淺談馮家山灌區(qū)槐原泵站技術(shù)改造

郭永吉 趙宏章

（1.寶雞市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院 陜西 寶雞 721000；2.寶雞市馮家山水庫管理局 陜西 寶雞 721300）

1 問題的提出

馮家山水庫灌區(qū)槐原泵站位于鳳翔縣尹家務(wù)鄉(xiāng)槐牛村，共設(shè)有三級(jí)抽水，三級(jí)累計(jì)總揚(yáng)程101.4m，安裝11臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)2570kW（一級(jí)4臺(tái)，裝機(jī)1360kW，二級(jí)4臺(tái)，裝機(jī)1000kW，三級(jí)3臺(tái)，裝機(jī)210kW）。

槐原一級(jí)泵站在馮家山水庫灌區(qū)總干渠樁號(hào)18+100處設(shè)閘引水，原設(shè)施灌溉面積5.45萬畝，本級(jí)灌溉面積0.42萬畝，設(shè)計(jì)引水流量2.12 m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程45.47 m。裝設(shè)四臺(tái)水泵機(jī)組，其中20Sh-9A型水泵3臺(tái)，配JSQ-1410-6型電機(jī) 380kW3臺(tái)，14Sh-13型水泵1臺(tái)，配套JS135.7-4型220kW電機(jī)1臺(tái)，總裝機(jī)功率1360kW。

泵站自1978年建成以來，已運(yùn)行30多年，對(duì)灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。而泵站在建設(shè)時(shí)期，由于受歷史條件限制，技術(shù)落后，主要機(jī)泵和電氣設(shè)備已屬淘汰產(chǎn)品。泵站自建成后一直擔(dān)負(fù)著灌溉任務(wù)，年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)組、電氣設(shè)備和工程設(shè)施老化失修嚴(yán)重，效率下降，能耗增加，效益降低，運(yùn)行和管理成本增加，自動(dòng)化水平較低，操作難度增大，監(jiān)測(cè)手段落后，事故率高。根據(jù)泵站安全鑒定結(jié)論及水利部復(fù)核意見，槐原一級(jí)泵站建筑物為四類，機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)為四類，泵站綜合評(píng)定為四類泵站，即為更新改造項(xiàng)目。

為了充分利用水資源，確保農(nóng)業(yè)增產(chǎn)農(nóng)民增收，依照上級(jí)主管部門的統(tǒng)一安排，陜西省水利廳以陜水規(guī)計(jì)發(fā)（2009）129號(hào)文對(duì)馮家山水庫灌區(qū)槐原一級(jí)泵站及其變電站更新改造工程初步設(shè)計(jì)進(jìn)行了批復(fù)。按照初步設(shè)計(jì)批復(fù)的內(nèi)容和要求，我們對(duì)槐原一級(jí)泵站進(jìn)行了技術(shù)改造，改造后經(jīng)試運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，取得了明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

2 技術(shù)改造措施

所謂的技術(shù)改造是指泵站因設(shè)施、設(shè)備技術(shù)升級(jí)等需要，利用技術(shù)手段進(jìn)行的一種綜合性改造措施。在技術(shù)改造上，我們主要采取了以下措施。

2.1 選用節(jié)能高效的水泵電機(jī)

根據(jù)泵站安全鑒定的結(jié)論和復(fù)核結(jié)果，槐原一級(jí)泵站機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)為四類。主水泵指標(biāo)水平明顯落后，屬國家淘汰產(chǎn)品，在本次改造選型時(shí)，我們立求做到在設(shè)計(jì)揚(yáng)程時(shí)，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)流量要求，且泵效率要高；在平均揚(yáng)程時(shí)，泵應(yīng)在高效區(qū)工作；在最高和最低揚(yáng)程時(shí)，泵應(yīng)能安全、穩(wěn)定運(yùn)行。通過主水泵工作范圍復(fù)核，選出了較為經(jīng)濟(jì)合理的20Sh—9A、14Sh—13兩種泵型。同時(shí)為了減少水泵葉輪磨損和腐蝕，我們要求制造廠家對(duì)葉輪進(jìn)行了改進(jìn)，如在葉輪表面噴涂高分子耐磨漆等，這樣不但能延長(zhǎng)葉輪壽命，也有利于水泵效率的提高。經(jīng)廠家在水泵出廠前檢測(cè)，20Sh—9A效率由制造前的74%提高到76%，14Sh—13效率由制造前的72%提高到80%。

