對景電工程更新改造的必要性和可行性分析

張林虎，武昱翰

（甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅景泰730400）

景泰川電力提灌工程為多梯級大Ⅱ型電力提灌工程，具有跨省區(qū)、大流量以及高揚(yáng)程的特點(diǎn)，素有“中華之最”的稱號。該工程位于甘肅省中部，河西走廊東端，東臨黃河，北接騰格里沙漠，整個(gè)工程橫跨黃河和石羊河兩流域，由景電一期工程、景電二期工程（簡稱二期工程）、景電二期延伸向民勤調(diào)水工程（簡稱民調(diào)工程）構(gòu)成，其中一期工程經(jīng)獨(dú)立供水系統(tǒng)完成供水工作，而二期工程以及民調(diào)工程兩者共用提水系統(tǒng)完成供水工作[1]。該工程設(shè)計(jì)流量28.6 m3/s，加大流量33 m3/s，泵站數(shù)量43 座，建成的干渠、支渠以及斗渠總計(jì)1 391 條，長度2 422 km，年提水量約6 億m3，灌溉面積超過6.67 萬hm2，是灌區(qū)人民生存的重要支柱，為灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的蓬勃發(fā)展貢獻(xiàn)卓著。

1 工程現(xiàn)狀

景電一期工程自1969 年投入施工，1971 年得以全線投產(chǎn)并完成上水，歷經(jīng)50 余年的使用，基礎(chǔ)設(shè)施以及主要機(jī)電設(shè)備均超出國家規(guī)定要求的允許使用年限，部分機(jī)電設(shè)備、鋼管以及水利建筑物等有帶故障運(yùn)行的現(xiàn)象，使機(jī)電設(shè)備與水工建筑物的損壞以及老化速度加快，導(dǎo)致水泵機(jī)組的提水供水能力逐年下降，工作效率降低，能源單耗增加，已不能完全滿足夏季作物的高峰期用水需求，嚴(yán)重影響到景電灌區(qū)正常效益的發(fā)揮。主要的水利建筑物和機(jī)電設(shè)備破損嚴(yán)重的問題成為制約工程效率的主要因素，工程運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性也存在很大的隱患。

二期工程開始建設(shè)于1984 年7 月，1987 年10月建設(shè)完成實(shí)現(xiàn)上水。歷經(jīng)30 余年的使用，盡管該工程帶來了巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)效益，為數(shù)十萬灌區(qū)民眾帶來生命之源，然而泵站的機(jī)電設(shè)備老化極為嚴(yán)重，能夠?qū)崿F(xiàn)的提輸水能力持續(xù)減弱，各類潛在危險(xiǎn)性持續(xù)加大，給工程的輸水效率以及上水安全帶來嚴(yán)重的威脅，不利于灌區(qū)未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及生態(tài)建設(shè)的可持續(xù)健康發(fā)展。

2 更新改造的必要性

水利工程的安全性以及穩(wěn)定性運(yùn)行意義重大，是灌區(qū)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)以及社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的重要基礎(chǔ)。如果水利工程出現(xiàn)事故，必然使得工程覆蓋全線面臨停水維修，工程效率無法得到有效保障。因此，對老化破損的水工建筑以及基礎(chǔ)設(shè)施等展開更換以及改造處理能夠保障灌區(qū)的用水安全，大幅度降低工程運(yùn)行的成本投入，為后續(xù)工程的良性發(fā)展奠定基礎(chǔ)，具有突出的社會(huì)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。

2.1 更新改造是保證工程安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行的需要

一是機(jī)電設(shè)備過時(shí)落伍，購買備件比較困難，安全性能也達(dá)不到規(guī)范要求。水泵的泵體和葉輪經(jīng)過多年的運(yùn)行磨損，氣蝕嚴(yán)重，甚至還會(huì)導(dǎo)致泵體破裂。各種電機(jī)組件和線圈的絕緣性能大大降低，能耗逐年增大，故障率增加，運(yùn)行性能差，嚴(yán)重影響泵站的安全運(yùn)行。水泵進(jìn)出水閥門密封不嚴(yán)，行程不到位，電路不可靠，液壓回路無法維持壓力，導(dǎo)致管道不能有效地防止水回流以及水錘問題的出現(xiàn)，嚴(yán)重情況下妨礙到開停機(jī)操作的正常進(jìn)行。因此，面對以上種種問題，機(jī)電設(shè)備的更新改造迫在眉睫。

