农业水利泵站监测信息系统及其泵站节能探讨

郝相永

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 白银 730400）

农业经济是保证社会安定的基础，更是国民粮食安全的重要保障。水是农作物生长过程中最重要的资源之一，农业水利泵站建设的主要目标就是为我国的农业种植活动提供良好的水资源。农业水利泵站是水利工程的重要组成部分，其主要作用是通过将水资源进行加压处理，进而实现供水和输水的目的。现阶段，我国大部分农业水利泵站运行效率低下且能源浪费严重，给国民经济的高速增长带来了负面影响。因此，深入探讨农业水利泵站如何节能运行、降低能耗以及提高运行效率对农业水利泵站的运行管理具有重大意义。农业水利泵站监测信息系统是加强农业水利泵站节能的有效手段，不仅实现了对泵站的实时监测，还能提高泵站的能量利用率，因此开展农业水利泵站监测信息系统的研究很有必要。

1 农业水利泵站监测信息系统以及泵站运转原理

1.1 农业水利泵站监测信息系统

随着信息化技术与智能化装备行业的快速发展，农业水利泵站监测信息系统应运而生[1]。在我国，农业水利泵站运转的主要供应能源是电能，所以建立的农业水利泵站监测信息系统的主要监测目标就是对电能的使用量进行控制。针对电能能源特点，结合农业水利泵站的运作原理，使用真空绝缘测试设备、大数据技术、优化数学模型和计算机算法等手段建立起农业水利泵站监测信息系统，并通过该系统实现对农业水利泵站电能的全面监测。同时，可以通过该系统探究农业水利泵站运转的机械原理以及对传统农业水利泵站的能量转化率，为提高农业水利泵站节能效果提供数据支撑，助推我国节能减排工作目标的实现[2]。

1.2 农业水利泵站的组成

常见的农业水利泵站组成包括管道、进水建筑物、出水建筑物、变电站建筑设备、动力装置、水传送设备、取水设备以及水泵房等[3]。本文主要研究农业水利泵站变电站设备、水泵房、动力装置三部分的节能措施，其他暂不做研究。

1.3 农业水利泵站的运转原理

农业水利泵站运转原理是对水资源进行加压处理，然后传送至供水系统中，以满足不同地区的需水要求。从能量转化的角度来说，就是将水泵使用的电能转化为推动水泵运转的机械能，当水资源的势能增加到一定程度以后便能够实现远距离的传送。农业水利泵站的运转过程实质上是水资源通过进水建筑物，在水泵的作用下传送至管道中，最后经过管道完成对农作物的浇灌的过程。

2 优化农业水利泵站节能效果的具体措施

2.1 实施区域灌溉

在传统的农业水利泵站运转过程中，长时间供水是其主要的工作特点，通过管道运输的方式将水送到农业灌溉区，并由农业灌溉区实现对水资源的合理控制[4]。因此，根据泵站的运转模式与地区特点，可以采取区域灌溉的策略，定时、定期地对农业灌溉区进行区域化灌溉。通常情况下，同一个区域的农作物面临的气候条件和土地状态是相近的，所以对同一个区域进行灌溉既能够充分发挥水资源的优势，还能够降低农业水利泵站的能量消耗。然而，区域灌溉策略的顺利开展需要依托当地农业用地的使用面积和灌溉范围。比如，在对某地进行农业灌溉时，可以根据当地的实际地形状态和实际土地区划，将其设计成5个区域，保证每个区域的天气条件和土地条件接近。在设计合理的前提条件下，采取区域灌溉策略对每个区域进行定期、定时浇灌，这样不仅能显著提高电能的使用效率，也能够保证对农作物的浇灌质量，提高农业水利泵站的节能效果。区域灌溉策略的优势在于缩短泵站的运转时长，减少电能消耗，节约成本支出。

