新世纪江苏泵站工程技术的新进展

黄海田

（1.江苏省水利工程质量监督中心站，江苏 南京 210029；2.扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏 扬州 225009）

0 引言

作为平原水网地区，泵站之于江苏，是必不可少、功不可没的水利工程设施。1963年江都一站的建成，标志着20 世纪50年代中期提出的“抽引江水北上”规划进入实施阶段。1976年江都四站、1978年淮安二站的建成，标志着江水北调工程的总体框架构成。20 世纪80年代刘山站、解台站、泗阳一站、皂河一站、淮阴一站的建成，90年代后期淮安三站、泗阳二站、刘老涧一站、沙集站的建成，标志着江水北调工程体系日臻完善。

进入21 世纪，江苏形成了泵站建设的高峰期。江苏泵站工程的规划、科学研究、设计、设备制造、建设和运行管理等方面均取得了新的进展乃至突破。特别是南水北调东线工程的建设，推动了江苏泵站工程的技术进步。

1 泵站工程建设概况

2000年以来，江苏省以南水北调东线工程、城市防洪工程与区域排涝工程、江水东引（通榆河北延送水工程）与太湖水环境治理工程、大中型泵站更新改造工程为载体，新建和更新改造了一批大型、中型泵站（泵站规模按国家标准GB/T 50265 划分）。至2015年底，江苏共新建大型泵站42 座、中型泵站193 座，更新改造大型泵站15 座、中型泵站53 座。

1.1 南水北调与江水北调泵站工程

2002年，江水北调淮阴二站建成，安装3 台套立式轴流泵，设计流量100 m3/s，总装机容量为8400 kW。2002年南水北调东线一期工程开始建设。东线一期工程在江苏江水北调工程基础上，扩大调水能力并向北方延伸。在江苏境内新建了宝应站、淮安四站、金湖站、淮阴三站、洪泽站、泗阳站、泗洪站、刘老涧二站、睢宁二站、皂河二站、邳州站、刘山站、解台站、蔺家坝站等泵站14 座，改造了江都三站、江都四站、淮安二站、皂河一站等4 座泵站，18 座泵站共计83 台套机组，总设计流量2189 m3/s，总装机容量219750 kW。83 台套机组中，立式轴流泵机组26 台套，立式混流泵机组15 台套，卧式贯流泵机组22台套。至2014年，南水北调东线一期工程江苏境内工程基本建成，并实现了向山东送水。

1.2 城市防洪与区域排灌泵站工程

江苏的主要城市城区地面低于流域和区域洪水位。进入21 世纪，江苏大规模开展城市防洪工程建设，核心是形成防洪包围圈并通过泵站将圈内涝水外排，为此新建了一大批城市防洪泵站。结合城市防洪工程建设，各地通过城市河湖整治、活水工程，进行水环境治理；为解决“因洪致涝”问题，江苏各地大力实施区域治理工程，重点建设排涝泵站，提高圩区内、区域内的外排能力。

2000年～2015年，全省共新建用于城市防洪与区域排灌的泵站工程212 座（大型20 座、中型192 座），总装机971 台套（大型106 台套、中型865 台套），总设计流量5177.3 m3/s（大型1675 m3/s、中型3502.3 m3/s），总装机容量301554 kW（大型86265 kW、中型215289 kW）。表1 为江苏省2000年～2015年新建城市防洪与区域排灌大中型泵站汇总。20 座大型泵站的106 台机组中，立式轴流泵62台套，占58%；各类贯流泵为44 台套，占42%，贯流泵的应用更加普遍。

1.3 江水东引与太湖水环境治理泵站工程

江水东引（通榆河北延送水）工程利用已建成的通榆河中段，通过增做部分调水工程，形成1 条长190 km的向连云港供水新通道。其中，新建了大套三站、灌北泵站、善南泵站等3座梯级泵站。大套三站安装立式轴流泵机组5 台套，设计流量50 m3/s，装机容量3350 kW；灌北泵站安装潜水贯流机组5 台套，设计流量50 m3/s，装机容量1650 kW；善南泵站安装潜水贯流机组3 台套，设计流量30 m3/s，装机容量990 kW。通榆河北延送水工程2007年开工建设，2010年基本建成，2012年进行了工程联合试运行。

