邳州泵站提升工程運行管理效率探索

于賢磊，孫 濤，倪 春，魯 健，王 飛，石麗建

（1.南水北調東線江蘇水源有限責任公司，江蘇南京 210029；2.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇揚州 225200；3.揚州大學水利科學與工程學院，江蘇揚州 225000）

1 工程概況

邳州站位于江蘇省邳州市八路鎮(zhèn)劉集村徐洪河與房亭河交匯處，是南水北調東線工程第六梯級［1］，其主要任務是通過徐洪河抽引上一梯級泵站睢寧站來水進入房亭河下段送入中運河入駱馬湖，同時結合抽排房北地區(qū)澇水。邳州站裝設4 臺套（含1 臺備機）液壓全調節(jié)豎井貫流泵組，主泵直徑3.3 m，揚程3.1 m，單機流量33.4 m3/s，邳州站設計流量為100 m3/s。配套10 kV高壓同步電機，轉速750 r/min，功率1 950 kW，總裝機容量7 800 kW［2］。邳州站自2013年試通水以來，多次參與出省調水及省內抗旱運行，工程效益發(fā)揮顯著。

在2020—2021年第一階段出省調水運行期間，邳州站下游徐洪河出現(xiàn)較多被修剪丟棄的樹枝以及垃圾袋、塑料水瓶等，部分小的樹枝及垃圾穿過下游清污機柵條后匯集于進水池?？紤]到機組運行期間進水池水流湍急，無法及時劃船進行打撈導致進水池污物積聚，部分污物被水流吸入卡滯于安全柵上，阻水形成水頭損失導致機組運行效率降低。經測流對比，第一階段調水末期，全站在設計流量100 m3/s 工況運行時（上位機數(shù)據(jù)），實測流量為90 m3/s，減少10 m3/s。

泵站調水運行期間，產生的費用支出絕大部分是運行電費，根據(jù)歷年來的運行情況，邳州站在整個調水期基本是按照設計流量100 m3/s運行。每月（按照30 d計算）消耗電量約為300萬kW·h，產生電費約186萬元。根據(jù)對邳州站以往運行期間調水電費的梳理，發(fā)現(xiàn)支付的電費中存在力調電費的情況。徐州地區(qū)線路的功率因數(shù)按照0.9 進行考核，當線路功率因數(shù)低于0.9時，會額外收取力調電費作為補償，當功率因數(shù)超過0.9時，將進行電費獎勵［3］。查閱邳州站往年電費核查聯(lián)單據(jù)顯示，110 kV專線功率因數(shù)維持在0.89左右，電費中包含了0.5%的力調電費。當月調水運行天數(shù)較少時，功率因數(shù)更低，功率因數(shù)僅為0.82，需額外支付力調電費達4%。由于邳州站工程現(xiàn)場無法實時查看到線路的功率因數(shù)，故調水過程中無法通過數(shù)據(jù)有效控制和避免力調電費的產生。

因此，研究邳州站進水口安全柵是否存在阻流現(xiàn)象，采取措施減少運行過程中進水池垃圾在安全柵上的吸附效應，提高供電線路整體功率因數(shù)可以有效提高調水效率，減少電費支出達到降本增效的目的，為同類工程降本增效研究提供依據(jù)。

2 實施方案

2.1 啟提安全柵測流對比及防淤堵實施方案

針對邳州泵站流道進水口安全柵阻流的情況，在安全柵未淤堵的情況下，通過測量啟提安全柵前后的全站功率、調水流量相關數(shù)據(jù)，經過數(shù)據(jù)對比分析，得出安全柵本身對機組運行效率的影響大小。通過在清污機后、進水口前設置攔網，將漏過清污機的水草垃圾攔蓄下來，防止調水運行過程中流道堵塞造成效率降低，從而保證機組運行效率。

