浅谈扬水泵站的发展与创新

张建铭

(宁夏吴忠市利民供水有限责任公司，宁夏吴忠 751100)

浅谈扬水泵站的发展与创新

张建铭

(宁夏吴忠市利民供水有限责任公司，宁夏吴忠 751100)

宁夏同心扬水工程于1975年建成通水，解决了宁夏南部山区人畜饮水和灌溉问题，效益显著。此后，在30年中又先后建成固海扬水、盐环定扬水等十余处大型扬水工程，为改善该地区的生态环境、提高人民生活水平做出了重大贡献。由于扬水站多建在人烟稀少的荒漠之中，交通不便，给泵站运行带来诸多困难。近年来实施泵站自动化“无人值班”技术。由于经验少，建设标准低，运行不够安全可靠，目前仍需人工操作。笔者经过对泵站运行状况的调研，认为有必要对泵站进行技术创新，提质增效。泵站“无人值班”运行的现代化管理一定能够实现。

扬水泵站；自动化“无人值班”技术；技术创新；提质增效；站间配水

1 扬水工程概况

1.1 灌区建设前的基本情况

宁夏回族自治区地处我国西北边陲，是回族较集中的少数民族地区。全区面积6.64万km2，人口680万，回族占全区人口的33.3%。宁夏中北部为银川平原，自古引黄河水灌溉，通称引黄灌区，黄河水到之处，渠沟纵横，旱涝保收，人称“塞北江南，鱼米之乡”。宁夏南部山区是引黄灌区以外区域的统称，主要包括固原市6个县区，吴忠市的盐池、同心，灵武市的部分山区以及中卫市的海原县、中宁县和沙波头区的部分山区，面积约占全区的4/5，人口约占全区的一半以上。该地区长年干旱少雨，年降雨量不到300mm，地表水与地下水均量少，而且水质差，高氟水分布广，危害大，当地人民氟病严重，生活极度困难。

1.2 扬水工程的起源与发展

新中国成立以后，从无到有建成中小型水库193座，打机井1590眼，解决了35.7万人口、70万只牲畜的饮用水问题。由于当时资金困难，绝大部分地区人、畜饮水和灌溉问题还得不到解决。1973年，在延安西北水土保持会议上，水利部同意宁夏修建小规模扬水工程。为解决南部山区长期干旱、人民生活无法保证的问题，自治区党委和人民政府决定从黄河七星渠引水兴建同心扬水工程。该工程于1975年6月开工，1978年5月竣工，历时2年11个月。同心扬水工程是当时宁夏首建较大的电力提水工程，工程由四座梯级泵站组成，总扬程253.1m，流量5m3/s，干渠长93.75km，安装单级双吸卧式离心水泵36台套，总装机容量1420kW。工程建成后，解决了7万人、30万头牲畜的饮用水问题，灌溉面积8万余亩，平均亩产由83.35kg增加到593.7kg。灌区农业生产发生了巨大变化，树木成林，荒漠变良田，一片新的塞北江南新景象。在总结同心扬水工程的基础上，先后建成扁担沟、南山台、固海、盐环定、红寺堡、固海扩灌及宁东工业园区供水工程等十几座大中型泵站。随着扬水工程的建成，中南部山区的荒漠不毛之地变成高原绿洲，生态环境发生了显著的变化，工、农、牧业发展较快，经济蒸蒸日上，人民的生活水平有了很大提高。

2 工程现状及存在的问题

2.1 工程现状

宁夏中南部山区多数扬水泵站建在荒无人烟的区域，距城镇较远，交通不便。春季风沙多而强度大，时常将房屋及道路掩埋，冬季荒郊野外气温低，取暖设施较差，给泵站人员的工作和生活带来不便，职工就医、子女上学困难更大，一时难以解决。

扬水工程自20世纪70年代兴建以来，到目前已经运行30多年，扬水设施超期服役，带病运行，扬水设备能耗增大，效率低下。近年来对老泵站进行了改造，更新了主要设备，采取信息自动化技术，以实现泵站“无人值班”“少人值守”的运行管理模式。但由于建设标准低，尚存在一些问题需要解决。