2008年国务院批准的《太湖流域水环境综合治理总体方案》，明确实施走马塘、新沟河、新孟河等流域性骨干引排工程，实现太湖与长江的畅引畅排。走马塘拓浚延伸工程是先行实施项目，2009年10月开工建设。张家港枢纽是走马塘拓浚延伸工程的重要单项工程，其泵站安装竖井式贯流泵机组3 台套，设计流量50 m3/s，装机容量1500 kW，2012年1月建成。

表1 江苏省2000年～2015年新建城市防洪与区域排灌大中型泵站汇总

正在实施的新沟河延伸拓浚工程将建设8 座主要建筑物，其中的江边枢纽、西直湖港枢纽、遥观北枢纽、遥观南枢纽等4 座枢纽含有泵站工程。江边泵站安装立式轴流泵机组6 台套，设计流量180 m3/s，装机容量12000 kW；西直湖港泵站安装竖井式贯流泵机组4 台套，设计流量90 m3/s，装机容量4000 kW；遥观北泵站安装竖井式贯流泵机组4 台套，设计流量80 m3/s，装机容量3060 kW；遥观南泵站安装竖井式贯流泵机组4 台套，设计流量60 m3/s，装机容量1600kW。4座泵站将于2015年底建成。

1.4 大中型泵站更新改造工程

2002年，淮安一站完成更新改造，计8 台套机组，设计流量90 m3/s，总装机容量8000 kW。2011年，常熟站完成更新改造，计9 台套机组，设计流量180 m3/s，总装机容量9000 kW。

2008年国家实施扩大内需战略后，国家决定对大中型泵站进行更新改造。自2009年起，江苏对32 处泵站进行了更新改造。32 处泵站中，有茭陵一站、茭陵二站、临洪东站、临洪西站、大套一站、井头站和杨庙南站等大型泵站7 座，共计73 台套机组，总设计流量780 m3/s，总装机容量71000 kW；有湫湖站、新夏港站、武定门站等中型泵站53 座，总设计流量944 m3/s，总装机容量105945 kW。

2015年，在入江水道整治工程中，实施了石港站更新改造工程，新建的石港站计4 台套机组，设计流量90 m3/s，总装机容量7200 kW；在省属重点水利工程项目中，安排了淮安三站更新改造工程，计2 台套机组，设计流量60 m3/s，总装机容量4360 kW。

到2015年底，全省共更新改造大型泵站11 座（不含南水北调工程更新改造的4 座泵站）、中型泵站53座，总设计流量2144 m3/s，总装机容量205505 kW。

2 泵站选址与布置

南水北调东线工程的早期规划成果《南水北调东线工程修订规划报告》《南水北调东线第一期工程可行性研究修订报告》形成于20 世纪90年代初期。2000年开展新一轮南水北调东线工程前期工作时，江苏坚持以科学发展观为指导，把以人为本、人与自然和谐相处的要求贯彻到前期工作中，按照“有效控制土地占用、合理发挥综合效能、便于工程运行管理、适度结合工程改造、严格控制工程投资”的原则，对拟新建的14 座泵站的选址和布置进行了深入研究和优化调整。

2.1 泵站选址

原规划淮安四站采用“花河方案”，主要为解决花河沿线的排涝问题，但投资大，且河道流程长、易污染，经比选采用“新河方案”，该方案还具有淮安四站与既有淮安枢纽集中统一管理和便于供电的优点。原规划淮阴三站采用“越闸临时站”站址方案，后调整为与淮阴一站并列布置方案，同样解决了集中统一管理和便于供电的问题。原规划邳州站站址在房亭河北侧，主要为结合房亭河以北地区的排涝问题，为此，其下游引河需通过1 座地涵，将增加0.5 m 以上的水头损失，后将邳州站站址移到房亭河南侧，减少了水头损失，同时仍可以部分结合区域排涝，还节约了工程投资。将蔺家坝站站址从原方案的蔺家坝船闸附近移至船闸以北8 km的顺堤河上，既可以结合区域的排涝，又预留了蔺家坝站二期站址。金湖站、洪泽站、泗洪站等泵站选址时也适度考虑了区域排涝问题。

