試論泵站設(shè)計(jì)中電氣節(jié)能設(shè)備的選擇

車玉鋒

摘 要：本文以某地區(qū)泵站工程為例，基于技術(shù)特性、節(jié)能效果以及初始費(fèi)用等方面入手，對(duì)電氣節(jié)能設(shè)備的經(jīng)濟(jì)合理性進(jìn)行客觀對(duì)比分析，保證電氣節(jié)能設(shè)備選擇的合理性，全面提高泵站設(shè)計(jì)整體效果，確保泵站功能在社會(huì)生產(chǎn)生活中的實(shí)際功能得到最大程度的發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：泵站設(shè)計(jì)；電氣節(jié)能設(shè)備；選擇

排灌泵站在防汛排澇以及抗旱工作中發(fā)揮著重要的作用，顯現(xiàn)出比較顯著的工程效益。但受到當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)條件、施工技術(shù)以及建筑材料等多種因素的影響和局限，使得泵站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較低，給施工質(zhì)量產(chǎn)生極為嚴(yán)重的影響，為保證泵站的穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)泵站的防汛排澇等功能的有效發(fā)揮，如何做好泵站設(shè)計(jì)中電氣節(jié)能設(shè)備的選擇，是當(dāng)前泵站設(shè)計(jì)人員所面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。

1 工程概況

本文以某某地區(qū)始建于20世紀(jì)60年代的灌排泵站工程為例，分析泵站設(shè)計(jì)中電氣節(jié)能設(shè)備的選擇。該泵站工程中普遍存在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低、施工質(zhì)量差等問題，由于建筑物投入使用時(shí)間較長，年久失修，泵站結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，甚至存在金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備等問題，嚴(yán)重影響泵站的實(shí)際功能的發(fā)揮。在此種情況下，依照水利部門所編制的灌溉排水泵站更新改造規(guī)劃相關(guān)內(nèi)容，將該泵站更新改造工程列入到規(guī)劃工作中。該泵站內(nèi)裝機(jī)36臺(tái)，總裝機(jī)容量為4650kW，共架設(shè)變壓器15臺(tái)，總?cè)萘繛?235kV°A，廠房面積為3014.25m2。為確保在泵站更新改造工程中項(xiàng)目資金得到合理化運(yùn)用，應(yīng)當(dāng)盡可能選用大量新型設(shè)備與節(jié)能型設(shè)備，提高泵站設(shè)計(jì)的合理性，確保泵站防汛排澇以及抗旱等功能的有效發(fā)揮。

2 變壓器的選擇

2.1 變壓器的損耗

變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中往往存在嚴(yán)重的損耗問題，基于變壓器的負(fù)載率和變壓器空載損耗等作為主要因素，能夠?qū)ψ儔浩鞯挠泄p耗進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。變壓器空載損耗主要由鐵芯的渦流損耗以及漏磁損耗組成，具有一定固定性，空載損耗的大小與矽鋼片的實(shí)際性能以及鐵心制造工藝之間存在密切的聯(lián)系。因此在泵站設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)S11型油浸變壓器以及SBH15非晶合金變壓器進(jìn)行對(duì)比優(yōu)選，明確空載損耗，二者空載損耗對(duì)比情況如表1所示。通過對(duì)表1進(jìn)行觀察和對(duì)比分析可知，SBH15非晶合金變壓器空載損耗與S11型油浸變壓器相比，明顯下降60%以上。

2.2 變壓器的成本費(fèi)用核算

為確保泵站設(shè)計(jì)中變壓器選擇的合理性，應(yīng)當(dāng)對(duì)變壓器的總擁有費(fèi)用進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，計(jì)算公式如下：

TOCEFC=CI+A·Po+B·Pk

其中，以變壓器初始費(fèi)用、空載損耗與負(fù)載損耗及其相關(guān)等效初始費(fèi)用作為基本要素，對(duì)變壓器的總擁有費(fèi)用進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，其中單位空載損耗及負(fù)載損耗的等效初始費(fèi)用主要基于單位容量電費(fèi)、單位電量電費(fèi)以及年負(fù)載等效系數(shù)作為基本要素進(jìn)行計(jì)算。通過研究分析可知，單位空載損耗與單位負(fù)載損耗的等效初始費(fèi)用與單價(jià)、負(fù)荷特征等多種因素之間存在密切的聯(lián)系，實(shí)際計(jì)算難度較大，當(dāng)前我國在這一方面的計(jì)算參考依據(jù)為：A=48.7元/W；B=20.5元/W。若變壓器的容量與負(fù)荷相同，則A、B與P的值相同，計(jì)算公式為：

△TOCEFC=△CI+A·Po

也就是說，基于兩種變壓器的初始費(fèi)用差一級(jí)兩種變壓器的空載損耗差，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出兩種變壓器的總擁有費(fèi)用差。

2.3 變壓器的選擇

通過研究分析可知，S11型變壓器的總擁有費(fèi)用較低，實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益較高，而SBH15非晶合金變壓器與S11型變壓器相比，空載損耗較小，初始費(fèi)用較高。由于該崩掌在實(shí)際應(yīng)用中年利用小時(shí)數(shù)較少，使得經(jīng)濟(jì)效益明顯低于S11型變壓器，因此在泵站設(shè)計(jì)中對(duì)變壓器進(jìn)行選取時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理控制SBH15非晶合金變壓器的成本，以保證變壓器選擇的科學(xué)性和有效性。通過以上研究可知，在泵站設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)以S11型變壓器作為優(yōu)先選用的變壓器。

