淺談型泵站電氣設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì)

1、淺談型泵站電氣設(shè)備的選擇與設(shè)計(jì)    摘要:文章根據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，就泵站電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范規(guī)程，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出在中小型泵站電氣設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中要考慮環(huán)保節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性之間的平衡，對(duì)不同的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，分析節(jié)能降耗及降低成本所要考慮的因素，對(duì)電氣設(shè)計(jì)方案確定及設(shè)備的選擇進(jìn)行綜合分析。關(guān)鍵詞:中小型泵站 環(huán)保節(jié)能 中圖分類號(hào)：TE08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 目前我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平在不斷的提高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也越來越依靠水利設(shè)施的運(yùn)用，電力排灌泵站的作用尤其重要。中小型泵站有以下特點(diǎn)：靠近排灌區(qū)，排灌靈活：工程簡易，投資省、見效快；以低壓機(jī)組為

2、主，單機(jī)容量不大；裝機(jī)臺(tái)數(shù)不一，少到1臺(tái)，多到十幾臺(tái)；建設(shè)資金主要以國投為主，地方自籌為輔。1電壓等級(jí)的確定隨著農(nóng)網(wǎng)改造的完成，現(xiàn)在農(nóng)用電供電半徑一般都不大。供電電壓等級(jí)主要有有35kV、10kV及04kV。其中04kV供電因電流大，線路損耗和用銅量顯著增大，而10kV電壓供電能顯著降低損耗，又較35kV供電經(jīng)濟(jì)，宜優(yōu)先選用。一般來說，為節(jié)約投資，當(dāng)泵站附近有10kV或35kV線路經(jīng)過時(shí)。宜通過T接的方式由系統(tǒng)取得電源，當(dāng)附近沒有線路或無法滿足要求確需架設(shè)專線時(shí)，才考慮從附近變電站架設(shè)10kV專用線路。2主接線的確定中小型泵站主接線主要根據(jù)泵站的負(fù)荷性質(zhì)及運(yùn)行特點(diǎn)決定。因中小型泵站負(fù)荷性質(zhì)均為

3、三級(jí)負(fù)荷且容量較小，高壓電源側(cè)一般采用簡單經(jīng)濟(jì)的線路變壓器組接線：當(dāng)采用兩臺(tái)以上變壓器運(yùn)行時(shí)，也可采用單母線結(jié)線，選用的變壓器的變比、阻抗電壓和接線組別應(yīng)相同并且容量相同或相近，同時(shí)為避免變壓器問因環(huán)流帶來的損耗和負(fù)荷分配的不平衡對(duì)變壓器造成的影響，盡量不要將多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行。3主要設(shè)備的選擇(1)配電變壓器的選擇。在設(shè)計(jì)中選擇配電變壓器時(shí)除要充分考慮其性能參數(shù)外，應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷，合理選擇變壓器的容量，使變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不僅能節(jié)電，同時(shí)也能提高功率因數(shù)。理論上當(dāng)變壓器在運(yùn)行中的空載損耗等于負(fù)載損耗時(shí)，效率最高，這在實(shí)際運(yùn)行時(shí)很難做到實(shí)踐中可主要考慮使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線或最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線中

4、，而這與變壓器的臺(tái)數(shù)、容量和性能參數(shù)密切相關(guān)。 變壓器的容量選擇要恰當(dāng)，既不能過大(增加一次性投資，加大損耗)，也不能過小(無法滿足用電要求，損耗也往往偏高)。一般來說，適當(dāng)選擇變壓器的容量，使變壓器的負(fù)荷率31=o506左右時(shí)，有功功率損失最小；當(dāng)變壓器的負(fù)荷率13=07508左右時(shí)，功率因數(shù)最大；當(dāng)變壓器的負(fù)載率13-o45加75時(shí)效率較高，各個(gè)方面比較經(jīng)濟(jì)；因此設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量使變壓器的負(fù)荷率31-_o45加8左右。合理的確定變壓器的臺(tái)數(shù)。可以兼顧靈活性和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面。當(dāng)泵站裝機(jī)臺(tái)數(shù)較多(一般多于5臺(tái))，負(fù)荷波動(dòng)大且間隔的時(shí)間長。或低壓為04kV的主變壓器容量大于1250kVA時(shí)(GB50

