簡(jiǎn)析揚(yáng)程變幅大的供水泵站設(shè)備優(yōu)選配置

□黃正財(cái)（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

1 工程概況

德江縣觀音灘水庫(kù)位于貴州省銅仁地區(qū)德江縣龍泉鄉(xiāng)馬蹄河上游河段。建成后將成為德江縣城供水的一座骨干水源工程，基本解決2030年以前德江縣城的供水問(wèn)題。觀音灘水庫(kù)總庫(kù)容3651萬(wàn)m3，壩址以上流域面積81.80 km2，多年平均流量1.94m3/s，多年平均年徑流量6114萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)正常蓄水位511.00m，相應(yīng)庫(kù)容2917萬(wàn)m3，死水位482.00m，相應(yīng)庫(kù)容211萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容2706萬(wàn)m3。主要樞紐建筑物有大壩、溢洪道、放空隧洞、取水管、泵站、出水管線及高位水池等，大壩為面板堆石壩，壩頂高程516m，壩軸線長(zhǎng)207.852m，壩頂寬8m，底寬155m，最大壩高57m。向德江縣城年供水總量3630萬(wàn)m3，最大引用流量1.50m3/s。提水泵站布置于壩后，水泵進(jìn)口通過(guò)取水管在庫(kù)內(nèi)取水，水泵出口經(jīng)輸水總管提水至EL.527m高程的高位水池后，自流至水廠。

2 水文及水能資料

水文資料：上游：死水位482.00m，正常蓄水位511.00m，多年平均庫(kù)水位505.35m，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位513.57m（P=2%），水庫(kù)校核洪水位514.84m（P=0.1%）；下游：設(shè)計(jì)下游洪水位：467.68m（P=2%），設(shè)計(jì)下游校核洪水位469.66m（P=0.1%）。

泵站進(jìn)水池水位：最高運(yùn)行水位513.57m，最低運(yùn)行水位482.00m；出水池水位：最高運(yùn)行水位527.00m，最低運(yùn)行水位523.00m。

輸水管道水力損失：4m（含泵站內(nèi)各閥門及管道水力損失）最大揚(yáng)程：49.00m；最小揚(yáng)程：13.43m；平均揚(yáng)程:23.65m泵站設(shè)計(jì)流量：1.50m3/s

3 取水方案選擇

為充分利用水能，該泵站從庫(kù)內(nèi)有壓取水，受水庫(kù)水位變幅影響，凈揚(yáng)程范圍為13.43~49.00m，最大揚(yáng)程與最小揚(yáng)程的比值，即Hmax/Hmin=3.65，范圍太大，經(jīng)過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外水泵生產(chǎn)廠家，目前生產(chǎn)的水泵均無(wú)法覆蓋如此大的揚(yáng)程范圍。針對(duì)這一難題可以考慮2個(gè)方案。

方案一：在水庫(kù)校核洪水位至死水位之間分兩層取水，按照兩個(gè)揚(yáng)程范圍選擇兩種不同水泵，運(yùn)行期按水庫(kù)水位進(jìn)行水泵運(yùn)行調(diào)度，以滿足供水要求。

方案二：采取對(duì)水泵進(jìn)行變頻調(diào)速措施以滿足工程供水要求。

經(jīng)分析，方案一在水庫(kù)分層取水，勢(shì)必設(shè)置兩個(gè)取水口、兩套取水系統(tǒng)、兩套不同水泵及電氣控制設(shè)備，泵房尺寸也將增加，工程土建及設(shè)備投資均增加較大。方案二有2個(gè)方面優(yōu)勢(shì)：一是土建及機(jī)電設(shè)備投資少；二是對(duì)水泵機(jī)組變頻調(diào)速，可以保證在不同揚(yáng)程下輸出恒定設(shè)計(jì)流量，降低了運(yùn)行成本，達(dá)到節(jié)能目的。

4 變頻運(yùn)行方式下水泵設(shè)備選擇

4.1 全揚(yáng)程范圍變頻

該泵站主要功能為城鎮(zhèn)供水，設(shè)計(jì)總流量為1.50m3/s，設(shè)計(jì)揚(yáng)程按49.00m，流量不大，揚(yáng)程不高，制造難度不大。對(duì)于機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇，考慮單機(jī)設(shè)計(jì)流量盡可能大，以減少機(jī)組臺(tái)數(shù)，減少?gòu)S房尺寸、機(jī)組造價(jià)和檢修運(yùn)行維護(hù)工作量?，F(xiàn)階段考慮工作泵2臺(tái)，單泵流量為0.75m3/s，另設(shè)備用泵1臺(tái)。經(jīng)選型，所選水泵變頻性能參數(shù)如下表：

表1 水泵參數(shù)表（水泵型號(hào)：RDLO400-525B）

從表1可知，水泵在變頻調(diào)速措施下，能滿足13.43～49.00m的全揚(yáng)程范圍，但隨著水泵轉(zhuǎn)速的降低，水泵效率隨之降低，在最小揚(yáng)程13.43m的工況下，效率僅能達(dá)到68%。根據(jù)運(yùn)行期該水庫(kù)庫(kù)水位出現(xiàn)頻率表可以看出，水泵長(zhǎng)期運(yùn)行在低揚(yáng)程段，采取全揚(yáng)程變頻將因長(zhǎng)期處于低效率下，節(jié)能效果不明顯，運(yùn)行成本較高。

