浅谈提高泵站的节能性和经济性之环境科学论文

　　摘要：本文环境科学论文根据泵站电气设计的相关规范规程，结合实践施工经验，提出在排水泵站电气设计的各个环节中需考虑节能降耗，并对不同的方案进行经济技术比较，分析节能降耗及降低成本所要考虑的因素，对电气设计方案确定及设备的选择进行综合分析。
　　关键词：排水泵站，节能降耗，经济性
　　随着天津城市建设的发展，市政泵站的数量、型式、规模一直在不断扩大。目前天津市内的泵站已有一百九十多座，正是这些泵站夜以继日的工作，为城市污水的顺利排放，雨季安全渡汛提供了可靠的保障。但由于排水泵站是耗能大户，所以节约泵站的电能对于响应政府节能降耗的号召，缓解城市用电紧张有着十分重要的意义。
　　1电压等级的确定
　　随着城市电网改造的完成。我市供电电压等级主要有有35kV、10kV及0．4kV。其中0．4kV供电因电流大，线路损耗和用铜量显着增大，而10kV电压供电能显着降低损耗，又较35kV供电经济，宜优先选用。
　　2主要设备的选择
　　(1)变压器的选择。
　　在设计中选择变压器时．除要充分考虑其性能参数外，应根据用电负荷，合理选择变压器的容量，使变压器经济运行．不仅能节电，同时也能提高功率因数。理论上当变压器在运行中的空载损耗等于负载损耗时，效率最高，这在实际运行时很难做到．实践中可主要考虑使变压器运行在经济运行曲线或最佳经济运行曲线中，而这与变压器的台数、容量和性能参数密切相关。
　　国家已明文规定淘汰高能耗变压器。推广S9系列、SIO、S11系列节能变压器。SIO、S11系列变压器与S9系列相比较：损耗更低(尤其空载损耗)、噪声更低；价格与S9系列相差不大；购置S10、S11系列变压器一般只需运行25年，就能通过节能回报补偿价差。因此，应优先选用S10系列或S11系列配电变压器。
　　变压器的容量选择要恰当，既不能过大(增加一次性投资，加大损耗)，也不能过小(无法满足用电要求，损耗也往往偏高)。一般来说，适当选择变压器的容量，使变压器的负荷率B=0.5~0.6左右时，有功功率损失最小；当变压器的负荷率B=0.75~0.8左右时，功率因数最大；当变压器的负载率B=0.45~0.75时效率较高，各个方面比较经济；因此．设计中应尽量使变压器的负荷率B=0.45~0.8左右。
　　(2)电机的选择。
　　减少电机的电能损耗的主要途径是提高电动机的效率和功率因数。因此，设计中首先应选用Y系列高效率电动机：其次，电机电压等级一般根据单机容量及技术经济比较确定，当单机容量低于200kW时选择低压电机，高于300kW时选择高压电机，单机容量(200～300)kW时选择低压还是高压电机则经技术经济比较后确定；最后，合理选择电动机的容量。使其负荷接近额定负荷并留有适当裕量，这时电机接近最佳工况点。运行效率和功率因数最高。
　　选择何种结构的电机也是设计中应重点比较的：鼠笼式电机结构简单、耐用、可靠、易维护、价格低，而绕线式电动机结构复杂、维护较麻烦、价格高，但绕线式电机转子绕组可通过接价格平实、易维护的频敏变阻器改善起动性能，使电机平滑起动，起动力矩也较大，因此，许多中小型泵站都采用绕线式电机来提高起动性能。但绕线式电机价格较鼠笼式电机价格贵不少，而且采用频敏变阻器起动时功率因数低。随着软启动技术的成熟，价格下降．泵站如果采用鼠笼式电机结合软起动的方式，反而可能降低造价，提高起动性能，并可节约能耗。因此，在设计选用中低压异步电机时宜优先采用鼠笼式电机(直接或软起动)；对于大容量的高压电机，在水泵转速低时宜优先选用同步电机，以提高功率因数。
　　(3)导体和电缆的选择。
　　导体和电缆截面的大小，直接影响投资及电能损耗的大小：截面选得小一些，可节约有色金属和减少投资，但电能损耗增大；反之，电能损耗虽能减少，但有色金属耗用量和投资都随之增大。因此导体、电缆的截面除了满足规范要求外．应在投资、有色金属消耗与电能损耗之间达到一个最优选择。
　　导体材料一般按负荷性质、环境条件并综合考虑损耗及经济型等因素选择铜或铝；在绝缘材料的选择上，对于低压电缆，由于相同截面的YJV系列电缆一般较VV系列电缆载流量大一个以上等级。在电流较大时选用YJV系列电缆可能比选用VV系列电缆更为经济，同时也更为环保。
　　(4)开关设备的选择。
　　开关设备的节能潜力相对不大，因此泵站在设计选择开关设备时主要从经济可靠及环保角度上考虑。
