1、节能技术在水利工程设计中的应用摘要：随着我国当前社会经济的飞速发展，我国水利工程的建设也在飞速发展，各种先进、新型技术在水利工程中得到广泛应用。节能技术是当前较为先进、新型的技术，并在水利工程的设计中得到广泛应用。本文通过工程功能、供电方案、设备选择等方面叙述水利工程设计中应用节能技术的经验和运行费用的重要措施，从而以最大的可能利用其自排功能来满足排涝和调水的要求。 关键词：节能技术；水利工程；设计方法 中图分类号： TE08 文献标识码： A 引言： 当前我国经济飞速发展，水利建设项目如火如荼的进行。目前大多数水利工程建设项目已经从单纯的农田水利向现代化大城市要求的防洪抗灾、合理利用水资源和
2、改善水环境等综合性功能方向发展, 如何达到节能的要求, 是水利工程设计者迫切需要解决的工程课题。 1.水利工程的节能分析 1.1 最大限度提高水利工程的自排能力 水利工程的自排能力主要取决于水系的布置和节制闸、河道的结构特征, 怀集县的河道属典型的山区河流,经过多年建设已形成河网水系,水系优化布置, 经过综合技术经济比较后,选择节制闸合理的孔宽和河道断面位置,可以达到只建节制闸，少建泵站, 并利用闸前闸后的水位差,通过启闭闸门,用自排的方式达到排涝和调水的要求。 1.2 合理规划,综合考虑区域排水模式 在设计区域排水水系时,排水系统一般都分一级排水和二级排水,先将整个区域分成几块,每一块需要排
3、出的水集中到一级泵站,启动一级泵站的水泵将水排至二级排水河道里,再由二级排水河道里的出口泵闸将水排到区域外。在排水系统设计时,优化水系的布置和合理选择二级排水水位,利用地面和河道水位的高差,使一级排水就近直接排入二级排水河道,可取消或减少一级排水泵站,这种排水模式会使二级排水泵站动力和运行时间有所增加,由于二级排水的河道有蓄水的功能,因此二级排水泵站增加的动力远小于区域内一级排水泵站动力总和,节能效果显著。 1.3 应用信息技术,进行合理科学地调度 经过多年的建设,怀集县水系内已经建成了大量水利工程,如何根据气象和地理条件对这些水利工程进行高效调度,提高综合防汛和调水能力,减少强排时间，以达到
4、节能的目的,是一个非常复杂的系统工程问题。 依靠传统人工调度的方式是无法解决这个难题的,只有应用现代化的信息技术才能满足上述要求。怀集县新建的防汛和水资源管理实时监控系统是新时期区域水利工程信息化调度、控制的中枢,以现代集散控制和网络技术实现全县水利设施的实时控制、统一调度、集中管理,达到优化运行结构、提高反应速度、降低运行成本的目的,更重要的是提高了区域防洪、排涝及抗灾能力, 实现了水利工程的低能耗、高效益。 2.水利工程供电方案的节能设计分析 2.1 优先选用 10kV 主水泵电动机直接联网运行的供电方案 水利泵站的主水泵电动机容量都比较大,从经济和技术综合考虑,新水利规范要求容量大于 2
5、50kW 电动机应选用高压电动机。以前，这类电动机一直选用电压等级为 6kV 的电动机,我国供电电网的电压是 10kV,所以必须设置 10-6kV 降压变压器。为满足大型电动机启动时的压降要求,降压变压器的容量应大于电动机的容量之和。以白沙仔排涝站工程为例,该泵站安装 4 台 630kW 大型异步电动机,总容量为 2520kW,如采用 6kV 电动机,经计算降压变压器的容量为 3150kW,不但日常运行时变压器的损耗比较大,耗能多,而且大大增加了供电贴费、高压配电设备等工程费用。近年来，随着我国电机制造水平的提高, 10kV 电动机逐渐被推广使用。由于 10kV 电动机直接联网运行时, 电机启
