小布電排站建設(shè)運(yùn)行情況測試分析

楊家強(qiáng)

（佛山市順德區(qū)樂從鎮(zhèn)城建和水利辦公室,廣東 佛山 528300）

0 序言

小布電排站位于佛山市順德區(qū)樂從鎮(zhèn)南順第二聯(lián)圍北線樂從堤段、英雄河與潭洲水道的匯口處,為防洪排澇泵站。工程總裝機(jī)容量2400 kW,設(shè)計流量27.93 m3/s,設(shè)計凈揚(yáng)程4.37 m,裝3 臺1700 ZXB9.3-4.7 斜式軸流泵,水泵設(shè)計工況下單機(jī)流量Q=9.31 m3/s,配套電動機(jī)為TXZ800-24/2150（TH）斜式高壓同步電動機(jī)。該工程采用50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計；根據(jù)《佛山市排澇規(guī)劃（中心組團(tuán)片區(qū)）》,樂從排灌區(qū)（不含新城區(qū)）可達(dá)到20年一遇最大24 小時設(shè)計暴雨一天排完、且內(nèi)河涌最高水位≤1.20 m 的排澇標(biāo)準(zhǔn),其主要任務(wù)是按照規(guī)劃要求提高樂從鎮(zhèn)的排澇能力,實現(xiàn)排水減災(zāi),為當(dāng)?shù)丶班徑鼌^(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展提供有力保障。

為了檢驗小布電排站機(jī)組設(shè)備的制造和安裝水平,檢測水泵機(jī)組的綜合性能,并為工程驗收、運(yùn)行管理和優(yōu)化調(diào)度提供技術(shù)依據(jù)[1],作者針對泵站的機(jī)組結(jié)構(gòu)類型和流道特點確定試驗方法,結(jié)合現(xiàn)場水文條件和運(yùn)行調(diào)度要求制定測試方案,現(xiàn)場測量水泵機(jī)組的各項運(yùn)行參數(shù),并計算匯總實際運(yùn)行特性曲線。

1 試驗方法和試驗過程

本次試驗旨在測試小布電排站的運(yùn)行情況,檢測其水泵機(jī)組的綜合性能,并對機(jī)組設(shè)備的制造和安裝水平予以評價,根據(jù)現(xiàn)場相關(guān)設(shè)計參數(shù)、水文條件和運(yùn)行調(diào)度要求,對機(jī)組噪聲與振動和機(jī)組裝置效率進(jìn)行了不同工況下的數(shù)據(jù)測試[2]。

1.1 噪聲測試

噪聲測量量為等效A 聲級（Leq）,單位：dB（A）。依據(jù)廠房的空間分層和聲源位置,按照不同方向分散布置測點?；緶y點按照檢修層4 點、電機(jī)層2 點、水泵層2 點、中控室1 點布置,共計9 個噪聲測點,測點布置見圖1。

圖1 環(huán)境噪聲點布置

1.2 振動測試

機(jī)組振動測量機(jī)組關(guān)鍵部位在運(yùn)行中的振動強(qiáng)度,測量量為速度有效值（Vrms）、幅度峰值（Speak）,單位分別為mm/s 和mm。測點沿機(jī)組主要固定座及軸承布置,每臺機(jī)組5 點,共計15 個測點,測點布置見圖2。

圖2 振動檢測點布置

1.3 機(jī)組裝置效率測試

檢測內(nèi)容參照《泵站現(xiàn)場測試與安全檢測規(guī)程》（SL 548-2012）進(jìn)行,計劃每臺機(jī)組檢測 7 個工況。每個工況在讀數(shù)前保證足夠的機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時間。為了確保參數(shù)同步,各讀數(shù)點均配備專職人員,每個工況在統(tǒng)一命令下,按2 分鐘間隔讀取并記錄三次數(shù)據(jù),取平均值作為測量值。

由于測量期間外江水位低且變化小,為了能較完整的測量機(jī)組在排澇狀態(tài)下的工作性能,試驗時通過控制機(jī)組出口防洪閘的開度來調(diào)節(jié)出口水位,從而人為創(chuàng)造運(yùn)行揚(yáng)程,以最大限度滿足檢測要求。

1.3.1 過機(jī)流量測試

根據(jù)檢測要求和現(xiàn)場實際條件,選擇流速儀法進(jìn)行流量測量。流速儀法是成熟的流量測量方法,具有測值穩(wěn)定,準(zhǔn)確度高的優(yōu)點。

