采用地下水的自来水厂,水源井一般都距离水厂比较远,分布比较分散,因此,给水源井供电的线路就比较长,对于中小型水厂来说,对水源井的供电方案可以采用低压0. 38kV供电,也可以采用高压10kV供电,供电方案可针对水源井的数量、分布状况进行方案比较,选择适合水厂合理运行的供电方案。
敦煌市自来水厂是一个4万t/日生产能力的中小型水厂,水源为地下水,水厂扩建后水源地共有水源深井20眼,井间距250m,分布于市区西南侧党河的两岸,单井水泵配套电动机功率为13kW,在水厂扩建以前,水源地井的供电全部采用低压0. 38kV供电,扩建后水源井全部采用了高压10kV供电方案。现就敦煌市自来水厂10kV水源地供电方案的效益进行一个分析评价。
如果水厂扩建后仍按低压供电,可拟供电方案,如图1所示,把党河两岸的水源井分成两组,东岸设置1台160kVA变压器在负荷中段,西岸设置1台160kVA变压器在负荷中段,以0. 38kV电压分别向两岸的水源井供电,导线截面为35mm2,每侧线路长度为2. 5km。
实际现用的供电方案,如图2所示,水厂高压10kV直接送往各水源井,然后在每个水源井就地设置20kVA, 10/0. 4kV变压器,给水源井供电,导线截面为25mm2。
1 生产效益
对于低压供电方案。一是维护量较大,低压线路杆距较小,布杆较密,各种电器元件较多,而且线路中电流大,导线、元件都易老化,因此,正常维护投入人力多,维护费用高。二是电压质量差,低压线路电压损失特别大,按照0. 38kV线路电压损失计算公式:Δu%=MCS式中:M———负荷矩;S———导线截面;C———电压损失常数(铝导线三相四线制为50)。
算得各水源井电压损失,见表1,三分之一以上的水源井电压降超过了5%,电压损失太大,距离变压器最远的水源井电压仅为0. 348kV,已不能符合水源井正常运行的要求。
因此,低压供电电压质量不能保证,一方面低压运行造成泵组效率大幅下降,设备寿命减少,另一方面,按照现在水厂自动化运行程序,电压过低会造成经常性的自动跳闸,直接影响水厂的供水保证率。
另外,低压方案受线路长度的局限,再继续增加水源井,在这个线路上几乎没有可能。对于高压方案,它的布杆少,电器元辅件少,线路电流小,线路维护量远远小于低压线路,最大的优点是线路的电压损失非常小,不会出现因电压过低经常跳闸的情况,这对于要求连续不间断供水的自来水厂来说是至关重要的。而且水源地继续增加水源井,对电源来说没有任何影响。
2 经济效益
两种方案的经济效益可以从线路的投资成本和电能损耗两个方面进行比较。
2.1 投资成本比较
由于两种方案中水源井的启动控制和检测均采用无线遥控自动完成,所以比较中不涉及控制线路。在线路投资中,线径为35mm2低压0. 38kV架空线路在当地预算投资每km约为8. 3万元,线径为25mm2的高压10kV架空线路的预算投资每km约为8万元,从图1、2中看,两种方案的线路长度差别不大,因此,架空线路投资费用几乎没有什么区别,而变压器的投资费用差别就比较大,低压方案中的160kVA变压器,每台约为2. 25万元, 2台4. 5万元,高压方案中的20kVA变压器每台约为0. 6万元, 20台12万元。高压方案投入比低压方案投入高出7. 5万元。
2.2 电能损耗比较
1)在线路的运行中,低压方案线路的电能损耗按公式:
ΔA=m×n×Imax×Rpj×Fpj×kpj×t×10-3
式中:m———同相别、同容量变压器台数,为2;
n———低压导线根数,为3(零线偶然过电,可以不计);
Imax———低压线路首端最大电流,由于扩建前后单井水泵功率均为13kW,经查扩建前低压运行记录计算所得该线路首端最大电流为154A;
Rpj———各低压台区电阻平均值,截面35mm2的导线,每km电阻r为0. 854Ω,低压线路长度L为2. 5km,台区向两侧供电的,Rpj应除以4,则Rpj=0. 54Ω/h;
Fpj———各低压以区损失因数平均值,动力为0.4;
kpj———各台区负荷分散因数平均值,均匀分布为0.33;
t———年运行小时,为8760h。
算得△A=2×3×154×154×0. 54×0. 4×0. 33×8760×0. 001=88851kwh
2)160kVA变压器年电能损耗按公式:
ΔW=P0×t+PK×β2×τ
式中:P0———空载损耗,为0. 4kW /h;
t———年运行小时, 8760h;
Pk———负载损耗,为2. 2kW /h;
β———变压器平均负荷系数,三班制企业为75%;
τ———年最大负荷损耗时间,为5500h。
算得△W=0. 4×8760+2. 2×0. 75×0. 75×5500=10310kWh
2台变压器年损耗为20620kWh。低压供电方案年总的电能损耗为109471kWh。
3)高压供电方案线路的电能损耗
由于线路电流特别小,按公式计算损耗可以忽略不计。
高压供电方案中20kVA变压器的P0为0. 1kW /h,Pk为0. 5kW /h,单台变压器损耗按公式计算为:
△W=0. 1×8760+0. 5×0. 75×0. 75×5500=2423kWh
20台变压器年损耗为48460kWh。
从以上损耗电能结果来看,低压供电方案比高压供电方案1年多损耗电能6. 1万度,按当地工业电价0. 727元/度,低压供电方案1年多耗电费4. 4万元,虽然高压供电方案投资比低压供电方案多出7. 5万元,但运行不到2年即可补回多出的投资,相对低压供电方案2年后每年可节省电费4. 4万元。
3 社会效益
水厂水源地两种供电方案的社会效益可以从两个方面进行比较。
一方面,作为水厂,是为城市人民生产生活和城市发展供水的生产单位,水厂的安全可靠连续供水是第一位的,尤其是敦煌市,作为一个国际旅游城市,保障城市供水更显得非常重要,而水厂运行的可靠保证主要是取决于供电的可靠程度,如果水源地采用低压供电方案其电压损失过大,水源井电压不能达到正常运行要求,设备长期过流、元器件易损,导致跳闸频繁,严重影响水厂的可靠运行。而高压供电则电压质量保证,几乎不存在因电压过低跳闸的情况,可靠性高,保证了水厂的连续运行。就能为全市人民生产生活和城市发展用水提供可靠保障。另一方面,国家大力推行节能减排,水厂水源井低压供电方案,电能损失太大,而高压供电方案能够大量减少电能损耗,符合国家的节能政策。
4 结语
综上所述,采用地下水的中小型自来水厂水源地的供电方案采用高压方案,电压质量好、运行可靠、维护量少、生产保证率高、线路电能损耗低、长期运行节约电能、节省电费、利国、利民、利于企业生产经营,所以采用地下水的中小型水厂,如果水源井比较分散,距离较远,高压供电方案应该是这类水厂水源地供电的首选方案。
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