4.2 區(qū)域變頻結(jié)合流量補(bǔ)給

根據(jù)4.1節(jié)中分析，全揚(yáng)程范圍內(nèi)變頻保證不了水泵在低揚(yáng)程段內(nèi)運(yùn)行處于高效區(qū)，此時(shí)可以考慮降低設(shè)計(jì)揚(yáng)程進(jìn)行選泵，根據(jù)表2“觀音灘水庫(kù)運(yùn)行期庫(kù)水位出現(xiàn)頻率表”可以看出，水泵長(zhǎng)期（95%出現(xiàn)幾率）運(yùn)行于揚(yáng)程（凈）34.50m到最小揚(yáng)程（凈）13.43m之間，可以考慮變頻調(diào)速裝置在此范圍內(nèi)進(jìn)行變頻調(diào)速，在變頻范圍內(nèi)水泵出水流量為設(shè)計(jì)流量，按34.50m作為設(shè)計(jì)揚(yáng)程進(jìn)行水泵機(jī)組選型。所選水泵變頻性能參數(shù)如表3。

表2 觀音灘水庫(kù)運(yùn)行期庫(kù)水位出現(xiàn)頻率表

表3 水泵變頻性能參數(shù)表（水泵型號(hào)：RDLV500-640A1）

從表3可以得知，水泵在34.50~13.43m內(nèi)變頻，轉(zhuǎn)速?gòu)?90 r/min降至775 r/min，效率從89.30%降至81.50%，均處于高效區(qū)，并保證了設(shè)計(jì)流量的穩(wěn)定輸出。但當(dāng)水泵處于34.60~49.00m（出現(xiàn)幾率5%）時(shí)，水泵流量輸出將小于設(shè)計(jì)流量，由于該工程為城鎮(zhèn)供水水源工程，供水要求高，此時(shí)可考慮備用泵啟動(dòng)補(bǔ)給流量。但在最大揚(yáng)程至設(shè)計(jì)揚(yáng)程之間（5%出現(xiàn)幾率）時(shí)流量不能滿足供水要求，最大揚(yáng)程49m下流量輸出僅為0.32m3/s，此時(shí)考慮備用泵投入工作補(bǔ)給流量，以滿足供水要求。備用泵的選擇原則是：第一，以最大揚(yáng)程49m為設(shè)計(jì)揚(yáng)程，在設(shè)計(jì)揚(yáng)程下輸出0.75m3/s流量，參與應(yīng)急供水；第二，該泵通過(guò)變頻調(diào)速措施覆蓋49~13.43m全揚(yáng)程，并輸出額定流量0.75m3/s，且在全揚(yáng)程范圍內(nèi)均能穩(wěn)定運(yùn)行，能滿足作為工作泵檢修時(shí)的備用功能要求。

根據(jù)以上原則，可選RDLO400-525B型水泵為備用泵機(jī)型，該泵能滿足上述備用泵的選擇原則，運(yùn)行工況較好，水泵的運(yùn)行特性優(yōu)良。

5 優(yōu)選配置方案

根據(jù)以上分析，該工程供水泵站水泵機(jī)組最佳優(yōu)選配置為部分揚(yáng)程變頻結(jié)合備用泵流量補(bǔ)給的方式。此方式將減少土建及機(jī)電設(shè)備投資，保證穩(wěn)定流量輸出，減少高位水池棄水，節(jié)約提水電量，工程性節(jié)能效果明顯。該泵站水泵機(jī)組主要參數(shù)：（1）工作泵：臺(tái)數(shù)為2臺(tái)；型號(hào)RDL500-640A1；設(shè)計(jì)揚(yáng)程34.50m；額定流量0.75m3/s；額定轉(zhuǎn)速：990 r/min；配套電機(jī)YXKK450-6（變頻）；電機(jī)額定功率400 kW；額定電壓10 kV。（2）備用補(bǔ)給泵：臺(tái)數(shù)為1臺(tái)；型號(hào)RDLO400-525B；設(shè)計(jì)揚(yáng)程49.00m；額定流量 0.75m3/s；額定轉(zhuǎn)速：1488 r/min；配套電機(jī) YXKK450-4（變頻）；額定功率560 kW；額定電壓10 kV。

6 結(jié)語(yǔ)

目前，貴州省正積極推動(dòng)實(shí)施水源工程、提灌工程、地下水利用工程等“三大會(huì)戰(zhàn)”，到2020年全省水利工程年供水能力達(dá)到169.8億m3,可從根本上解決長(zhǎng)期以來(lái)制約貴州省經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的工程性缺水難題。貴州省所處西南山區(qū)地形地貌復(fù)雜，水源工程中較多受地形影響，水庫(kù)水位變幅較大，且大部分受水對(duì)象均需提水方式解決，結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，合理選擇泵站取水方式及水泵優(yōu)選配置將大大提高運(yùn)行期經(jīng)濟(jì)效益。

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