2.2 充分利用地形设计进出水建筑

很多地区的农业水利泵站浪费的电能比较多，是因为当地的水利工程设施设计不是很合理。如果进水建筑高于出水建筑，那么平时使用的电能就会相对较低；如果进水建筑低于出水建筑，那么平时使用的电能就会相对较高。由于水资源具有流动性，如果在设计农业水利泵站时能够充分发挥出其流动性的自然优势，就能够降低输水过程中的电能消耗。

首先，针对未建的农业水利泵站，应根据当地的地形、地貌科学地设计进水建筑物和出水建筑物。在设计过程中，应该将出水建筑物设计得低于进水建筑物，让水资源在重力势能的作用下自动进入进水建筑物，并通过水泵进入出水建筑物[5]。而在此过程中，水泵只需要基础的加压与加速工作即可完成水资源的输送，降低了水泵使用过程中的电能消耗，进而实现节能目的。其次，针对已经建设完成的农业水利泵站，可以通过使用良好的管道设计来降低能量的消耗。比如通过优化进水管道设计来降低能量消耗，或优化出水管道设计，在保证水压的基础上降低电能消耗[6]。当然，最优的方式是将优化管道设计和进出水建筑设计结合起来，这样更能充分降低对电能的消耗。最后，针对已经建好的农业水利泵站，利用现有的进水建筑和出水建筑改造以实现良好的节能目标。

2.3 多个泵站联合运转

在降低农业水利泵站能源使用消耗量的基础上，采取多泵站联合运转的方式降低能耗。首先，一个农业水利泵站的运转是有极限的，在最大功率情况下能够供给的水资源有限，但是多个泵站联合使用，能够在低功率的条件下实现相对较好的供水效果和较大的供水面积目标。在落实多泵站联合运转工作的过程中，相关工作人员要检测设备功率与供水状态，保证多个农业水利泵站低功率运转与单一农业水利泵站大功率运转的能耗接近预定标准，再根据此标准确定多个设备低功率运转供水的面积和水量。在测量完这两个标准以后，设计多农业水利泵站联合运转的模型计划，通过这种方式保证低能耗状态下更多水量和更大面积的供水效果，同时能够有效降低农业水利泵站的用电量，降低能源消耗。此外，相关技术人员还要根据当地的实际情况，选择市场中较为可靠的传感器来对泵站流量与泵站运行过程中的耗能进行监测，结合检测数据，利用计算机构建计算模型，通过应用算法，寻找适合泵站流量的最佳能源供应计划，进而保证多个泵站联合运转能够实现节能的目标，并满足我国节能减排工作的各种要求[7]。在多个泵站联合运转之后，设计人员以及泵站管理人员需要对运转过程中泵站的运转效率、目标值以及节能效果进行数据记录。

2.4 使用新型的水泵设备，制定定期巡检计划

在新型水泵设备的使用过程中，工作人员要合理地规划定期巡检计划，保证能耗控制在合理水平范围内。随着我国高新技术的不断发展，越来越多成熟的技术能够被应用在农业水利泵站的运转过程中。现阶段，有很多新型的节能水泵能够实现良好的灌溉效果。所以，在泵站的设计和建设过程中，可以选用节能效果良好的农业水泵设备，以最低的电能消耗实现更佳的灌溉效果[8]。同时，可以制定定期巡检计划，对现有的水泵设备和运转过程进行检查。如果水泵设备出现故障，或者是运转过程中出现管道腐蚀等现象，会增加水泵设备的压力，并加快水泵设备的电能消耗。因此，制定定期的巡检制度，可以保证现有农业水利泵站能够正常运转，也能够降低能耗，推动节能减排工作的落实。比如，在实际泵站建设过程中，能够变频潜水泵，利用变频调速技术来实现良好的节能目标。变频调速水泵主要是利用变频器来实现良好的水泵转速控制，并结合实际的泵站流量特点控制能源的使用情况。其中，变频器主要是利用电力半导体器件的通断作用来将工频电源转换为另一频率的电能控制装置，能够实现对交流异步电机的软启动和变频，进而提高运转的精度，改变功率因数。同时，异步电动机的变频调速主要是依靠改变定子的供电频率来改变内部旋转磁场的同步转速，从而实现改变转子转速的目标，所以不会产生任何附加的损耗，这样也能在一定程度上实现节能的目标和效果，这是一种相对理想的调速方法。因此，在水泵动力驱动的过程中，可以使用变频器来对水泵功率进行调节，在不需要水泵使用强动力驱动时，也可以使用变频器来降低水泵功率，以实现节能的目标。