2.2 枢纽布局

泗阳三站、刘老涧二站、刘山二站、解台二站等4 座泵站的原设计方案，均为在同梯级既有泵站的外侧新开挖河道进行建设，占用土地多，房屋拆迁量大。经过多轮比选、调整后，泗阳三站方案，改为拆除1983年建成的泗阳一站，在一站的下游建新的泗阳站，其流量为原泗阳一站与拟建泗阳三站的流量之和，该方案不需要新征土地，还相当于对一站进行了彻底的“更新改造”，同时又减少了1 座水工建筑物。原拟的刘老涧二站方案，改为拆除1953年建成的刘老涧老闸，在老闸的下游建1 座新的闸站结合工程，同样，这一方案不需要新征土地，还相当于对老闸进行了彻底的“更新改造”，也减少了1 座水工建筑物。刘山二站、解台二站，也是采用了拆除老节制闸、老泵站，建新的闸站工程的方案。这些枢纽通过布置优化，既实现了原规划目标，又彻底解决了老工程的问题，也改善了泵站进出水和运行管理条件，减少了土地占用，总投资则与原方案相当。这些布局调整均取得了较高的环境、经济和管理效益。

2.3 优化布置

泵站枢纽的具体布置对泵站的运行平稳和运行效率有较大的影响。在总体布局方案确定后，通过必要的数学模型、物理模型试验，以进出水条件最优为原则，进行优化布置：对江都4 座泵站进水池的整流设施进行了大尺度的物理模型试验；为改善淮安四站的进水条件，放弃了四站与一站、二站同轴线布置的方案；淮阴三站布置的优化，还有效改善了现淮阴一站的进出水条件；对刘山站、解台站进水流态进行整体模型试验研究，该研究从常规试验时只注重泵站前池及进口流态的观察与调整，转变为定量分析和叶轮室进口流态的调整。通过优化，大部分的泵站进出水条件均调整到更佳状态。

3 泵站主机组

主机组是泵站工程的核心，也是泵站工程技术进步的标志。近15年来，江苏泵站工程在水力模型与流道、机组结构型式与贯流式机组、工况调节方式与机组关键部件等诸多方面均取得了新的进步。

3.1 水力模型与流道

3.1.1 水力模型

2004年，水利部南水北调建设管理局在全国公开征集适用于南水北调东线工程的水泵模型。扬州大学、江苏大学、无锡水泵厂和高邮水泵厂等单位提交了35 个轴流泵和导叶式混流泵模型。同年，对这些水泵模型进行了同台比对测试。测试成果表明，近50%的水泵模型高效区的效率达到84%以上，最高达到86.4%。1981年曾在中国农业机械研究院进行过全国轴流泵模型同台测试，当时低扬程水泵模型高效区效率的总体水平为81%以上，最高为84.5%。经过20 多年的努力，我国低扬程水泵模型的效率整体提高了3%左右。一批水力性能优秀的水泵模型研发，为泵站工程经济技术指标的提高奠定了基础。同时也形成了比较完整的水力模型“型谱”，使得水力模型的精细化选用成为可能。

3.1.2 流道

20 世纪80～90年代，业界对泵装置关注更多的是在水泵的水力模型上，而一定程度上对流道的水力性能关注较少。事实上，对于低扬程泵装置，流道水力损失的占比还是比较大的，同时流道内的流态也会影响机组的稳定运行。为寻找提升泵装置效率的新空间，近10 多年建设的大型泵站，都采用以数值计算为主、模型试验为辅的方法，对流道和水泵进行优化，即在数值模拟优化的基础上，再进行物理模型试验与验证；在单独的流道试验与优化、单独的水泵模型试验与优化后，再进行泵装置的综合试验与优化，提高了优化的深度和可靠度。经过多年的研究积累，已经形成了丰富的、成系列的流道结构形式及其相应的设计成果，实现了优秀水力性能与泵站土建之间的良好平衡。

3.2 机组型式与贯流式机组

3.2.1 机组结构型式

江苏的泵站大都为低扬程泵装置。从江都一站开始，江苏应用最多的是立式泵装置型式，立式泵装置中又以立式轴流泵装置最为广泛。2000年前建成的江水北调13 座泵站中，直联灯泡贯流泵仅1 座，立式混流泵仅2 座，其余10 座均为立式轴流泵。在其他水利工程中，偶尔可以见到齿轮箱传动的贯流泵（妇女河站）、斜式轴流泵（夏港站）、双向卧式轴流泵（秦淮新河站）。

对于扬程更低一些的泵站宜采用卧式机组型式，这在理论上是没有问题的。近15年，随着研究的不断深入和水泵制造技术的发展，江苏泵站的机组结构型式更加丰富多彩，突出表现在贯流式机组（包括灯泡贯流泵、竖井贯流泵、潜水贯流泵等）得到广泛应用。南水北调东线工程江苏境内新建的14 座泵站中，立式轴流泵泵站7 座，立式混流泵泵站2 座，卧式贯流泵泵站5 座。在城市防洪工程和区域排涝工程、江水东引、太湖水环境治理工程中，也大量采用卧式贯流泵。更加丰富的大中型泵站机组型式，更好地适应了不同区域、不同扬程、不同功能泵站工程的需要。