電動(dòng)機(jī)是泵站的主要設(shè)備之一，電機(jī)選擇的正確與否將直接影響泵站裝置效率及泵站機(jī)組能否安全運(yùn)行。在泵站技術(shù)改造時(shí)，對(duì)電動(dòng)機(jī)的選型，我們按照相關(guān)要求，結(jié)合實(shí)際狀況，從類型上采用籠型三相異步電動(dòng)機(jī)；在Y系與J系列異步電動(dòng)機(jī)同等時(shí)，選用比較超前的Y系列異步電動(dòng)機(jī)；電機(jī)底座要求由鋼板焊接成箱式結(jié)構(gòu)；外殼防護(hù)等級(jí)為IP23，定子采用F絕緣和外壓裝工藝，使其具有良好的絕緣性能和防潮能力；改電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)由原6kV為10kV，機(jī)組采用全電壓直接起動(dòng)方式；經(jīng)過考察、分析與比較，最后我們選用了Y4505—6、Y4001—4三相異步電動(dòng)機(jī)。

通過實(shí)際運(yùn)行觀察，該電機(jī)美觀大方，體積小，重量輕，噪聲低，振動(dòng)小，防護(hù)性能好；經(jīng)改造10kVF級(jí)絕緣后，它還具有良好的防潮、抗老化、耐熱性能，運(yùn)行安全可靠，在延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)使用壽命方面效果顯著。

2.2 改造進(jìn)水前池

原進(jìn)水前池為上世紀(jì)七十年代所建的漿砌石護(hù)面防滲，經(jīng)過三十多年的運(yùn)行，池壁剝蝕風(fēng)化嚴(yán)重，多處裂縫滲漏，在非灌溉季節(jié)池內(nèi)積水，使廠房?jī)?nèi)機(jī)坑滲水，機(jī)組受潮；特別是進(jìn)水前池長(zhǎng)寬比不協(xié)調(diào)，擴(kuò)散角偏大，擴(kuò)散角大約為70°，導(dǎo)致水流不順暢，水流條件差，使前池內(nèi)水流易產(chǎn)生旋渦。針對(duì)此類問題，我們采取具體問題，綜合分析，分類處理的辦法進(jìn)行。為防止進(jìn)水前池入滲廠房基礎(chǔ)，除對(duì)機(jī)房基礎(chǔ)與防水墻基礎(chǔ)分建，二者互不影響外，還對(duì)進(jìn)水前池側(cè)墻內(nèi)壁掛鋼筋網(wǎng)片，用100mm厚C20細(xì)石砼澆筑；砼澆筑完成后，表面采用1∶2防水水泥砂漿抹面，伸縮縫利用新型材料P—PTN填充。為滿足水流順暢，流速均勻，按照泵站設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)進(jìn)水前池采用正向進(jìn)水方式，擴(kuò)散角控制在40°以內(nèi)，通過實(shí)際運(yùn)用，既達(dá)到了防滲要求，又改變了池內(nèi)水力條件。

2.3 方案設(shè)計(jì)優(yōu)化

槐原35kV變電站兩臺(tái)主變壓器（總?cè)萘?500kVA）10kV低壓側(cè)原匯流干線為架空裸露的鋁排進(jìn)入高壓開關(guān)室，布線混亂、架設(shè)高度低，容易造成事故的機(jī)會(huì)多，安全運(yùn)行可靠性差，鑒于該變電站位置重要、規(guī)模較大的特點(diǎn)，我們按照實(shí)際運(yùn)行方式，經(jīng)過合理的優(yōu)化，改匯流干線架空裸露的鋁排為動(dòng)力電纜地埋纜溝敷設(shè)。這樣既確保了院內(nèi)整潔、美觀，又提高了變電站運(yùn)行安全的可靠性，也達(dá)到了接線簡(jiǎn)單可靠，操作檢修方便，節(jié)約投資之目的。

在槐原一級(jí)泵站設(shè)計(jì)改造中，10kV高壓電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閘閥、電液蝶閥等設(shè)備動(dòng)力電纜均為地埋纜溝敷設(shè)。這樣纜溝與廠房?jī)?nèi)進(jìn)水、出水管道發(fā)生交叉，纜溝占據(jù)空間減小，電纜敷設(shè)難度增大，若長(zhǎng)期運(yùn)行電纜受潮，泵站運(yùn)行的安全、可靠性將受到影響，為此，根據(jù)工程實(shí)際情況，改地埋纜溝支架敷設(shè)動(dòng)力電纜為懸挑板支架安設(shè)動(dòng)力電纜。他不但解決了動(dòng)力電纜敷設(shè)與廠房?jī)?nèi)進(jìn)出水管道交叉難敷設(shè)的矛盾，又使廠房?jī)?nèi)機(jī)坑空間利用率增大。