3 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備的選擇

3.1 電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)設(shè)備

鼠籠型異步電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、效率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于灌排泵站中。在實(shí)際使用中，電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)或停止過程中還存在著一系列問題。全壓起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流。電動(dòng)機(jī)容量越大，起動(dòng)時(shí)沖擊電流對(duì)電網(wǎng)及其負(fù)載沖擊就越大，特別是大容量電機(jī)直接起動(dòng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)及其他負(fù)載造成干擾，甚至危害電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在停機(jī)時(shí)，如果拖動(dòng)系統(tǒng)突然失去轉(zhuǎn)矩，單靠系統(tǒng)的摩擦轉(zhuǎn)矩克服系統(tǒng)的慣性滑行停車，也給拖動(dòng)系統(tǒng)帶來諸多問題。

解決辦法有兩個(gè)：一是增大配電容量；二是采用起動(dòng)設(shè)備。從經(jīng)濟(jì)角度來說，增大配電容量顯然不可取。通常是采用起動(dòng)設(shè)備，常用的有Y/△起動(dòng)，自藕降壓起動(dòng)等。這些方法靠接觸器切換電壓實(shí)施降壓?jiǎn)?dòng)，可以達(dá)到降低電流的目的，但沒有從根本上解決起動(dòng)瞬時(shí)電流沖擊問題。嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀開關(guān)、電動(dòng)機(jī)，影響電網(wǎng)其它設(shè)備正常運(yùn)行。軟啟動(dòng)器作為一種新型電動(dòng)機(jī)起動(dòng)裝置可以克服以上缺點(diǎn)，它是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多功能保護(hù)于一體的電動(dòng)機(jī)控制裝置。

3.2 軟啟動(dòng)器的節(jié)能技術(shù)

軟啟動(dòng)器設(shè)備是按啟動(dòng)時(shí)間逐步調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，以控制電壓的變化。由于電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)，因此啟動(dòng)平穩(wěn)。啟動(dòng)完畢，則全壓投入運(yùn)行。此設(shè)備可以采用測(cè)速反饋、電壓負(fù)反饋或電流正反饋，利用反饋信息控制可控硅導(dǎo)通角，以達(dá)到速度隨負(fù)載的變化而平穩(wěn)變化的目的。軟啟動(dòng)器在電流反饋的作用下，自動(dòng)降低電動(dòng)機(jī)電壓，減少了電動(dòng)機(jī)電流的勵(lì)磁分量，從而提高了電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。此方案是為有多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的用戶提供的，可節(jié)約設(shè)備投入，也充分利用了現(xiàn)有的軟起動(dòng)器功能，但不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

3.3 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備的選擇

電機(jī)功率在180kW以內(nèi)，軟啟動(dòng)器與自耦降壓?jiǎn)?dòng)器相比，購置費(fèi)高出約在15%以內(nèi)。盡管如此，軟啟動(dòng)器的節(jié)能效果是毋庸置疑的，其最大的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)、軟停車、體積小和集多種保護(hù)功能于一體。能避免電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電壓沖擊，減少電動(dòng)機(jī)的故障率，延長了電機(jī)的使用壽命，這是自耦降壓?jiǎn)?dòng)器無法比擬的。因此，泵站優(yōu)先選用軟啟動(dòng)器。

4 照明節(jié)能設(shè)備的選擇

在泵站設(shè)計(jì)中對(duì)電氣節(jié)能設(shè)備進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)在保證照明質(zhì)量的基礎(chǔ)上，改善視覺效果，降低單位面積照明消耗功率。由于該工程中泵站個(gè)數(shù)較多，并且主副廠房面積較大，由此可知其具有較大的節(jié)能潛力。因此在泵站設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照泵站工程設(shè)計(jì)規(guī)范開展相關(guān)設(shè)計(jì)工作，明確照度標(biāo)準(zhǔn)以及照明功率密度等具體條件，對(duì)高效節(jié)能新光源進(jìn)行合理利用，可以以電子節(jié)能燈、高壓鈉燈以及金屬鹵化物等作為照明節(jié)能設(shè)備。與此同時(shí)，可以對(duì)電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器等用作燈用電器附件，也可以通過聲控、光控、感控裝置等作為泵站設(shè)計(jì)中照明節(jié)能燈具的控制方式，保證泵站設(shè)計(jì)中電氣節(jié)能設(shè)備選擇的合理性。

結(jié)束語

總而言之，為確保泵站設(shè)計(jì)中電氣節(jié)能設(shè)備選擇的合理性，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)對(duì)泵站工程的具體情況加以全面統(tǒng)籌分析，提高電氣設(shè)備選擇的合理性和有效性，保證泵站各項(xiàng)設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行，將技術(shù)與經(jīng)濟(jì)進(jìn)行有機(jī)融合，確保泵站工程在社會(huì)生產(chǎn)生活中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值得到最大程度的發(fā)揮，從整體上推進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定健康發(fā)展。

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