2.5 完善的供电设计

完善的供电设计能有效地减少泵站运转过程中的能源损耗，进而能够对实现节能控制目标起到促进作用。因此，泵站运维管理人员应该重视供电设计的科学性以及合理性。例如，能够使用目标电耗控制技术来进行供电设计。目标电耗控制技术是指通过对农业水利泵站供水系统中压力、流量以及温度等参数进行系统管控，获得系统输出单位的电耗最低值，进而制定出专项可行的水泵运行监管以及调速措施[9]。同时，借助变频装置来满足不同电荷运行期间的各种要求，如果变频装置的频率达到50 Hz，那么应该在水泵变频器随机运行的过程中对工频以及变频进行切换。在实际应用目标电耗技术的过程中，首先要使用先进的检测软件，通过软件以及设备对农业水利泵站中的水泵运行特征曲线进行拟合处理，计算得到农业水利泵站运行过程中的实际功率、流量、设置功率、效率以及流量值等数据。同时，技术人员应该结合水泵生产厂家提供的电机运行效率以及电负荷量实际技术数值来对变频器的功率进行调整。根据目标电耗控制原理，选择不同水泵组合方式，对农业水利泵站节能情况进行系统分析。具体来说，应该要求农业水利泵站以全定速、一定一变和全变速3种方式运行。在农业水利泵站全定速工频运行的过程中，需要技术人员计算水泵在不同流量下的功率和效率，结合电机运行效率和水泵效率来确定系统工作水平。在水利泵站一定一变运行的过程中，要求一台水泵进行工作，其余水泵使用定频工作，并计算出需要的单位电耗量。最后在全变速的农业水利泵站运行过程中，计算出相应的电耗量。为了确保目标电耗优化改造结果研究工作的顺利开展，应该就改造后的农业水利泵站能源消耗和原有能源消耗进行比较，如果发现水泵运行在偏离高效区的小流量区间中节能效果下降，技术人员应该注意不能将额定转数控制在50转以内，在系统最低流量仍低于定速运转要求时，应该选择组合节能手段来实现节能目标。

2.6 积极使用新能源

随着我国科学技术的发展和进步，我国新能源开发和利用工作已经逐渐缓解了我国能源紧缺的现状。因此，为了充分保证农业水利泵站的运行效果和节能目标，农业水利泵站的运管人员应该积极使用新能源以降低泵站运转的能耗，促进节能目标的实现。充分利用农业水利泵站的优势，在条件允许的范围内，充分利用水资源优势来实现水资源的发电和能源利用，进而实现电能的自给自足。而针对水资源优势较小的农业水利泵站，就需要结合当地光照、气候等自然条件发展风力发电或者太阳能发电等节能模式，最大程度地满足农业水利泵站的用电需求[10]。如果在实际应用新能源的过程中出现电能不稳定或者电力资源不能充分满足实际用电需求的情况，可以将新能源电能运用在农业水利泵站的运转电能系统的小系统中，例如只实现光照目标，通过这种方式来切实提高节能效果。对于应用新能源而产生过量电能的现象，可将其转给国家用电机构，进而增加农业水利泵站的经济效益，提高农业水利泵站运行水平和质量。

3 结语

综上所述，农业水利泵站是保护我国农业健康发展的重要组成部分之一，但由于其能源消耗较大，需要对农业水利泵站节能效果进行优化和改革。在不影响农业经济发展的基础上，通过实施区域灌溉策略、充分利用地形设计进水和出水建筑、多个泵站联合运转、使用新型水泵设备、制定定期巡检计划、落实良好的供电设计、积极使用新能源等方式来降低农业水利泵站的能耗，并充分推动我国节能减排工作的落实和开展。