淺談泵站在汛期的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

龔斌希

（湖南省岳陽(yáng)市君山區(qū)水利局，414000，岳陽(yáng)）

湖南省岳陽(yáng)市君山區(qū)地處東洞庭湖畔，三面環(huán)水，北沿長(zhǎng)江，南瀕洞庭湖，由君山、建設(shè)、錢糧湖等3個(gè)蓄洪垸組成。君山區(qū)屬典型的湖區(qū)地型，區(qū)域內(nèi)總面積718 km2，集雨面積517.49 km2，汛期如遇大雨，外洪內(nèi)澇現(xiàn)象突出，抗洪排澇壓力大，抗洪救災(zāi)任務(wù)重。全區(qū)共有排澇泵站36座99臺(tái)機(jī)組，裝機(jī)容量2.3萬(wàn)kW，其中12臺(tái)是1600ZLQ-50型軸流泵，其余87臺(tái)是700ZLB-70型軸流泵。汛期排澇工作中，需科學(xué)調(diào)度泵站和機(jī)組運(yùn)行，既提高工作效率又降低能耗，實(shí)現(xiàn)泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

一、影響泵站能耗的因素

泵站的能源消耗包括水泵、電機(jī)、傳動(dòng)裝置、進(jìn)出水管、進(jìn)出水池和輔助及變電、配電設(shè)備的能源消耗。其能源消耗（耗電量）計(jì)算式：

式中，E電為水泵運(yùn)行t時(shí)間所消耗的電能（kWh）；V為水的容量（kg/m3），清水V為1 000 kg/m3；Q為水泵的流量（m3/s）；η為水泵的效率（%）；H凈為泵站的凈揚(yáng)程（m），即出水池末端與進(jìn)水池之前的水位差；t為運(yùn)行時(shí)間（h）。

由公式（1）可知，水泵的能源消耗E電與V、Q、H凈、η和t等參數(shù)有關(guān)。以單位水量來(lái)計(jì)算能量消耗表達(dá)式為：

二、泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式

根據(jù)公式（1）和（2）計(jì)算分析，泵站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式有6種。

1.按開(kāi)機(jī)時(shí)間最少的工況運(yùn)行

當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)間越少時(shí)，其電能消耗就越少。為了減少開(kāi)機(jī)時(shí)間，就要盡量減少提排水流量。其措施有：①將與排澇相關(guān)聯(lián)的排水涵閘和內(nèi)河、湖泊的控制閘進(jìn)行集中管理、統(tǒng)一調(diào)度，使提排、自排、調(diào)蓄等調(diào)度很好地結(jié)合起來(lái)，盡量減少提排流量；②按不同地面高程劃片排水以抬高部分片區(qū)水位，將高低水分開(kāi)，主客水分開(kāi)，做到高水自排、低水提排，縮短開(kāi)機(jī)時(shí)間，減少能耗；③將汛期內(nèi)河、湖泊滯留的部分漬水待汛后進(jìn)行自排，或待汛期外河水位短期回落時(shí)進(jìn)行自排；④根據(jù)氣象預(yù)報(bào)，在暴雨到來(lái)之前先將內(nèi)河、湖泊水位降低，騰出一定的庫(kù)容承接降雨，待汛后自排；⑤防止洪水倒灌，在汛期往往出現(xiàn)旱情，因管理不善開(kāi)閘自流灌溉時(shí)外河水大量流入垸內(nèi)，導(dǎo)致低洼農(nóng)田受淹需開(kāi)機(jī)排澇，稱之為排“循環(huán)水”，要嚴(yán)格管好水壩和水閘，防止洪水倒灌。

2.按水泵效率最高的工況運(yùn)行

根據(jù)700ZLB-70和1600ZLQ-50兩種水泵特性曲線（流量—揚(yáng)程—葉片角度關(guān)系），在揚(yáng)程相同、效率不同時(shí)，按上述耗能公式（2）計(jì)算出單位水量所消耗電量，見(jiàn)表1。

對(duì)700ZLB-70型泵，在揚(yáng)程5.6m，當(dāng)葉片角度+2°、水泵效率82.9%時(shí)，其單位水量所消耗的電量是0.018 05 kWh/m3；當(dāng)葉片角度-4°、水泵效率80%時(shí)，其單位水量所消耗的電量是0.018 70 kWh/m3。可見(jiàn)，在效率較高的葉片角度+2°時(shí)的耗電較效率低的-4°時(shí)少，因此應(yīng)選擇效率較高的+2°運(yùn)行。又對(duì)1600 ZLQ-50型泵的能耗、揚(yáng)程、效率對(duì)比分析，結(jié)論是應(yīng)選擇效率較高的葉片角度0°運(yùn)行。