結(jié)合泵站的水工建筑物布置情況,測流斷面選擇在泵站內(nèi)涌側(cè)各機(jī)組的流道口處,利用設(shè)在流道口的檢修閘門門槽安放并固定測流支架。流道為渠道式,斷面為矩形,寬為4.70 m,測量期間水深約4.10 m~5.0 m,根據(jù)《泵站現(xiàn)場測試與安全檢測規(guī)程》（SL 548-2012）的規(guī)定,流速儀的測點數(shù)應(yīng)滿足下式要求：

式中：F 為測流斷面面積；Z 為測點數(shù)。

經(jīng)計算,可取Z=70,按水平10 點,垂向7 點布置,實測中可隨著進(jìn)水前池水深的變化按照h ≤4.6 m、h>4.6 m 兩種情況調(diào)整測點在垂向的分布位置,以滿足最大的測量精度。斷面測點分布分別見圖3 和圖4。

圖3 內(nèi)涌水深h ≤4.6 m 時的流速測點布置

圖4 內(nèi)涌水深h>4.6 m 時的流速測點布置

1.3.2 電動機(jī)的輸入功率測量

電機(jī)輸入功率為定子輸入功率和轉(zhuǎn)子輸入功率之和。采用雙瓦特法測量電機(jī)輸入功率,測量儀器為D26-W 型0.25級精度的瓦特表,測量在電壓互感器和電流互感器的二次側(cè)進(jìn)行。

1.3.3 裝置揚(yáng)程測量

分別在機(jī)組流道內(nèi)涌進(jìn)出水口和外江進(jìn)出水口防洪閘前的水位平穩(wěn)處,用鋼尺測量水面與工作平臺的距離,進(jìn)而換算出機(jī)組進(jìn)、出口的水位和裝置揚(yáng)程。

在完成初期準(zhǔn)備工作后,在測試前一天進(jìn)場進(jìn)行儀器設(shè)備的安裝和調(diào)試,并于當(dāng)天完成安裝調(diào)試進(jìn)入待測狀態(tài)。按照實際水情規(guī)律,測試當(dāng)天選擇日間漲、退潮時段進(jìn)行現(xiàn)場檢測。根據(jù)試驗要求并結(jié)合實際情況,測試條件選擇在裝置揚(yáng)程0.94 m~5.17 m 范圍內(nèi),1#~2#~3#機(jī)按順序進(jìn)行。每次開機(jī)前對機(jī)組設(shè)備、測量裝置和儀表進(jìn)行測前檢查,確認(rèn)各部分工作狀態(tài)良好后,開始試驗。每個試驗工況,在統(tǒng)一指令下,同時進(jìn)行各參數(shù)的測量和記錄。排澇狀態(tài)通過調(diào)節(jié)防洪閘開度控制出口水位,當(dāng)水位調(diào)整到要求值時,經(jīng)過3~5 分鐘的延遲,確定機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后。每個參數(shù)測量3 次,每次間隔2 分鐘?，F(xiàn)場檢測工作于當(dāng)日晚結(jié)束。

2 測量數(shù)據(jù)與分析

2.1 噪聲測試結(jié)果與分析噪聲測試數(shù)據(jù)見表1、表2、表3。

表1 1#機(jī)組不同位置不同工況噪聲測試結(jié)果

表2 2#機(jī)組不同位置不同工況噪聲測試結(jié)果

表3 3#機(jī)組不同位置不同工況噪聲測試結(jié)果

參照《水利水電工程勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計規(guī)范》（DL 5061-1996）,將泵站各場所的環(huán)境噪聲限制值與實測最大值對比[3]見表4,可見1#、2#機(jī)組實測值均小于噪聲限制值,滿足噪聲強(qiáng)度要求；3#機(jī)組在實測中控室噪聲強(qiáng)度滿足要求,而檢修層、電機(jī)層和水泵層的噪聲強(qiáng)度大于噪聲限制值,不滿足噪聲強(qiáng)度要求。

表4 場所的環(huán)境噪聲限制值與實測最大值對比

2.2 振動測試結(jié)果與分析

1#、2#、3#機(jī)組振動實測最大值與規(guī)范允許值對比見表5。

表5 1#、2#、3#機(jī)組振動實測最大值與規(guī)范允許值對比

參照《泵站安裝及驗收規(guī)范》（SL 317-2004）,1、2#機(jī)組實測值均小于限制值,滿足振幅要求。3#機(jī)組檢修前的振動實測值較1、2#機(jī)組明顯偏大,但仍滿足振幅要求。