3.2.2 贯流式机组

贯流式机组具有水力性能优良、土建投资节省等优点。20 世纪90年代编制的南水北调东线工程规划方案里，江苏14 座新建泵站中，7 座为灯泡贯流泵，5 座为立式轴流泵，2 座为立式混流泵。淮安三站作为我国第1 座大型灯泡贯流式泵站，一直存在机组振动和噪音大、启动困难、超功率运行、汽蚀严重等问题，这在一定程度上影响了对贯流式机组的认知和认同。为此，江苏对淮安三站存在的问题进行了深入的分析，并以淮安四站、淮阴三站为载体，对立式轴流泵与贯流泵进行了系统、全面的比选。2004年10月，水利部主持召开《淮安四站、淮阴三站泵型选择专题论证报告》讨论会，建议淮阴三站选用贯流泵，并明确下阶段采用国际招标方式采购，视招标情况最终确定泵型。这次会议明确，一是低扬程更倾向于用贯流式机组，二是要引进国际先进技术。

为此，江苏组织有关工程设计、科学研究、设备制造等单位，对贯流式机组进行了系统、深入的研究。通过CFD 流动分析、内部流场激光测量、模型试验等手段，揭示贯流泵装置内部流动特性，提出了灯泡体和进出水流道设计模型。通过机组结构与制造工艺研究，解决了工况调节方式、机组传动方式、支承型式与轴承布置及密封、电机通风方式、机组制造工艺等关键技术问题。

2007年建成的淮阴三站选用灯泡贯流泵，单机流量33.4 m3/s，叶轮直径3.2 m，配套电机功率2200 kW，采用国内外技术合作模式制造，为整体式机组，无需现场组装。2011年建成的张家港泵站为竖井式贯流泵，单机流量17 m3/s，叶轮直径2.58 m，配套电机功率500 kW，时为叶轮直径最大的竖井式贯流泵机组。2012年建成的金湖站采用灯泡贯流泵，单机流量37.5 m3/s，叶轮直径3.35 m，配套电机功率2200 kW，为我国首次采用液压全调节且叶轮直径最大的灯泡贯流泵。2013年建成的泗洪站采用后置式灯泡贯流泵，单机流量30 m3/s，叶轮直径3.23 m，配套电机功率2000 kW。2013年建成的邳州站采用竖井贯流泵，单机流量33.4 m3/s，叶轮直径3.3 m，配套电机功率1950 kW，为我国首次采用液压全调节且叶轮直径最大的竖井贯流泵。灌河北站、善后南站、堂子巷站采用了潜水贯流泵机组，叶轮直径达到了2.0 m，单机流量达到10 m3/s。

经过10 多年全面深入的科学研究，加上引进、消化、吸收日本、荷兰等国的先进技术，有效提升了贯流式机组的技术水平和设备质量，实现了贯流式机组的大型化、一体化。从运行情况来看，机组运行的稳定性和主要水力参数、电气参数总体良好。

3.3 工况调节与机组关键部件

3.3.1 工况调节方式

1969年建成的江都三站，采用液压调节机构首次实现了大型立式轴流泵叶片角度的全调节。1986年建成的皂河站叶轮直径达5.7 m，也采用液压调节方式。2005年建成的宝应站采用引进日本的“中置式环保型调节机构”，能保证叶片调节的可靠、准确，实现了液压调节机构的升级换代。1996年江都一站更新改造时首次采用了机械调节机构，1997年建成的高港站实现了叶轮直径2.0 m 水泵叶片角度的机械调节，正在建设的新沟河江边泵站叶轮直径为3.15 m，也采用机械调节方式，将进一步实现机械调节水泵的大型化。金湖站灯泡贯流泵、邳州站竖井贯流泵均采用液压全调节，实现了大型卧式机组叶片角度全调节的重大突破。而淮阴三站、泗洪站采用高压侧电子变频装置，通过改变电源频率，能够在更大范围实现水泵机组的优化运行或更好地适应不同工况，更好地保证水泵机组本身运行的稳定性、可靠性，实现了水泵工况调节从叶片角度调节向水泵转速调节的突破。