5、053-94規(guī)定，主變壓器單臺(tái)容量一般不宜大于1250kVA)，可考慮選擇多臺(tái)變壓器，以提高運(yùn)行的靈活性，減少低壓配電線路的電能損耗、電壓損耗和有色金屬消耗量；在泵站單機(jī)容量較大、負(fù)荷集中且運(yùn)行合理時(shí)，亦可選用較大容量的單臺(tái)變壓器；在泵站裝機(jī)容量小。負(fù)荷波動(dòng)大的情況還可以通過選用調(diào)容變壓器來減少電能損耗。如果資金有限，只能選擇1臺(tái)變壓器時(shí)，宜根據(jù)不同負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間的不同，按最大負(fù)荷并考慮在最長運(yùn)行時(shí)間下的負(fù)荷使變壓器處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)的原則選擇變壓器的容量，在增加的成本較高時(shí)則只按最大負(fù)荷來確定變壓器的容量，通過在運(yùn)行中合理的調(diào)度來實(shí)現(xiàn)變壓器最大化的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。(2)電機(jī)的選擇。減少電機(jī)的電能損耗的

6、主要途徑是提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)。因此，設(shè)計(jì)中首先應(yīng)選用Y系列高效率電動(dòng)機(jī)：其次，電機(jī)電壓等級(jí)一般根據(jù)單機(jī)容量及技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，當(dāng)單機(jī)容量低于200kW時(shí)選擇低壓電機(jī)，高于300kW時(shí)選擇高壓電機(jī)，單機(jī)容量(200300)kW時(shí)選擇低壓還是高壓電機(jī)則經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定；最后，合理選擇電動(dòng)機(jī)的容量。使其負(fù)荷接近額定負(fù)荷并留有適當(dāng)裕量，這時(shí)電機(jī)接近最佳工況點(diǎn)。運(yùn)行效率和功率因數(shù)最高。(3)導(dǎo)體和電纜的選擇。導(dǎo)體和電纜截面的大小，直接影響投資及電能損耗的大小：截面選得小一些，可節(jié)約有色金屬和減少投資，但電能損耗增大；反之，電能損耗雖能減少，但有色金屬耗用量和投資都隨之增大。因此導(dǎo)體、電纜的截

7、面除了滿足規(guī)范要求外應(yīng)在投資、有色金屬消耗與電能損耗之間達(dá)到一個(gè)最優(yōu)選擇。導(dǎo)體材料一般按負(fù)荷性質(zhì)、環(huán)境條件并綜合考慮損耗及經(jīng)濟(jì)型等因素選擇銅或鋁；在絕緣材料的選擇上，對(duì)于低壓電纜，由于相同截面的YJV系列電纜一般較VV系列電纜載流量大一個(gè)以上等級(jí)。在電流較大時(shí)選用YJV系列電纜可能比選用VV系列電纜更為經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也更為環(huán)保。(4)開關(guān)設(shè)備的選擇。開關(guān)設(shè)備的節(jié)能潛力相對(duì)不大，因此泵站在設(shè)計(jì)選擇開關(guān)設(shè)備時(shí)主要從經(jīng)濟(jì)可靠及環(huán)保角度上考慮。當(dāng)戶外變壓器容量在800kVA及以上須設(shè)置重瓦斯跳閘保護(hù)或泵站有遠(yuǎn)方操作控制要求，設(shè)計(jì)采用組合電器時(shí)應(yīng)配置分勵(lì)脫扣器以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷開關(guān)的自動(dòng)快速分閘，同時(shí)可供過載等保護(hù)