2.2 工程存在的问题

改造后的泵站主要设施（设备）自动化水平较差，与自动化设备匹配不当，安全运行存在诸多问题，至今多数泵站未能够实现“无人值班”运行管理。具体表现如下：

a.泵站多数机组采用单级双吸卧式离心水泵，配套鼠笼式异步电动机，该机型32英寸以下机组的轴承为滚动式，32英寸及以上机组，功率大的采用滑动轴承，功率小的采用滚动轴承。凡采用滚动轴承的机组均可直接启动，不必盘车；采用滑动轴承的机组在启动前必须进行人工盘车，使轴与瓦之间形成油膜层，使高速启动时轴承不至受损，泵站有滑动轴承的机组需留有3～5人在机组启动时盘车。

b.扬水系统多由梯级泵站构成，站间有灌溉任务，当灌水量发生变化时，运行人员必须及时对前后级泵的输水量进行调整，或更换（增减）机组，或进行退水（弃水），如果站间渠系输水量匹配不好，轻则扬水系统停止运行，重则渠道决口，造成水害。

c.离心水泵在开机前要排除泵内及进水管内的气体，否则水泵不出水，引起振动，目前仍是人工排气。

d.渠系支、斗渠供水闸多数由渠道运行工现场操作，渠道闸门多，劳动强度大，渠系配水困难，有时因闸门关闭不及时而造成灌水失控，淹没农田。局部灌区实施农业水价综合改革，安装了电动闸门和自动量测水装置，对渠系配水起到了一定的作用。由于自动化水平较低，量测水误差大，用水户有意见。

e.泵站室内外照明、室内温控、人工测报、泵站安防设施的自动监控尚未解决，存在一定隐患，目前仍要人工值班，

由于扬水泵站运行中存在以上诸多问题，“无人值班”“少人值守”的运行管理模式目前均没有实现，当务之急是对扬水设施（设备）进行改进，提升系统自动化水平。

3 更新扬水工艺，提升泵站自动化水平

泵站“无人值班”是一种运行管理模式，而采用微型计算机及先进的通信技术，与泵站扬水设施（设备）有机结合，使扬水工艺流程发生变革，是“无人值班”泵站可靠的技术支持和物质基础。泵站扬水设备（包括附属设备）除了具备扬水能力外，还需具有与计算机及通信系统相结合的功能，如此才能形成扬水系统信息自动化体系。信息自动化体系是“无人值班”泵站安全可靠运行管理的基本保证和发展方向。

3.1 水泵的选型与配置

在多级泵站中，水泵扬程一般较高，因此多选用单级双吸卧式离心水泵，水泵最高扬程可达120m，最大流量可达10m3/s。选型与配置要求如下：

a.水泵壳体为蜗壳式，球塞铸铁，泵轴采用45号优质钢筋调直热处理，叶轮为不锈钢材质。

b.泵站容量确定后，单台机组流量选大一些，台数少一些，每台泵的技术特性应一致。

c.为了适应梯级泵站站间配水，变频机组的扬程应高于计算扬程10%，流量大于计算流量的20%。变频机组根据上一级站的来水量及下一级站的需水量自动调节站间的输水量，以达到梯级扬水系统站间输水平衡，减少弃水，确保渠道行水安全。

d.同一输水管道的变频机组应统一调频，以免单台泵因压力差而发生抢水现象，降低运行工况。

e.800S及以下的中型水泵，应尽可能选用滚动轴承（因滚动轴承不需盘车即可启动），800S及以上的大型泵采用滑动轴承。选用滑动轴承应配高压油顶起装置。机组启动前主轴在高压油的作用下抬起，与轴瓦形成微量间隙，使轴与瓦间充油，当机组启动高速旋转时，不至损坏轴承，免去人工盘车，为无人值班泵站创造条件；泵站机组台数较少时，也可采用出水阀旁通水（在出水阀旁安装电动球阀，球阀在机组启动前开启），使出水管高压水倒流，推动水泵倒转数圈，代替人工盘车，倒转圈数根据油膜形成要求设置。

