浅谈梯级泵站运营管理中节能措施的运用

摘 要： 本文结合景电工程实例，从工程老化、设计规划、运行维护、调度等管理等方面因素入手，分析了梯级泵站能耗大产生的原因，并从加大技术改造、调整水泵运行工况、优化调度管理、加强运行管理、提高管理水平等环节提出了运营管理方面的节能措施。

关键词： 梯级泵站； 运营管理； 节能措施

中图分类号： TV675文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）03-0048-01

景泰川电力提灌工程（简称景电工程）是一项高扬程、大流量、多梯级电力提水灌溉工程。整个景电工程设计提水流量28.56m/s，加大流量33m/s，兴建泵站43座，装机容量270MW，最高扬程713m，设计年提水量4.75亿m。建成干、支、斗渠1391条，长2422km，控制灌溉面积达100万亩。在这些梯级泵站中，不同程度存在能耗大、运行管理费用高的问题。

1 梯级泵站能耗大的原因

1.1规划设计方面的原因

泵站规划设计流量是依据所要灌溉的农田面积及农作物种类而确定的，但是在工程实际运行中，一些因素的变化在设计中不可能得到全面考虑和准确预计。如灌区的配套设施是否完善，可否达到设计灌溉面积，农作物种植面积调整，灌水定额的变化调整等。这些因素使得泵站设计、建设和投入使用等工况都会发生改变。

对于从水库提水的一级泵站，由于前池水位变化较大，故抽水扬程是以水库多年平均水位、水库枯水位和水库最高水位来确定泵站的设计扬程、最大扬程和最小扬程的。由于目前国内生产的水泵，其高效区范围很窄（即扬程变化幅度不大），要提高抽水保证率，现在一般采用两种方法。一是以最大扬程工况选择水泵，但在实际运行过程中，水库水位一年内都在变化，出现最大扬程工况时间很短，绝大部分时间使水泵在偏离最高效率区运行，水泵效率极低，能耗增大；二是采用多种机型，按提水扬程分段，采用不同工作扬程的水泵提水，这样不仅加大了泵站装机容量，而且增加了工程建设投资。

1.2设备采购方面的原因

按照国家对水泵制造的要求，水泵的出水量较设计值许允变化5%，按这个标准测算泵站其上下级站流量偏差值就可能是设计流量的10%，如果上级泵站传送来非设计工况流量，站间流量偏差值将更大。另外，管路系统损失值与设计值间的差别，也可造成站间流量偏差，使得泵站出现弃水或压阀运行状况。

1.3运行管理方面的原因

由于泵站经过一段时间运行，水泵过流部件磨损十分严重。从黄河沿岸已运行的泵站调查看，一般在汛期连续运行200小时后，叶片边缘会出现很多汽蚀孔洞，叶片磨短50mm～100mm，口环内径由410mm磨大至425mm，间隙泄漏水量为0.18m3/s，水泵出水量减小10%左右，水泵效率下降10%～25%。由于在运行过程中，每台水泵磨损程度不一样，从而出现了站间流量偏差，造成泵站弃水或压阀运行。

从以上分析可看出，梯级泵站受多种因素影响，普遍存在站间流量不匹配，出现弃水或压阀行为以及“大马拉小车”现象，造成泵站装置效率低，能耗偏大。故泵站站间流量合理匹配，提高泵站装置效率，历来被设计和运行管理单位所重视。

2 梯级泵站节能措施

梯级泵站节能可从以下几个方面着手。一是调整水泵、电机自身结构；二是借助辅助设备，达到改变水泵工况，提高水泵运行效率；三是在工程运行管理环节采取措施。

2.1水泵与电机的调节

2.1.1 水泵叶轮变径调节

变径调节即车削叶轮直径，改变水泵性能，使水泵运行工况处于高效区。该方法适用于泵站扬程变幅较小的、流量偏离额定点不大的泵站。通过车削叶轮直径，使水泵运行工况移到高效区，并使梯级泵站之间流量达到匹配，从而提高泵站装置效率。

2.1.2 变速调节

变速调节可以增速，也可以降速，但是当增速超过额定转速的5%时，要对水泵温度、磨损、汽蚀、水力振动等进行校验，因此水泵宜降速使用。当水泵转速降低，流量相应减小，在扬程变化不大，流量小于设计值的20%时，会引起较大的水力损失。

变速调节可以采用两种方法。一是电机变极调速。通过改变电机磁极数可达到调节转速的目的。它属有级调速，缺点是定子绕组抽头较多，接线较复杂。一般可用在已知泵站几个特定工况条件下，改变水泵性能，提高装置效率。二是电机变频调速。因为电机转速n与频率f成正比，只要改变电源的f即可改变电机转速。其优点是调速范围大，调整的平滑性好。但目前国内仅能生产200kW以下的电机变频器，只能在一些小型泵站使用，现在还不能推广到大、中型泵站使用。

2.2借助辅助设备进行合理调速

2.2.1 皮带轮传动调速

只要更换不同直径的皮带轮，就可实现改变转速的目的。这种方法一般适合小型水泵的调节，而且不能实现无级调速。

2.2.2齿轮变速箱调速

这也是一种有级调速，只适合小型水泵调速。

2.2.3调速离合器调速

调速离合器的主要特点有：（1） 在电机传速不变的情况下，电机和水泵之间可以平稳无级调速，并且调节灵活，可实现手动、自动和运行距离控制。（2）可使电机空载或轻载启动，降低电机启动电流。（3）实现无级调速后，水泵有显著的节能效果，节电率可达10%～40%，从而降低运行费用。（4）可以实现无转差损失的直接传动。（5）长期使用无特殊维护要求，操作简单，传动效率在97%以上。

调速离合器可在梯级泵站中起调节流量的作用，避免泵站弃水或压阀运行，提高泵站装置效率，达到泵站节能目的。

2.3变角调节

这是一种用改变叶片安装角度来改变水泵性能的方法，一般只适用于可调节叶片的轴流泵和导叶混流泵，对半调节泵要停机拆泵进行调节，而对全调节泵采用机械液压调节机构改变叶片角度，不需要拆泵，即可完成。

2.4运行管理调节

运行人员通过对每台水泵的性能了解，掌握实际运行状态，合理开启各台水泵，也能在一定程度上调节流量，减小弃水。而且运行人员应对每台水泵建立档案，对于性能不好的水泵，要停运检修，避免高能耗，以降低运行费及水费成本。

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