小型灌溉泵站電氣設計和電氣設備選型

吳勁松 江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司

小型灌溉泵站的特點是與排灌區(qū)的距離較近，排灌靈活性強，工程建設簡單，投資少，在短時期內便可見到成效。電氣設備以低壓機組為主，單機的容量較小，裝機臺數(shù)少則一臺，多則十幾臺，國家提供了大部分建設資金，其余資金需要地方自籌。所以泵站的電氣設計需要既要經濟實用，還要突出環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢，降低能耗。

一、小型灌溉泵站的電氣設計思路

（一）水泵電機的自動控制

水泵電機的主要功能是提供運轉的驅動力，讓電能轉化為機械能，同時也是泵站重要的動力提供設備。在電氣自動化系統(tǒng)中，自動控制水泵電機是重要的組成部分，一來可以節(jié)約大量人力，讓工作人員有更多的時間和精力用于創(chuàng)造性、價值型的工作；二來可以實現(xiàn)對水泵電機全天24h的機械控制，更便于第一時間發(fā)現(xiàn)電機運行過程中的問題，并發(fā)出警報?，F(xiàn)階段，很多電機生產廠家都在朝著自動化方向努力，不斷研發(fā)溫度傳感器、自動控制柜等系統(tǒng)。

（二）計算機監(jiān)控系統(tǒng)

計算機監(jiān)控系統(tǒng)是一種具有綜合性能的自動化系統(tǒng)，集合了監(jiān)視、控制、測量、保護、管理等功能，主要用來監(jiān)視并控制泵站全站的機組、油氣水系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、電氣設備、直流系統(tǒng)，為泵站的安全、可靠運行提供保障，實現(xiàn)少人值守甚至無人值守的目的。聯(lián)網后，計算機還能將泵站的運行狀態(tài)、運行數(shù)據實時傳遞至上級主管部門，以便管理人員更好的監(jiān)管泵站。

（三）配電設備的自動控制

主要包括斷路器、保護測量裝置、變壓器、電纜等，這些設備是否可以實現(xiàn)自動化的控制端、通信接口的信號傳輸，對于配電設備的自動化控制、遠程控制十分關鍵。因此，泵站的電氣設計應全面考慮各種電氣設備的報警功能以及實時監(jiān)控功能。

（四）輔助設備的自動控制

泵站常見的輔助設備包括葉片調節(jié)裝置、排水泵以及電動閥門等，輔助設備的主要功能是提高泵站運行效率與安全性。設計過程中，可以直接在泵站的自動控制系統(tǒng)中加入輔助設備，比如通過計算機技術實現(xiàn)和輔助設備的互聯(lián)，管理人員借助上位機即可操作。

二、小型灌溉泵站的電氣設備選型

（一）主變壓器

小型泵站的電源通常為10KV、電動機電壓為0.38KV，采用的是10/0.4KV級的變壓器，因此主變壓器的選型需要處理好兩個問題：

1.主變壓器容量的選擇與啟動方式

在最大一臺全壓直接起動電動機的容量≤變壓器容量的30%的情況下，電動機母線的電壓降不會超過15%。如果全壓直接起動電動機容量超過了變壓器容量的30%，則電動機母線的電壓降很可能在15%以上，這種情況下可以選擇的啟動方式有兩種：①提高變壓器的容量來改變啟動條件，但是變壓器在正常運行時，會有一部分容量處于空閑狀態(tài)，因此不推薦。②增加變壓器的容量，提高電動機的機端電壓，從而實現(xiàn)對主變壓器的全壓直接啟動。

2.主變壓器容量和水泵軸功率

電氣設計中，很容易遇到水泵軸功率和電動機功率不相符的問題，如果按照電動機的功率來選配主變壓器，除了容量偏大以外，還會增大和變壓器配套的電線電纜、開關電氣設備的選型，增加投資費用。所以更推薦按照水泵軸功率來選型主變壓器。

（二）電動機的選型

普通泵站拖動水泵負載的電機，一年內只有在灌溉抽水過程中才會連續(xù)工作，操作頻率 并不高。所以電動機的額定功率只需要超過水泵的負載功率即可，因為電機操作不頻繁，水泵負載較輕，小型灌溉泵站應優(yōu)先選擇結構簡單、便于維護、價格低廉的電動機，比如交流鼠籠型異步電動機。

繞線型電動機的特點是時間短、起動轉矩大、電流小，尤其適用于頻繁的操作和重載啟動。與鼠籠型異步電動機相比，繞線型電動機的價格相對較高，如果電網具備全壓直接啟動的條件，則推薦選擇鼠籠型電動機。如果降壓起動無法滿足起動轉矩的要求時，則可以考慮選擇繞線型電動機。

鼠籠型異步電動機主要有兩種啟動器：一種是軟啟動器，特點是啟動的電流量小、可調節(jié)、啟動平滑、啟動時間短。如果泵站有多臺電動機，采用一臺軟啟動器進行控制是十分經濟的選擇。另一種是自耦減壓起動器，特點是啟動電流大、啟動特性硬、具有機械沖擊，體積大，使用時間要比軟啟動器更長，屬于分段式恒壓啟動。從理論層面來講，也可以用一臺自耦減壓起動器控制多臺電動機，但這種啟動器的工作發(fā)熱較大，所以無法連續(xù)啟動，因此并不適合“一拖多”。

（三）站用電的選型

結合電網的供電情況與泵站的裝機容量，站用電的獲取方式主要有三種：①直接從電動機的電壓母線上獲取。②配置專用的站用變壓器，直接接在主變壓器高壓側的進線開關外側，站用電則從專用變低壓側獲取。③在泵站停運期間，如果周圍有其他電網電源可供使用，則不需要設置專用的站用變壓器。站用電如果來自電動機電壓母線，可以將外來電源用作站用電的備用電源，在泵站停運期間，還可以作為檢修維護的電源。站在技術角度層面，以上三種站用電的獲取方式都是可行的，在條件允許的情況下，最經濟的選擇是第三種，如果只能從前兩種方式中選擇其一，需要綜合比較經濟性才能確定，主要還是要看主變壓器和電動機容量相互配套后，是否還能有剩余容量，如果裕度大，則可以優(yōu)先考慮設置專用站用變壓器。

三、結束語

綜上所述，小型灌溉泵站的電氣設計需要在經濟性、環(huán)保性之間做好平衡，同時要綜合考慮泵站選址、水泵選型、閥門配置、管徑選型等各方面。結合泵站的自身特點以及當?shù)仉娋W運行情況、電氣設備的制造水平，經過綜合比較，最終選擇最佳的設計方案。泵站工程建設完成后，還應重視泵站的運行管理，不斷優(yōu)化調度，真正落實節(jié)能環(huán)保理念，為廣大農民減輕負擔，提高農村地區(qū)的整體收入水平，充分發(fā)揮現(xiàn)泵站的自動化優(yōu)勢。