水泵轴体应分别安装温度传感器，用于测量轴承温度。在机组启动前，必须将水泵及进水管内空气排空，否则水泵起动后发生振动、不出水，严重时会损坏水泵。为了排气，在水泵顶部安装电磁阀和示流器，机组启动前打开电磁阀，使空气排出，当示流器指示气体排空时，电磁阀关闭，机组可以启动。如采用正吸程取水时，可安装真空泵，用来抽取水泵及管内空气。

3.2 电动机的选型与配套

a.电动机是水泵的动力，选型应按照水泵的安装场所、环境条件、轴功率及转速配套进行。300kW及以下中小型电动机多采用380V电压，鼠笼式异步电动机；300kW及以上大中型电动机采用3000～6000V电压，鼠笼式电动机。考虑泵站无功功率补偿，可配置40%容量的同步电动机。

b.小型电动机一般采用铸造壳体，大、中型电动机采用钢板焊制壳体，不论那种机壳均应考虑电动机通风散热，中、小型电动机采用自然通风散热，大型电动机应考虑强制通风散热。

c.电动机转速与水泵一致，水泵如抽取黄河水，配套功率应大于水泵轴功率的5%～8%。

d.电动机三相绕组内分别安装2只温度传感器；轴承各安装一只温度传感器；电动机铁芯安装2只温度传感器；出风口安装2只温度传感器。

e.恒压变量水泵所配套的变频电动机，也可选用鼠笼式异步电动机，因该型电动机控制系统简单，故障少，易维护。

f.电动机与水泵同轴连接，盘车问题与水泵共性问题可一并解决。

3.3 进出水阀门的选型与配置

水泵的进出水阀门一般选用蝶阀。因为蝶阀开启、关闭时间短，功率小，维修简便，寿命长。进水阀为检修用阀可采用手动，大型阀采用手、电动两用。出水阀为工作阀，水泵停机时为避免一次关闭阀门而产生水锤现象，出水阀采用微阻缓闭液控蝶阀，通过调节阀门快慢关闭角度和时间避免产生水锤，当机组突然停电时，储蓄的能量可自行关闭阀门，避免管道水倒流。选用的阀门工作必须安全可靠，起到对机组和管道的保护作用，要求电控箱配置PLC可编程控制器。

3.4 闸门的选型与配置

泵站及渠道配置的闸门，一般多为手、电动两用铸铁闸门，配套启闭机2～10t。泵站闸门用于进水及出水；渠道闸门用于支、斗渠进水和控制进水流量。随着农业水价综合改革的推行，支、斗渠进水闸门实施自动量测水，按水量收费。为保证测水精确度，在支、斗渠进水闸门下游稳流处设测水标准断面，用磁致伸缩水位计测量断面水位，经计算机处理得出流量。由于干渠水位的变动，流过闸门水的流速发生改变，测得的流量与购水量差异较大，用水户有意见。为此要对闸门进行必要的改进，在闸门上方安装智能式电动执行器，当闸门上游干渠水位发生变化时，现场PLC将水位差值传送给智能式电动执行器，执行器将根据水位差值调整闸门的孔口尺寸，确保输水流量的准确度。