2.2 勵磁功率因數(shù)調整實施方案

針對調水運行用電產生力調電費的情況，探討供電線路功率因數(shù)對調水運行電費的影響。通過對比邳州泵站工程現(xiàn)場勵磁設備在不同功率因數(shù)運行時，供電線路的有功和無功功率變化情況，計算供電線路功率因數(shù)，綜合確定邳州站機組勵磁系統(tǒng)功率因數(shù)最佳調節(jié)狀態(tài)，最大限度獲得電費減免獎勵，從而降低運行成本。

功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術數(shù)據(jù)，是衡量電氣設備效率高低的一個系數(shù)，取值為0～1 之間。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉換的無功功率大，增加了線路供電損失，因此供電部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的標準要求。在交流電路中，電壓與電流之間的相位差的余弦叫做功率因數(shù)，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值［2-3］。

3 實施效果

3.1 啟提安全柵測流對比及防淤堵實施效果

通過開展啟提安全柵測流試驗，記錄機組運行功率及流量數(shù)據(jù)，結果表明，啟提安全柵后，實際測得泵站全站功率由3 938 kW增加至4 004 kW，增加66 kW，提高1.68%，實際測得流量（ADCP 測流）從90.70 m3/s 增加至91.25 m3/s，增加0.55 m3/s，提高0.61%?？紤]到儀器測量及儀表跳動導致的誤差，分析認為在安全柵未堵塞的情況下，有無安全柵對機組流量、運行效率影響非常小。邳州站啟提安全柵前后的運行數(shù)據(jù)見表1。

表1 邳州站啟提安全柵前后運行數(shù)據(jù)

為了防止進水池水草及垃圾再次堵塞安全柵，邳州站在清污機后額外設置了一道攔河網，大部分漏過清污機的水草及垃圾被攔河網阻擋了下來，邳州泵站現(xiàn)場根據(jù)攔污情況定期清理。從后續(xù)調水期間的測流和停機后安全柵檢查清理情況來看，該措施可有效防止進水口安全柵被堵塞造成運行效率降低問題。

3.2 勵磁功率因數(shù)調整實施效果

因邳州站110 kV線路計量點位于變電所，泵站現(xiàn)場無法實時查看到線路整體的功率因數(shù)，調水過程中難以通過現(xiàn)場機組運行數(shù)據(jù)有效控制和避免力調電費的產生。同步電機運行時調節(jié)勵磁設備的功率因數(shù)，可改變向電網輸送的無功功率大小，從而改變線路的功率因數(shù)［4-6］。

運行過程中開展勵磁功率因數(shù)調節(jié)試驗，當運行流量為100 m3/s 時，將各臺機組功率因數(shù)調整一致，并將勵磁功率因數(shù)從0.93逐步調整至0.98，待泵站機組穩(wěn)定運行30 min后，由供電公司調度室監(jiān)盤值班人員拍攝線路上有功功率、無功功率等相關數(shù)據(jù)，泵站現(xiàn)場同步記錄相關運行數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進行計算分析，繪制線路功率因數(shù)隨機組勵磁功率因數(shù)的變化曲線，得出最優(yōu)工況條件，從而指導現(xiàn)場運行。

結果表明，泵站現(xiàn)場勵磁設備功率因數(shù)從小到大調整時，供電線路側有功功率基本不變，無功功率變?。ǚ枮樨摫硎鞠螂娋W輸送無功），從而功率因數(shù)變大。當勵磁功率因數(shù)調整至0.97時，供電線路側功率因數(shù)最高，為95.65%。通過2020—2021年第二階段出省調水期間勵磁功率因數(shù)調整操作，獲得電費獎勵約2.05萬元，對比以往運行電費繳存情況，從額外支付0.5%力調電費轉變?yōu)闇p免電費0.6%，綜合降低成本1.1%。

4 結 語

本文針對邳州站調水運行期間實測流量比上位機流量減少及產生力調電費問題，通過測流對比試驗的方法，研究啟提安全柵對機組運行效率產生的影響。同時，通過啟提安全柵及調整勵磁功率因數(shù)對比試驗的方法，確定了邳州站機組勵磁系統(tǒng)功率因數(shù)最佳調節(jié)狀態(tài)，研究成果具有一定的參考價值。