夾巖畢大泵站裝機方案及調(diào)度運行方式分析

葛 曦，黃正財，楊 超，張建勛

(貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550002)

1 概述

畢大供水泵站是畢大供水工程中為畢大新城區(qū)供水的水源泵站，輸水線路總長約27.6km，泵站采用庫內(nèi)有壓取水的方式，泵房布置于壩后下游700m處。泵站主要參數(shù)見表1。

表1 泵站主要參數(shù)

畢大泵站是給重要城鎮(zhèn)供水的大型泵站，具有大流量，高揚程的特點，因此在確定裝機方案時需對臺數(shù)進行技術(shù)經(jīng)濟比較，同時，各工況下泵站的調(diào)度運行也要滿足長輸水系統(tǒng)的安全運行。

2 裝機方案分析

泵站的臺數(shù)關系到廠房土建投資、機電設備投資與運行管理等方面，如裝機臺數(shù)多，則泵站運行靈活，能更好地進行流量匹配，但廠房土建與機電設備投資都會增加；反之，裝機臺數(shù)少，單泵過流量大，泵組效率較高，土建及機電設備投資較省，但運行不夠靈活，因此，臺數(shù)應根據(jù)工程規(guī)模及建設內(nèi)容進行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。備用機組的臺數(shù)應根據(jù)工程的重要性、運行條件及年運行小時數(shù)確定，對于重要的供水泵站，工作機組3臺及3臺以下時，宜設1臺備用機組；多于3臺時，宜設2臺備用機組。

泵站的提水流量為6.0m3/s，泵站最高揚程174.74m，為節(jié)約投資和便于樞紐布置，通過對目前運行的泵站及設備制造廠進行調(diào)查，確定泵站采用一級提水。選用了三用一備、四用二備、五用二備3種裝機方案進行比較，隨著裝機臺數(shù)的增加，投資不斷增加，其中四用二備與五用二備的差距較小，根據(jù)對國內(nèi)外制造廠調(diào)研情況，裝機3臺工作泵時單泵流量較大，國內(nèi)生產(chǎn)廠家較少，該規(guī)模的水泵業(yè)績較少，雖然投資省，但設備采購有較大風險且運行沒有4臺工作泵靈活，4臺工作泵方案已有類似業(yè)績。采用五用二備時，雖然單泵功率減小，投資增加不多，但由于工作泵臺數(shù)為單數(shù)，輸水管路布置比較復雜。因此兼顧考慮最大單機制造能力以及樞紐布置，因此設4臺工作泵。由于泵站功能是向畢大新城區(qū)供水，根據(jù)資料可以看出：畢大城區(qū)年供水量為29868萬m3，而夾巖水利樞紐向畢大供水16169萬m3(終端凈供水量)，占畢大供水總量的54.13%，因此泵站屬重要的供水泵站，規(guī)劃水平年泵站供水人口約為111萬，供水對象為百萬以上人口城鎮(zhèn)，屬特別重要工程。且泵站年運行小時達8000h以上，因此設2臺備用泵，既能保證供水的可靠性，又便于管路布置。裝機方案采用四用二備方案，每三臺為一個輸水單元，共用一根輸水管至高位水池。

3 調(diào)度運行方式分析

畢大泵站是重要的水源泵站，通過水泵取水后供至終端七星關區(qū)山家寨連接池，再供給不同的水廠，輸水線路較長，有近20km的無壓隧洞和近7m的管道。泵站采用2臺變頻泵進行流量調(diào)節(jié)，增加泵站供水的靈活性，主要從以下2點考慮。

3.1 不同供水時期需水流量差別大

根據(jù)《畢節(jié)—大方城市總體規(guī)劃》(2010—2030)及最新的《畢節(jié)市中心城區(qū)給水工程專項規(guī)劃》(2013—2030)成果，規(guī)劃區(qū)將有13個水廠，其中新建水廠8座，總供水量為76.6萬m3/d，設施服務人口為160.0萬人。根據(jù)給水規(guī)劃，夾巖水庫擬將向梨樹、小壩、雙山、甘河、大方等5個片區(qū)新建水廠提供源水。水量分配見表2。

表2 夾巖水庫原水量分配一覽表 萬m3/d

由于各規(guī)劃水廠尚未進行主體工程設計，方案存在變化的可能，且建設進度難以預計，城區(qū)建設是一個循序漸進的過程，目前七星關區(qū)城區(qū)人口約45萬，至規(guī)劃水平年時，泵站供水人口才能達到111萬，因此在建設初期與規(guī)模完成時，不同的供水時期，對畢大泵站的需水流量有較大的變化。