3.5 变压器的选型与配置

扬水系统选用的变压器分为主变压器和站用变压器。

a.主变压器是泵站供电用电力变压器，变压器容量一般在1000kVA以下，电压在110kV以下，设计为“泵变合一”，即变电站的控制、监测、保护及站用电与泵站共用，运行管理在一起。容量在2000kVA以下多采用干式变压器，安装于室内，2000kVA以上采用油浸式变压器，安装在室外。

b.站用变压器是为泵站、变电站提供用电的小型配电变压器，容量一般在50～500kVA之间，电压在6～10kV，电源来自主变压器。

3.6 其他设施（设备）选型与配置

泵站除了主要设备以外，还设有为主要设施（设备）服务的其他附属设备，如轴流排风机、室内外照明灯具、防盗报警及火灾报警装置等。在无人值班的泵站中，以上设备必须与信息自动化系统结合起来，受系统监控，在无人值班的情况下能正常工作，起到对泵站主要设施（设备）服务的作用。

a.轴流排风机。目前风机的运行受人工操作与监视，在无人值班的泵站中由温度传感器自动监控，实现智能化运行。

b.泵站室内外照明。室内外照明也应由信息自动化系统来实现，用时间或光照来监控。

c.泵站监控。利用泵站室内、外摄像机和视频系统，实时录像或报警。泵站安装门卫进出识别设施，巡检人员、值守人员持出入识别卡片进入，外人来访可与值守人员联系进出。

4 提升扬水系统自动化水平，实现泵站“无人值班”运行

近年来，随着微电子技术、计算机技术和通信技术水平的不断提高，扬水泵站信息自动化技术得到了快速发展。计算机监控与通信网络在泵站中的应用，使泵站信息自动化技术发生了根本性的变化，传统泵站已不能满足现代化扬水系统管理的需求。因此，在新建泵站和老站改造中，应重视对泵站机电设备的改造和创新，以适应信息自动化的要求。采用信息自动化技术，可以改变传统泵站分散管理的方式，系统采取分层分布式（即调度中心控制层、泵站监控层和现场单元控制层）与集中式相结合的结构形式，将多处分散的泵站集中到调度中心统一管理，实现全天候远程监控，各泵站不再设置运行人员，只由1～2人进行设施（设备）维护，实现泵站“无人值班”“少人值守”的运行管理方式。

4.1 调度中心主控层（级）

调度中心主控层（级）作为扬水泵站监控主站设在扬水管理处，对分散的N个泵站实施全天候远程监控，信息汇集、分析处置统一调度。

调度中心主控层（级）配置工业控制计算机2套、存储服务器1套、调度员工作站2台、交换机2台、工程师工作站1台、大屏幕显视系统1套、通信服务器2台、打印机2台、网络柜1台、硬盘录像机1台、路由器2台、UPS电源1台、语音报警系统1套。

4.2 泵站监控层（级）

泵站监控层（级）主要负责对泵站及渠道现地单元实施监控，完成调度中心主控层与现地控制单元信息传递，为定期巡检、设备调试提供条件，确保泵级设施（设备）完好无故障。该层设备安装在泵站控制室内，配置工业控制计算机（兼操作员服务器）2台、视频服务器1台、硬盘录像机1台、交换机1台、路由器1台、网络柜1台、UPS电源1台、打印机2台。

4.3 现地单元控制层（级）

现地单元控制层（级）以PLC为核心，对泵站、变电站、渠道自动化设施（设备及元器件）信息进行采集、分析和处理，为泵站级传递信息，接受泵站的指令。该层配有下列设备：

PLC可编程控制器（根据需要）1～2台；微机继电保护单元（在高低压柜上）；智能式电动闸门执行器（与闸门配套）；温度传感器（在变频器、水泵、电动机上）；压力传感器（在管道上）；液位传感器（在前池、出水池、测水断面上）；瓦斯传感器（在变压器上）；位移传感器（在闸门、阀门上）；烟雾传感器（在主、副厂房内）；安防设备（根据需要确定数量）；高清红外线球形摄像机（室外）；高清红外线枪形摄像机（室内）。

4.4 通信方式

该工程信息自动化系统由计算机监控系统和网络通信系统组成。网络通信系统是设在各泵站与调度中心的整体PDH光纤专用通信网络，用于全计算机监控系统、视频系统、语音程控交换系统，以及其他方面的通信。扬水系统与全区水利专网的通信，可租用当地电信公司提供的运营虚拟专网（VTN），为该系统构建安全的内部互联网系统，满足扬水系统通信点多、面广、分散的需求。