3.3.2 电机推力轴承与电磁系统

传统立式电机的推力轴承基本上都是刚性结构、巴氏合金瓦。20 世纪90年代后期，实现了巴氏合金瓦向弹性金属塑料瓦的过度，一定程度上提高了轴承的可靠性。2002年淮安一站加固改造时，选用了碟簧支撑圆形瓦推力滑动轴承，采用该轴承后，淮安一站的电机可以整件运输，具有机组安装的难度小、周期短和轴承免维护等优点。2010年临洪东站更新改造时，也选用这种轴承，但该站电机较大，无法整体运输。

在电机制造方面，定子冲片采用高导磁、低损耗的硅钢片，用整卷硅钢片分割扇片，在自动生产线上冲制冲片。定子线圈采用聚酰亚膜薄膜铜扁线，先在自动绕线机上绕制成梭形，外包保护带后，再在自动拉型机上拉制成型，其后用数控多功能包带机器人进行绝缘层包扎。线圈以白坯软态形状嵌入定子铁芯并连成绕组后，进行绕组和铁芯整体VPI 处理。VPI 处理后的绝缘层致密、封闭，线圈与铁芯固化成一体。电机硅钢片冲片与叠压工艺的提升改善了电机的电磁性能，绝缘包扎和浸漆技术的改进提高了电机的绝缘性能。

3.3.3 水泵转轮与外壳

2005年建成的宝应站装机4 台套，采取2 台水泵的叶轮体与叶片调节机构等核心部件从日本引进，其余部分在国内生产的模式制造，对推进国内水泵制造水平的提高起到了示范作用。近10年来，机械加工技术和测量技术的进步，既使得叶轮模型的加工精度大大提高，更使得水泵叶片、导叶体的线型加工能够完全可控，提高了水力模型的实现度；叶片和叶轮外壳均选用抗空蚀破坏性能好的材料，加之水力模型具有良好的空蚀性能，水泵空蚀破坏的问题基本消除；叶轮头的密封、卧式机组的轴承密封等问题得到有效解决。水泵运行的可靠性大大提高，大修间隔期得以延长。

4 泵站辅助系统

泵站专用变电所是泵站运行的动力保障，而泵站辅机系统则为泵站运行提供条件保证。近10 多年来，水利行业转变观念，积极跟踪电力行业的技术发展，大力采用新型辅助系统和设备，提高了“动力保障”和“条件保证”的程度，为实现“无人值班、少人值守”创造了更好的条件。

4.1 变配电装置

水利行业长期沿用的户外变电所、配置充油设备的模式，其安全性与可靠性相对较低。1997年建成的淮安三站、泗阳二站，首次采用了35 kV户内式变电所。2002年底建成的淮阴二站，首次采用110 kV 气体绝缘金属封闭开关设备，并首次将110 kV主变压器“请”到了室内。其后，江苏新建和更新改造的大中型泵站，基本都采用了气体绝缘金属封闭开关设备和户内变电所的形式，可避免气候和环境条件对电气设备的影响，提高了设备的安全性和可靠性，减少了维修养护工作量；同时减少了占地面积，改变了泵站的总体面貌。变配电装置的水平基本与电力系统相当，基本可实现变电所的无人值班。

4.2 辅机装置

泵站运行过程中常见的问题是冷却水供应中断。原因是供水泵直接从进水池取水，容易发生进水口堵塞现象，且水质较差，容易在电机油槽冷却器水管中形成污垢而降低冷却效果。为此，一些泵站将冷却水由“开路系统”改造成“闭路系统”，使冷却水在排水廊道内循环，有的泵站采用了在排水廊道或在进出水池中设置冷却器的方式，实现了冷却水的全封闭循环。2005年将冷水机组（循环冷却装置）首次应用于泗阳二站，不但有效解决了该站电机推力瓦瓦温过高的问题，同时冷却系统的可靠性也明显增强，还减少供水系统的运行费用。刘老涧一站也将原直供式冷却方式改为冷水机组冷却方式。新建的泗阳站、洪泽站、刘老涧二站、皂河二站、睢宁二站，在建的石港站、遥观南泵站、九圩港泵站均采用循环冷却装置。

真空破坏阀是虹吸式出水流道必备的装置。2009年前，江苏泵站的真空破坏阀都是气动的，为此需要配置一套低压气系统。为解决泗阳二站机组启动时从真空破坏阀向外喷水的问题，首次采用了电动真空破坏阀，不仅解决喷水问题，也简化了辅机系统。泗阳站、洪泽站、刘老涧二站、皂河二站、睢宁二站、石港站都采用了电动真空破坏阀系统。