6、动对电力系统的冲击比较大, 供电部门对 10kV 电动机直接联网运行持非常慎重的态度。随着地区电网容量的不断增大,这种影响越来越小,只要配置合理, 经计算启动时对电网的冲击可以控制在供电部门允许的范围内。在取得了供电部门的支持后, 在泵站设计中, 对 350-630kW 电动机,优先选用 10kV 电动机直接联网运行的供电方案, 既节约了供电贴费、降压变压器、高压配电设备等大量工程费用,又简化了运行管理, 避免了降压变压器的能源损耗。 2.2 合理配置站用变压器 在泵闸设计过程中,如电机容量在 250kW 以下时,为了节省工程投资和今后运行管理的方便,都选用 380V 电动机。由于泵闸电动机用
7、电量较大, 必须设置专用的 10-0.4kV 降压变压器给电动机供电,通常泵站的站用电也由该变压器供给。水利工程的排水泵站, 除在灾害性天气时启动水泵排水外,年运行小时数相对较少,通常在 250h 以下,而站用电每天都要供电。如用主变压器来给站用电供电显然是不合理的,所以在设计这类泵站的供电方案时另配站用变压器,平时主变压器不投入运行,由站用变压器给站用电供电。虽然工程投资有所增加,但避免大电机启动和停止运行时的冲击,提高了供电的可靠性,还可节约大量的能源。 2.3 采用就地补偿新技术 当前很多水利工程建设地区，对水利工程的泵站因为地理环境的原因,大都选用低扬程、大流量的水泵,与水泵配套的大部
8、分是低转速大型异步电动机,这种电动机功率因素比较低,一般在 0.6 左右,按供电部门的要求,必须进行无功功率的补偿,将功率因素提高到 0.9 以上。习惯的做法是采用集中补偿, 如果在高压侧进行补偿,通常靠人工投切。泵站中需要进行无功补偿的负荷水泵电动机占 90%以上,而且负荷比较固定,因此在泵站设计中主要采用就地补偿新技术,每台电动机就地并联一台就地补偿电容柜,电容器选用防爆型,并串联一组电抗器,以限制合闸时的电流冲击。采用就地补偿新技术后,简化了操作,节省了投资,还避免了操作人员失误而造成电动机在低功率因素下运行的可能性。 3.用电设备的节能 3.1 选择合理的水泵参数,使水泵工作在高效区
9、新建水利泵站所选用的水泵多数为大中型轴流水泵,这类产品已形成系列, 有多种泵型、不同的叶片安放角和多种口径供用户选择,以适应各种不同的工况条件。在泵站设计中,严格按设计规范的要求,对设计工况下的水泵参数，如水泵泵型、叶片安放角、口径和比转速等进行比较选择。优选水泵参数使水泵在设计工况下能在高效区工作。 3.2 提高泵站的装置效率 泵站的装置效率是指从泵站进水口到出水口整个泵站装置的效率,它不但与水泵电动机组的效率有关,还与进水流道、出水流道和闸门等水工构筑物的水力损耗有关。在选择了高效的水泵电动机组后, 要提高泵站的装置效率就主要是减少水工构筑物的水力损耗,选择合理的流道布置是减少流道水力损耗
10、的重要措施。在设计某低扬程泵站(净扬程为 1.96m )时初选立式流道布置,经计算流道损失可达 1.5m。在对各种流道方案进行反复比较后,建议选用贯流式流道布置方案, 经计算流道损失仅 0.6m,电动机功率由 360kW 降为 220kW,节能达 38.9%,还大幅度降低了工程造价。 3.3 水泵和电动机的连接优先采用直连方式 水泵和电动机的连接有直连和齿连两种方式。直连是指水泵和电动机直接连接成水泵电动机组,这就要求电动机的转速与水泵的转速一致,大中型轴流水泵的转速都比较低,与其配套的电动机必须是低速电动机,其体积大,效率略低。齿连是指水泵和电动机通过齿轮变速箱连接成水泵电动机组,采用齿连方式电动机可用高速电动机,其体积小,效率略高,但齿轮变速箱能耗较大,整个水泵电动机组的效率反而比直连约低 2%-3%。噪声也较大,还增加了日常维护保养的工作量。考虑节能、噪声及工作可靠性等因素,在泵站设计中水泵和电动机的连接优先采用直连方式。 4.结语： 节能技术在水利工程设计项目中的广泛应用，使水利工程项目的建设符合我县当前经济建设发展方向，满足了我县经济建设发展的需要。节能技术的广泛应用，会使我县的水利工程的建设方向朝着更节能更高效的方向发展。 参考文献： 1施熙灿.水利工程经济(第 3 版)M.中国水利水电出版社. 2袁光裕.水利工程施工(第 4 版)M.中国水利水电出版社.