5 强化泵站管理，保障设施完好率

泵站管理是对泵站运行、维护及实施活动的管理。管理是生命，管理出效益，管理是社会发展对一切事务制度化、规范化、标准化及效益化要求的必然结果。作为现代化泵站，尤其是信息自动化远程监控“无人值班”的泵站，管理极为重要。管理不到位，泵站就不可能达到无人值班运行的目的。因此，必须强化对泵站的制度化管理。

5.1 制度化管理

必须建立健全泵站运行管理人员培训使用制度、设施（设备）维护巡回检查制度、安全监督制度。制度应建立在国家及本行业法律法规、技术规范规程的基础上。应确保管理行为的合法性、科学性和经济性，使泵站扬水更好地发挥效益。

5.2 人员培训

对泵站的管理人员、技术人员、运行人员和设施（设备）的维护、巡检人员进行专业技能培训，提高其专业技术水平、操作能力和责任心。

5.3 设施（设备）更新

对已到使用年限、技能落后的设施（设备）应及时更新，确保设施（设备）的可靠性、安全性，以使扬水系统设施（设备）的完好率不断提升。

5.4 新技术推广和应用

在大众创新的时代，先进技术、设备和材料不断涌现，效益显著。泵站应重视扬水新技术的推广和应用，对现有软件应不断更新，使其发挥更大的作用。

6 工程效益分析

6.1 社会效益

泵站的扬水给该地区的人畜饮水、灌区作物生长、景观水系、生态环境提供了有力的供水保证，工业、农业、畜牧业得到发展，人民生活显著提高。实施信息自动化运行，设施（设备）供水保证率提高，不误农时，社会效益显著。

6.2 经济效益

泵站实现无人值班，降低运行费用，采用变频站间配水，保障灌溉用水渠道安全，减少弃水，水成本降低；采取闸门自动量测水，供水合理，降低水价，用水户满意。

7 结 语

宁夏中南部山区自1975年建设同心扬水工程至今，各扬水工程建设速度快，效益显著。由于泵站自然条件差，职工生产生活困难，运行成本较高。近年来，通过对新建泵站和老站的改造，采用泵站信息自动化技术，解决泵站“无人值班”运行管理问题。由于建设标准低，设施（设备）配置不够合理，泵站运行一直处于人为作业状态。

为了实现泵站“无人值班”“少人值守”运行管理，更新改造现有泵站的扬水设施（设备），提升自动化（智能）水平，促进扬水设施（设备）与信息自动化系统有机结合，以自动（智能）化代替人工作业，是降低扬水成本、减轻用水户负担、提高供水保证率，实现扬水泵站现代化管理、保障扬水泵站持续发展的唯一途径。

Brief Discussions on Development and Innovation of Lift Pum p Station

ZHANG Jianming
（Ningxia Wuzhong Limin Water Supply Limited Liability Company，Ningxia 751100，China）

Ningxia Tongxin water-lifting project was completed and began to provide water in 1975.It helped resolve drinking and irrigating problems of people and livestock in mountainous areas in South Ningxia with remarkable effects.In the 30 ensuing years,it has built 10-odd large-scaled water-lifting projects such as Guhai water-lifting and Yanhuanding water-lifting and has contributed greatly to improving the region’s ecological environment and boosting people’s living standard.As lift pump stations are mostly built in sparsely-populous desert with inconvenient traffic,it brings lots of difficulties to operation of pump stations.Autonomous‘unattended’technologies for pump stations is put into force in the late years.Thanks to scarce experience,low construction standards and unsound operation,artificial operation is still in need.After carrying out research on the operational status of pump stations,the author reckons that it is imperative to conduct technological innovation on the pump stations to boost quality and efficiency.Modernized management with‘unattended’operation in pump stations can come true.

lift pump station;autonomic‘unattended’technology;technological innovation;quality and efficiency boost; water distribution in stations

TV675

A

1673-8241（2016）12-0032-06

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.12.009