2.3 機(jī)組效率測試結(jié)果與分析

對三臺機(jī)組不同位置的過機(jī)流量、輸入功率和裝置揚(yáng)塵進(jìn)行了測量,每臺機(jī)組實測 7 個排澇工況,共計 21 個工況,其數(shù)據(jù)見表6、表7、表8。

表6 1#機(jī)組測量數(shù)據(jù)及計算結(jié)果匯總表

表7 2#機(jī)組測量數(shù)據(jù)及計算結(jié)果匯總表

表8 3#機(jī)組測量數(shù)據(jù)及計算結(jié)果匯總表

三臺機(jī)組實測裝置效率最大值分別為1#機(jī)67.12%、2# 機(jī)66.24% 及3# 機(jī) 59.99%，此時對應(yīng)的流量分別為1#機(jī)9.07 m3/s、2#機(jī)8.65 m3/s 及3#機(jī)8.69 m3/s。其中1#、2#機(jī)組性能具有一致性,主要指標(biāo)良好,水泵機(jī)組的性能達(dá)到該工程的設(shè)計要求；3#機(jī)組運(yùn)行性能表現(xiàn)異常：在高揚(yáng)程運(yùn)行區(qū)域電機(jī)有過載的趨勢,低揚(yáng)程區(qū)域電機(jī)功率未隨揚(yáng)程降低而減小,說明存在較大的水力損失,裝置效率整體偏低,同時運(yùn)行中的噪聲強(qiáng)度超標(biāo)、振動幅度偏大。

初步分析,3#機(jī)組運(yùn)行性能異常的可能因素如下：1）進(jìn)水池流態(tài)紊亂,因軸流泵對進(jìn)水流態(tài)的要求較高,造成水泵吸水量不足,導(dǎo)致汽蝕等；2）水體中的外來異物造成水泵的流道堵塞或葉輪纏繞,導(dǎo)致運(yùn)行異常；3）水泵的自身部件缺陷導(dǎo)致運(yùn)行異常等。

測試團(tuán)隊針對可能因素對機(jī)組進(jìn)行檢修排查,發(fā)現(xiàn)水泵葉片卡入一段木質(zhì)異物,嚴(yán)重影響其正常運(yùn)行。經(jīng)排除異物后再次對3#機(jī)組進(jìn)行效率檢測,此時3#機(jī)組實測裝置效率最大值為64.03%,對應(yīng)的流量為8.69 m3/s,與1#和2#機(jī)組性能具有一致性,主要指標(biāo)相符,3#水泵機(jī)組的性能也達(dá)到該工程的設(shè)計要求。

2.4 測試結(jié)論

對分布于廠房不同功能區(qū)域的9 個噪聲輻射強(qiáng)度測點進(jìn)行了共計28 組測量,最終檢測值均低于《水利水電工程勞動安全與工業(yè)衛(wèi)生設(shè)計 規(guī)范》（DL 5061-1996）中規(guī)定的限制值,廠房環(huán)境的噪聲輻射水平正常。

對位于三臺機(jī)組電機(jī)和水泵軸承固定結(jié)構(gòu)的水平或豎直方向上5 個振動強(qiáng)度測點進(jìn)行了共計28 組測量,最終振幅檢測值均小于《泵站安裝及驗收規(guī)范》（SL 317-2004）中規(guī)定的限制值,機(jī)組振動水平正常。

機(jī)組效率檢測嚴(yán)格按照《泵站現(xiàn)場測試與安全檢測規(guī)程》（SL 548-2012）的操作要求進(jìn)行。機(jī)組效率最終檢測結(jié)果表明：三臺機(jī)組 實測裝置效率最大值分別為 1#機(jī)67.12%、2#機(jī)66.24% 及3# 機(jī)64.03%，此時對應(yīng)的流量分別為1# 機(jī)9.07 m3/s、2#機(jī)8.65 m3/s 及3#機(jī)8.69 m3/s。性能具有一致性,主要指標(biāo)良好，水泵機(jī)組的綜合性能達(dá)到該工程的設(shè)計要求。

3 結(jié)語

小布電排站已經(jīng)建成并投入運(yùn)行使用多年,經(jīng)受住了多場暴雨的考驗,受益區(qū)內(nèi)沒有發(fā)生過嚴(yán)重的澇災(zāi)現(xiàn)象,捍衛(wèi)了人民群眾的生命財產(chǎn)安全,確保了經(jīng)濟(jì)社會的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展,可見其設(shè)計方案和設(shè)備機(jī)組選型是可行的,為電排站的建設(shè)和設(shè)備選型提供了現(xiàn)實參考樣本。