8、跳閘用。這樣重瓦斯及過載時(shí)將通過繼電保護(hù)的方式使負(fù)荷開關(guān)跳閘而無須燒毀熔斷器，具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。4配電形式的確定高壓配電設(shè)備可選用戶外或戶內(nèi)設(shè)備在實(shí)踐中，主要根據(jù)變電站用地范圍及主、副廠房空間的限制，考慮經(jīng)濟(jì)性來確定。無論采用何種形式，都必須考慮使配電設(shè)備盡量接近負(fù)荷中心，以縮短配電線路，降低線路的電能損耗、電壓損耗和有色金屬的消耗量。由于箱變具有成套性強(qiáng)、體積小、占地少、能深入負(fù)荷中心、提高供電質(zhì)量、減少線路損耗、縮短送電周期、選址靈活、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便、運(yùn)行安全可靠及投資少、見效快等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此，在進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后中小型泵站高壓配電設(shè)備可以考慮采用成套戶外箱式變電站。5

9、起動(dòng)方式的確定直接起動(dòng)起動(dòng)設(shè)備簡單，起動(dòng)速度快，但是危害很大：造成對(duì)電網(wǎng)沖擊，給設(shè)備的安全可靠運(yùn)行帶來威脅，縮短其使用壽命；同時(shí)過大的起動(dòng)電流會(huì)使電機(jī)繞組發(fā)熱，從而加速絕緣老化，影響電機(jī)壽命，并造成巨大的起動(dòng)能量損耗尤其當(dāng)頻繁起停時(shí)更是如此。相對(duì)于傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式，軟起動(dòng)器以體積小，轉(zhuǎn)矩可以調(diào)節(jié)、起動(dòng)平穩(wěn)、沖擊小并具有軟停機(jī)功能等優(yōu)點(diǎn)得到了越來越多的應(yīng)用。由于無沖擊電流，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流，因此非常適用各種泵類負(fù)載。三相晶閘管調(diào)壓軟啟動(dòng)器是新型電子軟起動(dòng)器，相對(duì)于磁控式和自動(dòng)液體電阻式軟起動(dòng)器有較優(yōu)越的性能相對(duì)于變頻器有較低的價(jià)格，具有起動(dòng)電流小(且可根據(jù)需要設(shè)定起動(dòng)電流倍數(shù))，

10、電壓可連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)設(shè)計(jì)采用軟起動(dòng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選擇功能簡單、價(jià)格較低、操作方便、有多種運(yùn)行狀態(tài)的晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)器采用斜坡電壓起動(dòng)除能實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)外，在泵站變負(fù)載工況、電動(dòng)機(jī)處于輕載運(yùn)行時(shí)，還具有輕載節(jié)能的效果(不帶旁路接觸器)，在接觸器旁路工作模式還可用一臺(tái)軟起動(dòng)器去起動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)，從而大大減少一次性投入。同時(shí)，三相晶閘管調(diào)壓軟起動(dòng)器還具有許多保護(hù)功能：過載保護(hù)功能，缺相保護(hù)功能，過熱保護(hù)功能及其它功能，可以省去熱繼電器等設(shè)備；可讀取電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，從而可減少傳感器及儀表，這也在很大程度上降低了成本。6無功補(bǔ)償及其它提高功率因素對(duì)降低電能損耗、提高供電質(zhì)量具有重要意義。一般情況下應(yīng)通過合理選擇設(shè)備，提高自然功率因素來實(shí)現(xiàn)，在不能滿足要求時(shí)或者代價(jià)太高時(shí)，必須通過進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高負(fù)載和系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少設(shè)備容量和功率損耗，穩(wěn)定電壓，提高供電質(zhì)量。另外，由于轉(zhuǎn)速與流量成正比，功率與流量的三次方成正比，當(dāng)水泵流量減少時(shí)，功率按流量的三次方大幅下降，采用電機(jī)的軟起動(dòng)方式與調(diào)速方式相結(jié)合可以進(jìn)一步降低能耗：在泵站照明方式及設(shè)備選擇上，采用一般