿设备。合理制定运行管理和维护方式。

三、电气设备节能

合理选择输电线路路径，使线路最短，节省投资和运行成本。按经济电流密度法选择导线截面，降低线路损耗。

选择合理的供电电压等级，使电气设备投资和运行成本总费用最低。例如机组容量较大的泵供电电压由35kV改为110kV，线路损耗仅为35kV供电的1/9.87。

合理选用电气设备容量，提高负载系数，保证变压器的负荷率在75%～80%，使变压器运行在最高效率点。选择高效、低耗变压器，主变压器选用SCB11型变压器，站用变压器选用SC13型变压器。

根据泵站建筑物的布置位置及周围地质、地形条件，经过技术经济比较，10kV变电站推荐采用户内成套设备的布置方案。

在技术方面，户内成套设备方案的运行可靠性、使用寿命、设备检修、运行维护等多方面均优于敞开式配电装置方案；在经济方面，敞开式配电装置方案虽然电气设备投资较少，但占用土地面积较大，对林木植被、周围环境影响较大。

因此，推荐采用户内成套设备的方案，可减少资源浪费，增加环保效益。

用电负荷的电源就近引接，变压器布置根据具体情况缩短母线和电缆长度，有效降低线缆损耗。机电设备的运行、管理采用计算机集中监控方式。

配电设备布置根据具体情况，尽可能缩短母线和电缆长度；动力电缆采用铜芯绝缘电缆，电缆的截面按经济电流密度法计算选取，从而有效降低了线缆损耗。

异步电动机采用并联电力电容器进行无功补偿，将电机功率因数提高到0.9以上。同步电动机补偿是通过同步电动机的励磁调节装置将功率因数维持在0.9以上，减少电网无功输送量，减少电能损耗。

瓦埠湖泵站工程采用监控调度信息化系统，根据水资源需求和时空分布，以及水源点水量水位等水情参数，实现跨流域适时调水，可充分利用水资源和节约能源。

综合自动化系统具有电能管理功能，通过电能计量数据采集与统计分析，为制定经济合理的运行方案提供参考依据。

四、照明节能

在有天然采光条件的地面以上建筑，充分利用天然光。

采用绿色照明的灯具可节约电能，照度功率密度值控制在节能规范范围内。根据不同的工作场合和照度要求，选用光效高、光色好、启动性好、寿命长的光源。采用节能型灯具及科学的控制方式实现节能降耗。

优选高效、配光合理的直接型灯具，要求室内灯具效率≥70%，室外灯具效率≥50%。气体放电灯的启动设备，荧光灯用电感镇流器一般功耗为灯管额定功率的20%，高强度气体放电灯的镇流器功耗为灯管额定功率的15%～16%，而电子镇流器与电感镇流器相比，其启动电压低、噪声小、温升低、重量轻、无频闪，功耗比电感镇流器降低50%～75%，因此该工程主厂房的照明光源采用高压钠灯或金属卤化物灯，副厂房采用荧光灯或节能灯。泵站主厂房采用高压钠灯作为主要照明，辅以壁灯照明；副厂房均采用荧光灯作为主要照明；配套涵闸采用荧光灯作为主要照明。

采用一般照明、重点照明、装饰照明、混合照明、应急照明及疏散照明相结合方式，并充分利用天然光及各种集光装置进行采光。

选择多种控灯方式。如各开关室、控制室分别采用分区控制和集中控制方式相结合，主厂房和变电站采用集中控制方式，并按不同的工作区域确定适宜的照度，节省投资和运行成本。

选择便于维护、检修的灯具，降低维护成本。

办公室走道、楼梯等处采用LED光源灯具，杜绝在任何场合使用白炽灯。

五、结语

本文结合瓦埠湖泵站更新改造工程中多泵站运行的特点，通过对动力、电源、照明及水机节能措施进行了分析研究，对泵站运行有一定的指导意义。结果表明，采用综合措施后，工程运行达到预期的节能效果。水泵节能是一个系统工程，节能方法很多，需要设计、制造及运行管理各方的协调，各个环节都要最大限度地做到节能要求，才能保证泵站工程运行可靠、经济■