丹寨吊洞水庫供水工程一級泵站機(jī)組選型分析

□鄭錄艷 □白 曉

（1貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院 2四川大學(xué)水利水電學(xué)院）

1 揚程變幅較大的水泵選型方法

泵站揚程主要取決于上、下游水位差，而泵站出水池水位變化較小。進(jìn)水池若為水位變幅較大的水庫，則會出現(xiàn)泵站揚程變幅較大的情況。這種情況下水泵的型式選擇就遇到了無論哪一種水泵的性能曲線都不能涵蓋所有運行揚程、即使勉強(qiáng)涵蓋也會出現(xiàn)水泵效率不高、機(jī)組運行穩(wěn)定性差等情況。近年來在國家政策的大力支持下，貴州境內(nèi)開始擬建很多大、中型水利工程，在這些工程中大部分都需要設(shè)置提水泵站，且很多都是直接從水庫取水。于是出現(xiàn)了很多大流量、高揚程、揚程變幅較大的提水泵站。如何使這些水泵高效、穩(wěn)定的工作，機(jī)組形式及運行方式起了決定作用。文章對揚程變幅較大、流量大、揚程高而且泵站供水保證率較高的提水泵站水泵機(jī)組選型做出分析。

一般在遇到揚程變幅較大的情況下，可以有兩種方法來解決：一是選擇兩組揚程段的水泵，在運行過程中根據(jù)不同水庫水位情況來開啟相應(yīng)揚程范圍的那組泵；另外一種就是考慮水泵配套電機(jī)采用變頻方式運行，通過調(diào)整轉(zhuǎn)速來改變水泵的性能特性曲線，使水泵能在不同揚程段穩(wěn)定運行，且效率較高。

第一種方法必須設(shè)置兩組泵及附屬設(shè)備，機(jī)電、土建投資都會有較大的投資增加，而且兩組泵要隨水位變化做出及時的切換，對于泵站的自動化要求精度更高、運行管理工作量也增加很多。

第二種方法須對每臺電動機(jī)配備變頻器，電動機(jī)配套變頻器在水利行業(yè)的使用相對其他行業(yè)要滯后一些，成本偏高，所以一般只在變幅較大的提水泵站使用。在這種情況下既可省掉因分組設(shè)泵而增加的土建投資，又可以解決水泵因為變幅較大難以選水泵型號的問題。

2 吊洞水庫工程一級泵站水泵選型分析

2.1 工程概況

吊洞水庫主要功能是向丹寨縣、興仁鎮(zhèn)城鎮(zhèn)供水,同時解決0.13萬hm2的灌面。吊洞水庫工程是以城鎮(zhèn)和工業(yè)供水為主兼灌溉的一項綜合性水利工程。

工程建成后，P=95%縣城供水毛供水量為3285萬m3/a；P=80%灌溉用水量為580萬m3/a，灌溉面積達(dá)1333.33 hm2（田738 hm2，土595.33 hm2）；并下放環(huán)境水量788萬m3/a。壩型為碾壓混凝土拱壩。吊洞水庫調(diào)節(jié)性能為年調(diào)節(jié)，水庫校核洪水位744.25m，正常蓄水位為742m，相應(yīng)庫容為2020萬m3，最大壩高90m，總庫容2210萬m3。

為滿足供水要求，本工程供水流量1.56m3/s，一級泵站提水揚程范圍92.19～156.44m。

2.2 設(shè)計揚程的選擇

供水泵揚程范圍為92.19～156.44m,變幅達(dá)64.25m,占最大揚程的41%。泵站揚程變幅較大，可考慮使用水泵配套電機(jī)變頻運行或分組選泵的措施。但設(shè)置兩組泵及其附屬設(shè)備，機(jī)電、土建投資都會有較大的投資增加，而且兩組泵要隨水位變化做出及時的切換，對于泵站的自動化要求精度更高、運行管理工作量也增加很多。所以為了使水泵能夠穩(wěn)定運行，本泵站水泵電機(jī)采用變頻運行。

在設(shè)計揚程下，水泵轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速，流量為額定流量，電機(jī)頻率為50Hz。所謂調(diào)頻是為了在最大揚程到最小揚程之間保證水泵輸出設(shè)計流量下進(jìn)行調(diào)節(jié)，即在水泵及電機(jī)隨著揚程的減小，變頻器調(diào)節(jié)降低轉(zhuǎn)速，以保證設(shè)計流量輸出。對于變頻運行水泵機(jī)組，變頻宜從高揚程調(diào)至低揚程，以避免電機(jī)超頻運行,所以供水泵設(shè)計揚程取為156.44m。

2.3 機(jī)型選擇

從揚程、流量大小來看，本泵站可選用長軸深井泵或臥式離心泵兩種泵型，但根據(jù)對國內(nèi)（包含合資）廠家調(diào)研，深井泵并不適宜長期變頻運行，且本泵站井下深度也較大，水泵生產(chǎn)有一定難度，所以本泵站選擇水泵型式為臥式離心泵。

2.4 機(jī)組臺數(shù)及機(jī)型的確定

供水 2020年規(guī)劃為 2086萬 m3/a，2030年規(guī)劃為 3285萬m3/a；設(shè)計流量為1.56m3/s。供水泵選擇兩用一備，單臺機(jī)流量0.78m3/s,一臺機(jī)時年供水量為2465萬m3，能滿足近期供水需求。2030年后，開兩臺機(jī)能滿足遠(yuǎn)期用水規(guī)劃要求。滿足用水規(guī)劃近、遠(yuǎn)期要求。所以根據(jù)供水要求的揚程和流量，供水泵臺數(shù)為3臺（其中2臺工作，1臺備用）。臥式單級雙吸水平中開式離心清水泵滿足用水規(guī)劃近、遠(yuǎn)期要求。

電動機(jī)要求變頻運行，水泵變頻性能參數(shù)如表1。

表1 水泵性能參數(shù)表

由表1可看出，通過變頻運行，水泵在整個揚程范圍內(nèi)運行效率較高、輸出流量較為穩(wěn)定，隨著揚程降低、轉(zhuǎn)速降低，水泵所需軸功率也隨之在減小。雖然本泵站水泵配套電機(jī)為1800 kW，但在揚程較低時實際軸功率甚至不足1000 kW。可見變頻方式運行不僅可解決揚程變幅較大導(dǎo)致的水泵選型難的問題，而且可以使水泵在整個運行揚程范圍內(nèi)高效運行，減少泵站在今后運行的耗電量，起到了很好的節(jié)能效果。所以揚程變幅較大的提水泵站電動機(jī)變頻運行方式的采用越來越普遍。

3 結(jié)語

丹寨縣吊洞水庫工程一級提水泵站的水泵選型，選擇臥式單級雙吸水平中開離心泵，配套電動機(jī)運行方式采用變頻運行方式解決了揚程變幅較大無法選擇泵型的問題，使得泵站穩(wěn)定運行，同時在今后運行中能一直保持高效率運行，不僅節(jié)約了相當(dāng)可觀的運行費用，而且大幅降低能源消耗，起到了很好的節(jié)能效果。

[1]吳建華,郭天恩，相寶成.水位變幅較大的泵站運行研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報,1994(04).

[2]張雷.大變幅水位水源泵站取水方式及優(yōu)化運行研究[D].武漢大學(xué),2004.