4.3 自动化

1999年江都站机组监控关键技术项目的实施，标志着江苏泵站进入现代意义的自动控制阶段。该监控系统在江苏水利系统首次采用分层分布式结构、PLC 控制、交流采样智能仪表、INTOUCH 组态软件等技术，在系统集成和大型泵站群在线优化调度系统方面达到了较高水平。近10 多年，江苏泵站计算机监控系统的结构基本上以面向网络为基础，系统级的设备采用以太网或光纤环网（FDDI）等连接到高性能的微机工作站、服务器。在被控设备现场，较多地采用PLC或智能LCU，通过现场总线与基础层的智能I/O 设备、智能仪表、远程I/O等相连接，构成现地控制系统，再与系统设备结合形成整个监控系统。

综合监控系统一般分为上级调度层、监控层和现地层3 层结构。上级调度层设在上级防汛调度部门，已经可以实现通过监控层进行遥测、遥控、遥视、遥调等功能。监控层通常设在泵站中央控制室，主要完成对现地控制单元的监控、运行参数采集，形成各种报表，上传泵站运行状态数据，下达上级调度指令；监控层主机通常按双机冗余设计，双机通过以太网通信。现地层设在设备现场，完成对现地设备的自动监测和自动控制。现地单元由可编程序控制器（PLC）、多功能电表、交流采样装置和各类传感器、继电器等组成。

泵站计算机监控系统可以实现对泵站主机、辅机、公用设备、配电设备等进行监视、控制、保护和调度等功能，包括数据采集与处理、监视与报警、控制与调节、数据记录与存储、人机接口、数据通信、系统自诊断与恢复等。江苏的泵站自动化系统已经能够满足泵站日常管理的需求，实现运行过程的控制与调节，为泵站工程的自动控制、优化运行和“无人值班、少人值守”创造了条件。目前，江都、淮安、皂河等水利枢纽已可以实现区域水工程群尺度的优化调度。

4.4 反向发电

反向发电是江苏泵站的一项特色。1969年建成的江都三站，首次实现了泵站发电，发电方式为变极、半速（250 rpm/125 rpm）；1983年建成的泗阳一站也采用变极、半速（375 rpm/187.5 rpm）方式发电。1996年建成的刘老涧一站首次采用机械变频机组（30 Hz/50 Hz）方式发电。1997年建成的淮安三站首次实现了灯泡贯流泵的同转速（370 rpm）发电。沙集站于2003年首次实现了立式混流泵同转速（300 rpm）发电。但受投资和技术的制约，这些泵站发电运行工况大都不是最优工况，处于“发多少算多少”的状态。

表2 GB/T 50265 与SL 430 泵站分等指标对比

进入21 世纪，江苏对具备水力条件的泵站，在其新建或更新改造时，均对最优发电工况进行了研究，根据最优工况选择相应的发电方式。2010年完成的江都三站更新改造工程，将变极半速发电改为机械变频机组（25 Hz/50 Hz）方式发电。2011年建成的刘老涧二站也采用机械变频机组方式发电，并结合刘老涧一站发电系统改造，实现了二站与一站共用1 套机械变频机组（30 Hz/50 Hz）。2012年建成的皂河二站采用同转速发电。2012年建成的泗阳站采用机械变频机组（20 Hz/50 Hz）方式发电。2014年对沙集站发电系统进行改造，将同转速发电改为机械变频发电（40 Hz/50 Hz），单机出力增加50%。2015年实施的淮安三站更新改造工程，拟配置高压侧电子变频装置，以解决抽水工况调节问题，相应地，该也将首次实现电子变频装置方式发电。目前，淮阴二站正在进行发电方式的研究，有望实现机械变频机组方式发电。通过合理的反向发电方式，实现了“能发多少就发多少”的状态。

5 存在问题与不足

工程建设总是与问题相伴相随的。大规模的泵站工程建设，也暴露出一些问题和不足，这些问题和不足，既有客观方面的也有主观方面的，既有技术方面也有经济方面的问题。需要不断的总结分析，推动泵站工程技术不断提高、不断进步。

5.1 南水北调与江水北调泵站等别的衔接

江苏的江水北调泵站和其他泵站，其等别和规模依据国家标准《泵站设计规范》（GB/T 50265），按照“装机流量”来划分。而南水北调泵站工程的等别和规模，则依据水利行业标准《调水工程设计导则》（SL 430），按照“引水流量”来划分。表2 为GB/T 50265 与SL 430 泵站分等指标对比。