二是在老化、磨損、凍融、凍脹等諸多因素的影響下，渠道破壞，滲漏嚴(yán)重，過流能力降低，功能下降，渡槽槽身磨損嚴(yán)重、支墩排架等支撐部分老化和表面碳化。當(dāng)時(shí)安裝的管道是非國家標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)應(yīng)力混凝土管，存在技術(shù)缺陷和許多質(zhì)量問題，經(jīng)過多年的使用，管體的保護(hù)層膨脹并脫落，里面的鋼筋生銹，導(dǎo)致管道漏筋、裂縫，接頭滲漏，發(fā)生多起爆管事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[2]。各泵站的前池、入水口、廠后管道和支墩被高礦化的地下水嚴(yán)重腐蝕，前池側(cè)壁碳化嚴(yán)重，保護(hù)層存在老化脫落的現(xiàn)象，部分泵站的混凝土預(yù)制板表現(xiàn)出局部坍塌或者是裂縫。部分泵站靠前池的主墻多處漏水，泵房內(nèi)墻看起來較臟、質(zhì)量較差。現(xiàn)有門窗為單層鋼窗，而且銹蝕、變形嚴(yán)重，隔熱性和抗風(fēng)沙性差。廠房大門年久失修，變形嚴(yán)重，閉合較難。屋面防水層老化程度加重，出現(xiàn)大面積卷起，開裂地方漏水嚴(yán)重，隔熱保溫功能喪失，給廠內(nèi)電氣設(shè)備埋下嚴(yán)重的安全隱患。周邊綠化率不達(dá)標(biāo)，廠區(qū)面貌較差。

三是自動(dòng)化程度低下，制約到景電工程的發(fā)展。智能性與創(chuàng)新性已成為時(shí)代發(fā)展的主流，然而景電工程興建當(dāng)時(shí)受經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的制約，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低，自動(dòng)化程度低下，人工觀測前池水位，機(jī)組的開停機(jī)、支渠閘門啟閉的控制全靠人工現(xiàn)場完成。時(shí)至今日，機(jī)組的震動(dòng)、故障、報(bào)警等信號的自動(dòng)采集還沒有實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)和水泵軸瓦、電動(dòng)機(jī)繞組、定子的溫度測量也是值班人員利用測溫槍手工測量，誤差較大。面對當(dāng)下以太網(wǎng)技術(shù)的成熟和5G 網(wǎng)絡(luò)的盛行，景電工程在通訊和自動(dòng)化方面急需更新改造。

2.2 更新改造是科技進(jìn)步、與時(shí)共進(jìn)的發(fā)展需要

一是通過運(yùn)用高壓變頻技術(shù)來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，可以延長設(shè)備的使用年限，改善工藝，提高工作效率，起到節(jié)能降耗和提高項(xiàng)目管理技術(shù)水平的作用。

二是高壓控制柜加裝軟啟動(dòng)裝置，電機(jī)的啟動(dòng)電流減小，對電網(wǎng)和電機(jī)本身的沖擊減小，對水泵的機(jī)械沖擊也相應(yīng)減小，不但可以滿足不同電壓等級和電流的要求，而且可以避免因?yàn)橥蝗煌C(jī)引起的機(jī)械沖擊或水泵水錘現(xiàn)象的發(fā)生，延長相應(yīng)設(shè)備的使用壽命。

三是高壓柜選用KYN28A-12 型的設(shè)備，其技術(shù)較先進(jìn)，有綜合保護(hù)裝置，可以起到自動(dòng)監(jiān)控的作用；低壓柜則采用技術(shù)同樣先進(jìn)的GGD 型開關(guān)柜；直流電源部分選用既環(huán)保又免維護(hù)的直流裝置；采用槽式鋼質(zhì)防火電纜橋架等新型的配電控制成套設(shè)備，可以起到微機(jī)綜合自動(dòng)監(jiān)控保護(hù)功能。

四是增設(shè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。景電工程當(dāng)時(shí)并未設(shè)計(jì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，根據(jù)新規(guī)要求，需要布置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，并且配置自動(dòng)以及手動(dòng)2 種模式的觸發(fā)報(bào)警方法，值班人員通過觀察中控室內(nèi)的智能火災(zāi)報(bào)警控制器及時(shí)把握火情狀況，積極應(yīng)對火災(zāi)危機(jī)，迅速展開應(yīng)急處理。