3.按泵站揚(yáng)程最低的工況運(yùn)行

由表1查得，700ZLB-70型泵在揚(yáng)程5 m、葉片角度+2°、效率81.8%時(shí)，其單位水量所消耗的電量是0.016 63 kWh/m3；當(dāng)揚(yáng)程 8 m、葉片角度+2°、效率82.9%時(shí)，其單位水量所消耗的電量為0.026 25 kWh/m3；此時(shí)若按水泵效率最高原則選擇，可能會(huì)選擇揚(yáng)程8 m時(shí)的工況下運(yùn)行，但其單位水量所消耗的電能較多，因此應(yīng)選擇在揚(yáng)程5 m時(shí)的工況下運(yùn)行。同理，1600ZLQ-50泵應(yīng)選擇在揚(yáng)程4 m時(shí)的工況下運(yùn)行。

從節(jié)能的角度考慮，水泵在較高揚(yáng)程工況下運(yùn)行，雖說(shuō)其效率較高，但單位水量所消耗的電能較多，要使泵站達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行減少能耗，應(yīng)避免在高揚(yáng)程工況下運(yùn)行。其主要技術(shù)措施有：①經(jīng)常清理渠道、進(jìn)水池、出水池和攔污柵，防止因雜物阻塞使泵站的提水揚(yáng)程抬高；②嚴(yán)格控制進(jìn)水池之前的水位，根據(jù) “五情”（雨情、水情、險(xiǎn)情、旱情、苗情），在可能的條件下，可適當(dāng)抬高內(nèi)河、湖泊蓄水水位，從而使進(jìn)水池的水位適當(dāng)?shù)玫教岣?，以減少泵站的提水揚(yáng)程；③在汛期外河水位短期下降、泵站揚(yáng)程降低時(shí)，迅速開(kāi)機(jī)搶排漬水。

表1 水泵能耗與揚(yáng)程和效率的關(guān)系

圖1 多臺(tái)并聯(lián)管路泵站

4.按水泵流量最大的工況運(yùn)行

農(nóng)排電價(jià)在一定時(shí)期內(nèi)基本上穩(wěn)定不變，因此，從降低排澇成本的角度出發(fā)，水泵應(yīng)選擇在最大出水量、葉片角度最大的工況下運(yùn)行，這時(shí)除主電機(jī)耗能以外，其傳動(dòng)裝置、進(jìn)出水管、進(jìn)出水池及變電、配電設(shè)備耗能是最小的。

5.按“最小功率”工況運(yùn)行

排澇泵站一般由多臺(tái)機(jī)組組成，裝機(jī)容量是不變的，開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)的多少直接影響能耗的高低。在實(shí)際運(yùn)行中，大量出現(xiàn)“降雨和水位工況小于設(shè)計(jì)工況”，排澇設(shè)施的能力有一定的裕度，從而有多種運(yùn)行方案可選擇，在后期無(wú)明顯降雨而不需要搶排漬水時(shí)，應(yīng)選擇滿足排澇要求下按“最小功率”（開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)最少）運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能目的。

6.按機(jī)組對(duì)稱工況運(yùn)行

等直徑圓管的管路效率 （η管）的計(jì)算式：

式中，H實(shí)為實(shí)際揚(yáng)程 （m）；S為管路阻力參數(shù)（s2/m3）；b損為管路損失揚(yáng)程（m）?？梢?jiàn)，管路的損失揚(yáng)程b損與流量Q2成正比。

對(duì)于有多臺(tái)的并聯(lián)泵站，為了不改變泵站進(jìn)出水流態(tài)，使水流平順地通過(guò)流道，應(yīng)盡量做到機(jī)組對(duì)稱開(kāi)啟和對(duì)稱運(yùn)行（見(jiàn)圖1）。如有8臺(tái)機(jī)組的泵站，需全部開(kāi)啟和運(yùn)行的順序是M4、M5、M3、M6、M2、M7、M1、M8 （ 或M5、M4、M6、M3、M7、M2、M8、M1）。

因此，有并聯(lián)管路的泵站為減少管路的損失揚(yáng)程b損，提高管路的效率，降低能耗，當(dāng)泵站只需開(kāi)啟部分機(jī)組運(yùn)行時(shí)，除將機(jī)組進(jìn)行對(duì)稱開(kāi)啟和對(duì)稱運(yùn)行外，應(yīng)盡量減少并聯(lián)后的總管路（圖 2 中的 a、b、c、d 管），如 8臺(tái)機(jī)組的泵站只需6臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，其 開(kāi) 啟 順 序 是 M4、M5、M3、M6、M2、M7（或 M4、M5、M2、M7、M1、M8）。

三、結(jié) 語(yǔ)

汛期泵站的能源消耗費(fèi)用是防汛排澇經(jīng)費(fèi)的主要組成部分，占比較高。泵站在汛期的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是降低能源消耗減少防汛排澇經(jīng)費(fèi)支出的有效措施之一，應(yīng)逐步將半調(diào)節(jié)水泵改為全調(diào)節(jié)型水泵，并以排區(qū)為單位分片制定科學(xué)、統(tǒng)一、完善且行之有效的水泵運(yùn)行調(diào)度方案，對(duì)泵站在汛期實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行極為必要。