这样，相同的流量，江水北调泵站与南水北调泵站出现了“等别和规模”上的差异。极端的例子是，皂河一站单机流量97 m3/s，总装机流量195 m3/s，是我国单机流量最大的泵站，其等别为Ⅱ等、规模为大（2）型；而新建的皂河二站，单机流量25 m3/s，总装机流量75 m3/s，但其等别为Ⅰ等、规模为大（1）型。工程等别与建筑物的级别、防洪标准密切相关，也与工程的投资密切相关。泵站“分等指标”的不同，带来逻辑上的悖论：江水北调泵站是否需要“加固”到与南水北调泵站相应的等别；50年的实践证明，江水北调泵站的等别是合适的，而且与所在地河道堤防等别、相邻建筑物等别是匹配的，那么，南水北调泵站是否需要更高的等别。

5.2 泵站特征水位与总体规划水位的衔接

江苏在1960年编制的《苏北引江灌溉电力抽水站设计任务书》提出了“以京杭运河为纲，四湖调节，八级抽水，使江淮、沂沭泗沟通”的规划目标，同时对京杭运河8 个梯级的水位作了安排。对于泵站而言，其上游水位、下游水位及上下游水位差（扬程）是关键参数，决定了流量、功率和效率，而下游水位还决定着水泵机组的运行状况和运行安全。对于梯级泵站，各梯级之间的水位配合，更直接影响着调水系统的运行状况和总体效率。

但从江水北调工程50年运行情况看，大部分梯级泵站的下游水位达不到设计水位。1983年建成的泗阳一站，运行10 多年，抽水期平均水位从未达到设计水位；而1994年建设泗阳二站时，又将二站设计下游水位提高了0.5 m。1997年建成的淮安三站，设计下游水位为6.0 m，1999～2002年抽水612 d，下游水位6.0 m以下达346 d、占57%，1999年抽水144 d，6.0 m 以下达120d、占83.3%。下游水位长期偏低是导致淮安三站机组启动困难、电机运行功率过载的主要原因。原有的刘山站、解台站也存在下游水位长期低的问题。

南水北调东线一期江苏境内的各级泵站，其设计水位与江水北调原规划水位基本一致。京杭运河沿线的规划水位线，在非农业用水期是基本能够实现的，且可以通过各梯级泵站之间流量的匹配进行调度。但在农业大用水阶段或遇到特殊干旱期，各梯级泵站的下游水位通常难以保证，相应的流量也就难以保证。因此，具体某座泵站的设计时，既要遵循规划水位，更要对历史水文情势进行统计分析，尤其是要对特定阶段的水文情况进行统计分析，把规划水位与实际水位进行对比，确定合适的下游水位和水泵叶轮安装高程，必要时应适当降低底板高程，以更好地保证泵站在下游水位较低时的抽水能力、运行安全性和装置效率。拆除重建的井头泵站，其设计下游水位依照南水北调规划，比老井头泵站提高了0.5 m。而新井头泵站已由原来的江水北调梯级泵站调整为专司灌区供水的泵站，灌溉高峰期井头泵站的下游水位或难以保证，而且该站是贯流泵机组。

5.3 机组关键参数与研究试验成果的衔接

科学研究是生产实践的基础，但不是全部。通过10 多年的研究，已经获得了一批性能优异的水力模型，并通过多次的模型试验得到验证。或许正是因为模型得到多次论证，因此采用模型数据时，往往把水泵、电机的各项指标都用到极致，并据此水力模型确定了机组的流量、效率以及电机的功率。客观现实是，许多大中型泵站现场测试的机组水力参数和电气参数，难以达到设计和招标文件的要求。某泵站改造前开展了大量的科研工作，提出了改造方案和技术指标，为分析改造效果，对该站同一台机组、用同样的方法和同一套测量仪器，对改造前后的泵装置效率进行了测试，测试结果表明，改造后的效率确实有所提高，但与设计要求相比还有较大的差距；噪音、震动性能也未见明显好转。如果上已述及的规划水位也不能实现，那么模型数据则更难以达到，泵站的水力参数和电气参数就会大大偏离预期。采用模型试验成果时要留有余地的另一个理由是，随着工程的运行，机组的各项指标都会下降，即性能衰减。

效率不仅仅是个技术问题，更是个经济问题。现在常用设计提出的指标来测算泵站运行成本和价格，就会造成测算结果的严重失真。所以在采用模型试验成果确定水力参数、电气参数时，要留有余地，在进行经济分析时更要留有余地。当前，要更多地测试和分析现实泵站的水力参数和电气参数。