五是引進(jìn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)，配套工業(yè)電視來監(jiān)控電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以對閘門及水量進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并將信息傳回計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[3]。在泵站裝設(shè)保護(hù)裝置和控制裝置，采用安全可靠、傳輸速率較快的現(xiàn)場總線、I/O 模塊和儀器儀表等測量計(jì)量設(shè)備。

2.3 更新改造是促進(jìn)灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，解決“三農(nóng)”問題的需要

景電灌區(qū)面積大，光照充足，但地下水被埋太深，水資源極度匱乏，干旱成為限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要原因。建設(shè)景電工程使灌區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件發(fā)生改變，推動(dòng)了灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展，在全面提升人民生活水平的同時(shí)，加快了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，不但解決了景泰、民勤、古浪等地的農(nóng)田灌溉以及人畜飲水困難問題，而且為灌區(qū)數(shù)十萬民眾的生存與發(fā)展提供了生命保障。為積極改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，確保灌區(qū)農(nóng)業(yè)、農(nóng)村的安全與穩(wěn)定發(fā)展，實(shí)現(xiàn)灌區(qū)農(nóng)民的增產(chǎn)增收目標(biāo)，急需對現(xiàn)有工程實(shí)施更新改造。此項(xiàng)更新改造工程是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、農(nóng)村發(fā)展的基礎(chǔ)保障，是解決“三農(nóng)”問題的需要，是促進(jìn)灌區(qū)生態(tài)環(huán)境逐步向良性改善的需要，也是確保灌區(qū)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要。

3 更新改造的可行性

3.1 國家政策方面

黨中央國務(wù)院極為重視“三農(nóng)”問題，指出社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的重大歷史任務(wù)就是“擴(kuò)大大型排灌泵站更新改造規(guī)模和范圍，啟動(dòng)西北沿黃高揚(yáng)程提水灌溉泵站的更新改造”。同時(shí)，西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施要求必須全面支持農(nóng)村生態(tài)環(huán)境以及基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展與建設(shè)，為農(nóng)業(yè)農(nóng)村的蓬勃發(fā)展積極創(chuàng)造環(huán)境條件[4]。因此，大型泵站的更新改造與國家整體的政策方針相符，與我國的治水規(guī)范相適應(yīng)，有利于景電灌區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村的健康發(fā)展，對于緩解灌區(qū)用水危機(jī)以及維護(hù)石羊河流域重點(diǎn)治理成果意義重大。

3.2 施工技術(shù)、工藝和施工條件方面

我國當(dāng)前的電力轉(zhuǎn)換與分配設(shè)備以及大型水泵機(jī)組的生產(chǎn)規(guī)模與能力均領(lǐng)先于世界其他國家，特別是近一二十年來，水泵生產(chǎn)廠家對抗泥沙耐磨損和抗腐蝕的材料加大了研究力度，研發(fā)出了適應(yīng)多泥沙提水的高揚(yáng)程、大流量的水泵，為泵站機(jī)電設(shè)備的更新創(chuàng)造了有利條件。此外，改造技術(shù)與工藝都相對簡單，沒有復(fù)雜的技術(shù)難點(diǎn)需要處理，加之現(xiàn)在富有經(jīng)驗(yàn)的管理、安裝、設(shè)計(jì)隊(duì)伍和高質(zhì)量的施工材料、先進(jìn)的施工機(jī)械設(shè)備越來越多，它們的出現(xiàn)為又好又快地完成大型泵站更新改造奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，在景電灌區(qū)范圍內(nèi)，擁有優(yōu)越的供水、供電、道路、通信等條件，施工所需石料、混凝土等基礎(chǔ)性材料資源也十分充足，為泵站更新改造創(chuàng)造了有利的外部條件。

3.3 改造費(fèi)用方面

景電工程實(shí)施更新改造所需要的項(xiàng)目資金都源自中央水利項(xiàng)目資金以及省級水利項(xiàng)目資金，考慮到國家對社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)建設(shè)越來越重視，本工程能夠爭取到的項(xiàng)目資金規(guī)模更加可觀，能夠?yàn)轫?xiàng)目的落地提供強(qiáng)大的資金支持。

4 結(jié)語

為了滿足灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要，改善生態(tài)環(huán)境和加速城鎮(zhèn)化及工業(yè)化建設(shè)，盡早進(jìn)行景電工程的更新改造十分必要，只有這樣才能最大限度地?cái)[脫灌區(qū)面臨的水資源危機(jī)困境，為灌區(qū)的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)大保障。因此，應(yīng)用發(fā)展的眼光不斷創(chuàng)新，對景電工程進(jìn)行及時(shí)地更新改造。