　　高压开关设备可采用跌落式熔断器、断路器或组合电器。一般来说，按以下原则选择经济上较优：对于容量在400kVA以内的变压器，设计中选用跌落式熔断器。容量在(400—800)kVA以内的变压器。选用一般型负荷开关——熔断器组合电器，容量在(800～1250)kVA以内的变压器。选用真空断路器或频繁型负荷开关——熔断器组合电器。容量大于1250kVA的变压器则选用真空断路器。
　　当户外变压器容量在800kVA及以上须设置重瓦斯跳闸保护或泵站有远方操作控制要求，设计采用组合电器时应配置分励脱扣器以实现负荷开关的自动快速分闸，同时可供过载等保护跳闸用。这样重瓦斯及过载时将通过继电保护的方式使负荷开关跳闸而无须烧毁熔断器，具有一定的技术经济意义。
　　泵站低压断路器宜按经济可靠原则根据保护对象的不同来选择：对于电动机宜选择经济可靠的Dwl5系列电动机保护型万能式断路器：对于变压器低压配电干线的主保护，宜选择分段能力高的配电保护型万能式断路器，如ME、AE等；对于小容量的电动机以及其他小负荷则可选用塑壳断路器。由于泵站为一级配电，一般选择更为经济的热磁式就能满足正常的运行要求，因此不建议选择电子式。万能式断路器安装方式可选择固定式或抽屉式，选用抽屉式可以取消刀开关，所以经济性并不差。
　　3配电形式的确定
　　高压配电设备在实践中，主要根据变电站用地范围及主、副厂房空间的限制，考虑经济性来确定。无论采用何种形式，都必须考虑使配电设备尽量接近负荷中心，以缩短配电线路，降低线路的电能损耗、电压损耗和有色金属的消耗量。
　　4起动方式的确定
　　直接起动设备简单，起动速度快，但是危害很大：造成对电网冲击，给设备的安全可靠运行带来威胁，缩短其使用寿命；同时过大的起动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命，并造成巨大的起动能量损耗．尤其当频繁起停时更是如此。
　　相对于传统减压起动方式，软起动器以体积小，转矩可以调节、起动平稳、冲击小并具有软停机功能等优点得到了越来越多的应用。由于无冲击电流，可自由地无级调整至最佳的起动电流，因此非常适用各种泵类负载。
　　三相晶闸管调压软启动器是新型电子软起动器，相对于磁控式和自动液体电阻式软起动器有较优越的性能．相对于变频器有较低的价格，具有起动电流小(且可根据需要设定起动电流倍数)，电压可连续平滑调节的优点。当设计采用软起动时应优先考虑选择功能简单、价格较低、操作方便、有多种运行状态的晶闸管调压软起动器采用斜坡电压起动．除能实现软起动外，在泵站变负载工况、电动机处于轻载运行时，还具有轻载节能的效果(不带旁路接触器)，在接触器旁路工作模式还可用一台软起动器去起动多台电动机，从而大大减少一次性投入。
　　同时，三相晶闸管调压软起动器还具有许多保护功能：过载保护功能，缺相保护功能，过热保护功能及其它功能，可以省去热继电器等设备；可读取电机的运行参数，从而可减少传感器及仪表，这也在很大程度上降低了成本。
　　综上所述，对于鼠笼式异步电机，当机组容量较低，满足直接起动要求时，可采用全电压直接起动，当不满足直接起动要求时．优先采用三相晶闸管调压软起动器软起动。
　　5无功补偿及其它
　　提高功率因素对降低电能损耗、提高供电质量具有重要意义。一般情况下应通过合理选择设备，提高自然功率因素来实现，在不能满足要求时或者代价太高时，必须通过进行无功补偿，提高负载和系统的功率因数，减少设备容量和功率损耗，稳定电压，提高供电质量。
　　另外，由于转速与流量成正比，功率与流量的三次方成正比，当水泵流量减少时，功率按流量的三次方大幅下降，采用电机的软起动方式与调速方式相结合可以进一步降低能耗：在泵站照明方式及设备选择上，采用一般照明与加强照明相结合的方式，选用成熟平价的高光效、长寿命、显色性好的光源、灯具和镇流器(采用紧凑型荧光灯或T5、T8荧光灯，宽大场所使用金属卤化物灯和高压钠灯)，也可以在节能与经济性上达到平衡。
　　同时．合理选择控制保护及其他设备，采用交流操作电源(带UPS)，在满足泵站性能要求的同时，可以节约成本，使得在选用环保节能产品上有更大的余地。
　　6论文结语
　　在市政排水泵站的设计与运行过程中，有很多与节能降耗和经济性有关的环节，可能远远不止以上谈到的几点。关键是看我们泵站设计人员与工程技术人员能否积累经验，采取切实有效的措施来加以解决，以保证排水泵站的经济、环保、安全的运行，从而在市政建设中发挥最大的效益。