5.4 泵站工程设计质量

大规模的泵站工程建设，导致设计力量不能很好地满足工程建设的需要，使得一些工程的设计深度不够，一些经验缺乏的设计单位所设计的项目存在较多的缺陷。在泵站布局和布置方面，如何更加节约土地占用、更好地发挥工程的综合功能、更加有利于生态保护、更加便于工程管理等方面考虑不足。在工程结构方面，优化研究不到位，导致泵站土建体量过大，结构不尽合理。

如某泵站的清污机桥布置在进水闸与泵站中间，且进水闸的胸墙底低于常水位；另一座泵站的清污机桥布置在500 m 长的进水涵洞出口与泵站之间，这样导致这2 座泵站的清污机难以发挥清污功效。个别泵站电机选型出现了较大缺陷，导致电机功率不够，不得不降低水泵流量或者更换电机。有的泵站甚至没有把电机转速、齿轮箱传动比搞清楚，直接按照水泵最优转速确定水泵叶轮直径，结果因实际转速达不到最优转速而使流量达不到设计要求。泵站的自动化与信息化目标定位欠当，一味追求自动化、视频化，且一味追求系统高配置的做法较为普遍。一些泵站的水系统、油系统设计得十分复杂，超出了功能需求，而过于复杂的辅机系统也导致辅机系统本身可靠性的下降。输变电工程前期工作深度不足，一些泵站的电力系统接入方案未经电力部门确认，往往导致工程实施过程中输变电方面增加的投资较多。

5.5 泵站工程施工质量

水利施工企业发展缓慢，人才（包括技术人员和技术工人）流失且后继乏人，使得水利施工企业创新、创优的动力和能力不足。与高速铁路、高速公路和建筑工程领域比，水利工程的施工技术进步不快，工艺水平不高，文明施工、安全施工程度较低，环境保护措施不到位。施工过程中，《工程建设标准强制性条文》（水利工程部分）的有关要求执行不到位，而与泵站工程密切相关的《工程建设标准强制性条文》之房屋建筑部分、电力工程部分的有关要求执行更不到位。混凝土工程的耐久性还没有普遍得到重视，早期碳化深度大且发展速率快。建筑物施工缺陷较多，混凝土表面平整度、光洁度不高，裂缝、窨潮甚至渗漏水时有发生，有时这也成为泵站工程过度装饰装潢的一个缘由。《节约能源法》规定的“国家实行固定资产投资项目节能评估和审查制度”还没有很好地在水利工程建设中得到落实。电气设备、水力机械的安装质量也低于电力和水电行业。

5.6 泵站机电设备质量

10 多年来电机、水泵技术的进步，并不意味着某座主机泵的质量就是好的。事实上，由于业主设立较低的最高限价，加之投标人之间的恶性和无序竞争，“劣币驱逐了良币”，导致泵站机电设备质量的下降。泵站机电设备的中标价一般都在概算价的85%以下，某泵站的主机泵中标价只有概算价的53%。另一座泵站主机泵的最高限价为2243 万元，6 个投标人，报价最高的为最高限价的76%，报价最低的仅为最高限价的37%。某大型泵站的电机运行3年，就有1 台发生了定子线圈短路（烧线圈）事故而返厂处理。某大型泵站主机泵安装好之后，发现转子的绝缘为0 MΩ，只有在现场采取浇注绝缘漆的措施补救。某泵站主机泵投入运行后不久，就出现了全部水泵的水导轴承非正常磨损，并造成水泵大轴轴颈部位磨损，同时主电机的推力轴承也出现了严重的故障。某泵站出现了2批到工的电机定子铁心长度不一致的情况。一些更新改造的泵站，普遍存在电机的噪音、振动、发热等性能劣于改造前电机的情况，电机的自重也大大减轻，因此也有理由怀疑电机的效率性能和寿命。电力电缆导体的截面积或电阻率不符合要求的情况时有发生。

6 结语

进入21 世纪的10 多年里，江苏新建和改造了一大批泵站，为江苏水利现代化增添了巨大的水资源供给、水灾害减除、水环境改善能力。同时，江苏泵站工程规划、研究、设计、建设的创新能力和技术水平大大提升。今后一个时期，江苏的泵站建设与管理应该在科学规划与协调设计、机电设备可靠性与混凝土工程耐久性、低碳建设与节能环保、自动监测诊断与优化运行、精细化管理与现代化等方面寻求新的进步。