2.4 吸水管加裝嗽叭口

泵站吸水管路進(jìn)口有無喇叭口，對(duì)提高泵站管路的運(yùn)行效率有著重要作用。由管路局部阻力系數(shù)值可知，吸水管路無喇叭口時(shí)，進(jìn)口阻力系數(shù)為0.5，有喇叭口時(shí)阻力系數(shù)為0.2。顯然吸水管路進(jìn)口安裝喇叭口以后，可以減少管路的局部水頭損失。在本次槐原一級(jí)站改造過程中，我們吸取以往泵站一直無喇叭口運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在安裝進(jìn)水管路時(shí)，加裝了吸水管嗽叭口，達(dá)到了減少管路局部水頭損失之目的，取得了比較好的經(jīng)濟(jì)效果。

2.5 提高水泵電機(jī)的安裝精度

水泵與電機(jī)的同心度是否符合安裝精度要求，是影響泵站機(jī)械傳動(dòng)效率和機(jī)泵安全運(yùn)行的重要困素。原一級(jí)泵站機(jī)組安裝于上世紀(jì)七十年代后期，由于受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，使水泵與電機(jī)的同心度超出允許誤差范圍，機(jī)組運(yùn)行時(shí)不平穩(wěn)、易產(chǎn)生震動(dòng)。在本次改造過程中，我們根據(jù)制造廠家的產(chǎn)品說明書，從水泵縱橫中心線找正、水平找正、標(biāo)高找正等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)著手，嚴(yán)格控制設(shè)備安裝技術(shù)指標(biāo)，并將其安裝指標(biāo)在實(shí)際施工中提高一個(gè)等級(jí)。經(jīng)安裝檢測(cè)，水泵主軸的水平誤差未超過0.3mm/m，在水泵與電機(jī)找正同心度的情況下，軸向間隙誤差控制在0.1mm，徑向間隙誤差控制在0.05mm以內(nèi)；水泵與電機(jī)聯(lián)軸器間隙誤差控制在4mm以內(nèi)；通過機(jī)組實(shí)際試運(yùn)行情況來看，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，無震動(dòng)，機(jī)組基礎(chǔ)牢固，無裂紋，符合規(guī)范，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2.6 增設(shè)泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

泵站自動(dòng)化系統(tǒng)是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、故障診斷技術(shù)、冗余技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)融為一體的系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)全泵站的主要設(shè)備和輸、配電線路的動(dòng)態(tài)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度通信和視頻監(jiān)控等綜合自動(dòng)化功能的自動(dòng)化系統(tǒng)。按照泵站更新改造相關(guān)技術(shù)要求，并結(jié)合工程實(shí)際情況，我們?cè)诨痹冸娬竞突痹患?jí)泵站技術(shù)改造中，新增設(shè)了泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)由兩大部分組成。即泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)：包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)；變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)：包括變壓器保護(hù)系統(tǒng)、線路保護(hù)系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、工業(yè)視頻系統(tǒng)。

泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由站級(jí)計(jì)算機(jī)層（主控級(jí)）和現(xiàn)地控制單元層（LCU）組成。LCU既作為全站監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制層，向泵站級(jí)上行發(fā)送采集的各種數(shù)據(jù)和事件信息，接受泵站級(jí)的下行命令對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，又能脫離泵站主控級(jí)獨(dú)立工作。因此，在系統(tǒng)總體功能上分配上，數(shù)據(jù)采集和控制操作的主要功能均由LCU完成，其它的功能如全站運(yùn)行監(jiān)視、事件報(bào)警、統(tǒng)計(jì)記錄及與外系統(tǒng)通訊等功能則由主控級(jí)完成。

通過實(shí)際試運(yùn)行，泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不僅能夠保證泵站可靠地運(yùn)行，而且能夠使工作效率得到明顯提高，勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕，降低泵站的運(yùn)行成本，全面提高泵站的管理水平。

3 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

通過實(shí)施泵站技術(shù)改造工作，將體會(huì)總結(jié)如下：

（1）合理的設(shè)計(jì)是保證泵站高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是節(jié)約工程修建費(fèi)用的關(guān)鍵措施。今后應(yīng)十分重視前期設(shè)計(jì)工作，堅(jiān)決杜絕邊設(shè)計(jì)、邊施工的現(xiàn)象。

（2）確保設(shè)備安裝質(zhì)量是泵站安全運(yùn)行的前提，否則將會(huì)給泵站的管理和安全運(yùn)行造成很多不必要的麻煩，甚至返工。

（3）堅(jiān)持定期檢查、維修、保養(yǎng)機(jī)電設(shè)備是提高泵站設(shè)備完好率的重要手段。管理單位應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)備的維修、保養(yǎng)工作，使之制度化、經(jīng)?；?。陜西水利