广东省罗定市机电排灌管理站广东罗定527200
摘要：本文主要针对农村排灌站电气设备的配置展开了探讨，对主电动机、变压器、泵站无功补偿方式及补偿容量和控制设备四个方面的选择作了详细的阐述，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：电气设备；配置；选择
所谓的排灌站，是农村基本的水利设施，主要负责农田的灌溉与排水。而为了进一步完善排灌站的工作，我们需要做好各方面的选择，优化排灌站中电气设备的配置，从而促进农村的农业发展。基于此，本文就农村排灌站电气设备的配置进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1主电动机的选择
主电动机功率应根据负载功率和使其工作在高效区的原则来确定。GB/T50265-97《泵站设计规范》推荐，主电动机的功率应为1.05～1.10倍的水泵轴最大功率，以满足水泵对配套动力的要求。按照该推荐值，对进出水池水位差变化不大的泵站，由于其泵最大轴功率与电机额定功率接近，即电动机的负载率Kf（电动机的负载功率Pz与额定功率Pe之比）接近1.0。而从图1的电动机的工作特性曲线可见，Kf接近0.9或更高时，效率已有所降低，为使电动机工作在高效区，可取电动机的额定功率大于《泵站设计规范》的推荐值；同样当进出水池的水位变化较大时，为保证电动机工作在高效区，可取电动机的额定功率等于水泵最大轴功率。Y系列和YR系列的电动机具有体积小重量轻效率高和启动性能好的优点，是首选机型。
2变压器的选择
2.1变压器容量的选择
排灌站主变压器的运行费用由其折旧费、基本电费（按投入运行的变压器的容量收取的费用）和消耗电量费用（按实际消耗的电量收取的费用）等几部分组成。为降低折旧费和基本电费，在满足动力负荷要求的前提下，主变容量应尽可能小。但主变容量越小，在同样负荷的条件下，变压器的可变损耗越大。所以，变压器的容量应根据经济技术比较后的结果来确定。
变压器的有功计算功率
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式中Kt——电动机的同时工作系数；Zl——配电线路的平均效率，当变压器在泵房内时Zl取1.0，当变压器在室外时，Zl取0.90～0.98，距离越远Zl取值越小；Kfi——第i台电动机的负载系数；Pei——第i台电动机的额定功率；Zdi——第i台电动机的效率；P2——照明等其它用电总负荷；K2t——其它负荷同时工作系数。
变压器无功计算功率
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因在负荷侧补偿，上式中的cosh应取并联无功
补偿电容器后的值。国家规定，当主变容量小于3150kVA时，cosh的值不得小于0.85；主变容量为3150kVA及以上时，cosh值不得小于0.90。
图1电动机的工作特性曲线
变压器的视在计算功率
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变压器的额定容量Se应满足下式要求
Se＞Sjs（4）
2.2变压器容量的校验
变压器的容量越小，其漏抗的有名值越大，在电动机启动时，产生的电压降越大。而电动机的转矩与电压平方成正比，所以按式（4）选择变压器的容量后还必须根据水泵和电动机的启动转矩对主变的容量进行校验。
变压器的漏抗有名值
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式中Ud——变压器的漏抗压降百分数，%；U2e——变压器的二次侧额定相电压；Se——主变的额定相容量。
电动机启动最困难的时刻发生在电网电压最低、无功补偿电容器退出工作、变压器带最大负荷且启动电流最大的电动机最后启动的时刻。这时系统的等值电路如图2所示，图中U20为变压器二次侧空载电压相量，U2为电动机承受的实际电压相量，Xd为变压器折算到二次侧的漏抗值，Ijs为变压器带最大负荷时已在稳定运行的电气设备的计算电流相量，Iq为电动机最大启动电流相量。
图2电动机启动时的等值电路图3电动机启动时的向量图
与图2相对应的相量图如图3所示，cosh1在0.7～0.8之间变化，cosh2约为0.2～0.3。由图3可见
U2=U20-jIX
I=Ijs+Iq=Iedjh
而
实际上W很小，所以
U2≈U20-IXdsinh
因为启动时有可能系统电压较低，所以取U20=0.9U2e，则上式变为
U2=0.9U2e-IXdsinh
电动机的实际启动转矩为
式中Meq——电动机在额定电压下的启动转矩。为保证电动机的顺利启动，电动机的实际启动转矩应大于水泵的启动转矩，并应有10%的余量，否则应加大主变的容量。