畢節(jié)-大方城區(qū)2012年實際總用水量6796萬m3，人均綜合用水量僅為299L/(人·d)，遠低于同期貴州省會貴陽市人均用水量540L/(人·d)，該用水水平是不能滿足畢節(jié)-大方城區(qū)現(xiàn)狀用水需求的。畢大泵站建設初期供水規(guī)模是達不到規(guī)劃水平年2030年的供水流量的，城區(qū)對泵站的需水量會存在一個遞增的趨勢。

3.2 泵站低揚程時的流量對輸水系統(tǒng)的影響

根據(jù)所選的臥式單級雙吸中開泵性能參數(shù)，水泵運行工況能覆蓋揚程范圍，但最高揚程和最低揚程之間的流量差異較大，如設計揚程滿足1.5m3/s，則最低揚程時，流量達到1.89m3/s，即最低揚程的流量是最高揚程的1.26倍。對流量進行統(tǒng)計見表3。

表3 4臺定速流量統(tǒng)計

如采用4臺定速泵，在低揚程工況下，輸水系統(tǒng)過流能力不足，則輸水隧洞及管道的直徑均要增加，增加的直接工程投資遠遠高于設置2臺變頻泵組的投資。

針對所選泵型的工作泵，進行1臺機變頻與2臺機變頻方案設置見表4、5。

表4 3定速+1變頻配置

表5 定速+2變頻配置

可以看出，如采用3臺定速泵搭配一臺變頻泵的配置方案，基本可滿足流量調(diào)節(jié)要求，但是在平均揚程、最低揚程工況效率均低于2臺定速泵搭配2臺變頻泵的配置方案。根據(jù)水庫水位統(tǒng)計，庫水位長期運行的正常蓄水位到多年平均水位之間，即泵站運行中平均揚程到最低揚程較為常見，2個方案最高揚程工況流量達到5.88m3/s，比額定流量小0.12m3/s，最低揚程工況1臺變頻泵方案中變頻泵流量需0.33m3/s，此時超出了水泵規(guī)定的運行范圍，水泵不能運行，而2臺變頻泵方案中變頻泵流量1.11m3/s，此時效率可達到82.3%，且在水泵穩(wěn)定運行的范圍之內(nèi)。在工程實際運行中，變頻裝置的頻率低于30HZ后，水泵運行工況很差，因此推薦采用2臺定速泵搭配2臺變頻泵的配置方案，該方案具有較好的流量調(diào)節(jié)能力和高效的水泵運行范圍。

綜上所述，泵站考慮設置2臺變頻機組，其中一根上水管相連的3臺機組中有1臺是采用變頻運行的方式，這樣每一輸水單元都能靈活調(diào)節(jié)供水流量的變化，當水廠用水量與泵站單臺水泵流量范圍不匹配時，可啟動變頻泵適應流量需求，當水廠用水規(guī)模與泵站設計流量匹配時，可采用泵組啟動4臺機組的運行方式。

當1根上水管相連的3臺機組中有1臺泵事故停泵時啟動定速備用泵。當替換定速泵時可按原運行方式，當替換變頻泵時，可通過輸水隧洞、連接池、水廠等進行短暫調(diào)節(jié)，以滿足流量的需要。當2根上水管中的其中一根檢修時，啟動另一根上水管相連的3臺機組，流量滿足總流量70%的要求。

4 結(jié)語

畢大泵站單泵流量達到了1.5m3/s，最大揚程達到174.74m。屬于大流量、高揚程的泵站，目前國際國內(nèi)的運行業(yè)績都很少，因此在裝機方案的比選過程中，重點對供方市場進行了分析，結(jié)合水力模型、制造難度和運行業(yè)績等制約因素，在機組臺數(shù)滿足功能的前提下，保證投資節(jié)約、運行靈活，便于采購，最終選用了裝機6臺四用兩備的裝機方案。由于泵站有近30km的輸水線路，在水泵低揚程工況下，流量大于輸水系統(tǒng)的過流能力，因此在一個輸水單元的3臺機組中各配置了一臺變頻調(diào)速機組，保證各工況下的輸水流量滿足系統(tǒng)要求。