“双碳”背景下的中小型泵站电气设计及节能措施

“双碳”背景下的中小型泵站电气设计及节能措施

张勇辉

441322199211201434  广东 深圳518000

摘要：随着城市基础设施的发展，市政排水设施建设是否经济合理，已经成为了城市排水设施发展的重中之重，特别是在双碳化背景下，中小型水泵站电力系统的设计更是如此。本文就如何在中小型泵站的电气设计中注意到环保、节能、经济性等问题，对“双碳”背景下的中小型泵站电气设计及节能措施进行了分析。

关键词：中小型泵站；电气设计；环保节能；经济性

引言：

随着“双碳”概念的不断普及，广大市民也能从消费的选择上着手助力实现“双碳”目标。但是由于部分区域经济发展滞后，在市政排水设施建设时，对中小型泵站在节能经济性中，容易忽略了电气设计中节能、环保与经济性的考虑，但由于中小型泵站在市政排水设施建设中是比较普遍应用的，其电气设计中节能、环保与经济性的考虑就尤其重要。

1双碳背景的概念及战略意义

实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和，双碳目标表现为二氧化碳排放(广义的碳排放包括所有温室气体）水平由快到慢不断攀升、在年增长率为零的拐点处波动后持续下降，直到人为排放源和吸收汇相抵。

“双碳"战略倡导绿色、环保、低碳的生活方式。加快降低碳排放步伐，有利于引导绿色技术创新，提高产业和经济的全球竞争力。中国持续推进产业结构和能源结构调整，大力发展可再生能源，在沙漠、戈壁、荒漠地区加快规划建设大型风电光伏基地项目，努力兼顾经济发展和绿色转型同步进行。

2电动机节能

(1)采用高效率、低能耗的电机进行设计。在技术上，应该根据泵站的特性，对多种方案进行技术经济对比，以决定采用同步式、异步式、双级并联式。对于800 kW以上的大型电动机，通常选用具有较高功率因数和较大容量的电动机，但也有一些大型泵站项目采用了异步电动机，例如某泵站，单机容量为1,600 kW。在选用异步电动机时，必须选用鼠笼式异步电动机，经计算，确定不能满足起动条件的情况下，方可选用绕线式异步电动机[1]。

(2)电机的起动应优先采用直接起动，如果不能直接起动，则可以采取降压起动。传统的起动方法有很多缺点，比如起动电流达到额定值的5~7倍，会导致线圈发热，导致温度升高，进而导致绝缘老化；供电网络的电压下降太大，当电压低于0.85 Un时，会对其它装置的运行产生不利的影响：起动时，会产生大量的能量损耗，特别是在启动时，更是如此。所以，近年来，水泵电机普遍采用了低电压起动，以防止大电流起动对电机的绝缘造成的影响，降低了电机的维护成本，提高了电机的使用寿命。在改变负载速率的情况下，采用软起动技术可以实现对电动机的速度进行调节，从而提高电动机的工作效率，减少电动机运行时的功耗。因此，对于频繁起动、负荷变动较大的泵站电动机，采用软起动更为有效。

3供配电系统节能

(1)负荷水平的确定和负荷的计算是电力系统设计的基础，采用最优载荷因子法来确定变压器的容量，并综合考虑初期投入、年运营周期和成本，选用具有较高技术指标的变压器、开关设备，保证系统安全可靠，实现泵站经济运行。在经济、节能的情况下，变压器的负载比应该在0.75~0.85之间，选择适合于负荷的变压器，以保证其在高耗区工作；选用节能、环保型、低损耗、低噪声的10型变压器，选用DY11型配线，可使三相不平衡负荷下的变压器容量最大化，并对三次谐波进行有效的抑制。抽水泵站的年工作周期一般较短，为适应季节的变化，可以进行变压器的投切，在不需要的情况下，将主变退出，并投入到变电站的变压器中，以降低由于负荷和无负荷运转所带来的不必要的电力损失。

(2)电器线路应尽可能地简单和可靠。一般都是单母线或单母线分段配线，在相同电压等级的供、配电系统中，不能超过2个级次，以最大限度地减小由于变电级数太多造成的能量损失，同时还应配置电容式无功补偿设备，通过降低输电线路的运行电流，降低输电线路的损耗，使得电网的电压损失达到规定的容许值，对提高电网的供电质量和经济效益起到了一定的作用[2]。

4线路节能

（1）尽量减少电压降低和电能损失

泵站电力系统通常为辐射型，为了降低分支电压的损耗，必须对导线的截面进行适当的选取，使终端的电压下降小于5%。此外，相同电压等级、相同截面的铜.铝线电压损耗比约为0.6，随着功率因素的降低，线缆电压损耗逐渐增大。所以，在工程中，应尽可能选择铜芯的电缆。表1显示了电压降低和线路损耗增大的关系。

表1 电压降低与线损增加关系

（2）增加功率因数,降低损耗

由于输电线路的线损与电力因数的2次方成反比，同时也会造成线路上的额外损失和设备的额外损失，所以必须安装无功补偿器以增大系统的功率因数，以减小系统的无功传输量，从而减小系统的损失，从而改善电力的质量和使用效率。针对《全国供用电规则》和《功率因数调整电费办法》中的功率因数规定，对100 kW以上的水泵厂必须进行无功补偿，使其功率因数大于0.85。如表2和3所示，增加功率因素可以降低传输的无功电流，降低电力网的无功传输。由此降低了电力的损失。

表2  线路功率因数降低与功率损耗增加的关系

表3 电动机补偿前后损耗关系表

(3)合理地使用补偿箱上的自动补偿控制器，以改善供电和分配系统的运行效率。当水泵电动机选择时，如果系统的自然功率因数不能满足接入电网的需求，则系统会自动启动，从而增加系统的功率因数，从而降低线路和变压器的损失。泵站的补偿设计一般有两种方法：电动机分散式就地补偿和集线式集中补偿。

结束语：

文章介绍了“双碳”背景下的中小型泵站电气设计及节能措施，以及照明节能、弱电节能等节能技术。在进行泵站设计时，要仔细地考虑、反复对比，对供配电系统进行合理的设计，选用能耗低、能耗低的设备，以最小的电能消耗，从而保证泵站的运行安全、可靠，达到节能、环保、经济的目标，为社会和经济效益做出了巨大的贡献。

参考文献：

[1]郭亚俊. 关于中小型泵站电气设计兼顾环保节能与经济的建议[J]. 建筑工程技术与设计,2014(1):215-215.

[2]刘国华,王倩倩. 基于建筑电气设计中的电气节能措施[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2014(2).

[3]王兆菡,陈淑芬,张刚. 新仁泵站现存问题及改造措施[J]. 农机化研究,2005(5):135-136.