当泵站的装机容量较小或年负荷比较稳定时，一般只选一台主变，以降低工程造价。对灌排泵站，一般在非洪涝年份仅有部分机组运行，为节省基本电费，可选用两台变压器。选用两台变压器时，每台变压器的容量
Se=0.6Sjs（6）
2.3变压器型号的选择
变压器型号不同，技术指标和价格也有很大的差异。技术指标越高，其价格也越高。SJL系列变压器由于耗能高已属淘汰产品，应选择S系列节能变压器。具体型号应由变压器的价格与年利用小时数进行经济技术比较后确定。
变压器的有功和无功功率损耗分别为
上式中，ΔP0、ΔPd、I0%、Ud%和Se分别为主变的空载损耗、短路损耗、空载电流百分数漏抗压降百分数和额定容量。
变压器的损耗电量为
W=ΔPb×T
式中T——变压器的年利用小时数。
由上式可以看出，年利用小时数越大，损耗电量也越大，越应选择效率指标高的变压器。
2.4变压器选择的效益分析实例
以某电力灌溉站为例，该站共有24sh-28a型水泵8台，其中一台备用，即同时工作系数Kt=0.875，水泵轴功率为66kW，匹配Y280M-28型电动机，未装无功补偿电容时低压侧功率因数cosh1为0.80，主变是容量为2000kVA的SJL-2000/10型的高耗能变压器。全年约运行2300h，泵站年耗电量约为1200～1300（万kW·h），由于cosh1低于0.85，年多交电费1.0万元。
应用2.1节的相应公式和2.3节的方法重新选择S9-630/10型节能变压器，用2.2的研究方法进行容量校验，证明该变压器能保证水泵启动和全部工作要求。而新的变压器与旧变压器相比，年运行费用下降了60%，年节支6.0万元，经济效益十分显著。
3泵站无功补偿方式及补偿容量的选择
3.1补偿方式的确定
补偿方式分集中补偿和就地补偿两种方式，就地补偿是将补偿设备安装在电动机处，优点是线路传输的电流小，因而节能效果好，但占地面积大，综合投资高，这是GB/T50265-97《泵站设计规范》推荐的补偿方式。笔者认为，泵站的大功率设备都集中在泵房内，相互距离较近，线路损耗较小，为降低工程造价，采用在泵房集中补偿较好。人们习惯将补偿设备装在主变10kV的电源侧，因为这样可以降低补偿电容的微法数，且只要补偿电容选择合适，就可满足供电部门对月平均功率因数的要求。但这种补偿方式使主变压器传输的无功电流变大，损耗增加。同时，由于补偿电容在高压侧，控制不便，所以应在变压器的低压侧补偿。并配以衡功率因数补偿控制器，实现随负荷的变化自动的改变补偿容量，使变压器传输的电流最小，达到节能降耗的目的。
3.2补偿容量的确定
补偿容量是否合适直接影响泵站的能耗。补偿容量应根据泵站补偿前和补偿后的功率因数计算。泵站的补偿功率因数由主变二次侧的计算负荷和在该负荷作用下变压器的损耗所决定。排灌站的有功和无功计算负荷分别为
Pzjs=Pjs+ΔPb
Qzjs=Qjs+ΔQb
在上式中，Pjs，Qjs分别为主变二次侧的有功和无功功率；ΔPb，QB分别为在计算功率作用下变压器的有功和无功损耗。排灌站在未补偿时的功率因数为
补偿后排灌站的功率因数为
补偿后功率因数为coshz2所需补偿容量为
Qc=Qzjs-Pzjstg（arccoshz2）（7）
3.3补偿容量的效益分析示例
某电力排灌站补偿以前的状况如2.4节所示。应用3.2节的方法，并考虑留有一定的裕度，选用最大补偿容量120kVar的J（F）3Z-24型自动控制静电屏。该屏具有自动控制补偿容量功能，总体价格约1.30万元。采用在低压侧补偿和该设备，使泵站的功率因数达到国家规定的要求后。每年可节省因站功率因数低于国家规定要求而多付的1.0万元电费，第二年即可收回投资。由此可见，安装无功补偿电容器且方式得当，经济效益显著。
4控制设备的选择
目前，电力泵站均由人工控制运行，劳动强度大，机组效率较低，影响了泵站的经济效益和社会效益。采用老式有触点电磁式继电器保护电气设备，使泵站可靠性较低。新建泵站应装设以电子计算机为核心的综合自动化系统，实现对排灌站的主机和辅助设备的自动控制，实现优化运行；对站用变电所、主机、各种阀门和闸门的电量和非电量的自动巡回检测和记录，并根据设定值进行越限报警；对站用变电所、线路、电动机等实现自动保护。
5结语
综上所述，排灌站主要起到负责农田灌溉与排水的作用，对我国农业的发展有着极为重要的作用。因此，为了完善排灌站的建设，我们需要重视其电气设备的配制工作，在不断研究分析的基础上，做好排灌站电气设备各方面的选择，以使其安全、经济、可靠、高效运行，从而为我国的农业发展带来帮助。
参考文献：
[1]赵才.浅谈水利排灌站电气施工技术[J].低碳世界.2014（01）.
[2]邬源江.水利排灌站电气工程施工技术要点分析[J].四川建材.2015（41）.