某县新增千亿斤粮食产能规划泵站工程典型设计

冯露 刘锦雯

某县新增千亿斤粮食产能规划泵站工程典型设计

冯露 刘锦雯

一、工程概况

某泵站建于20世纪80年代，现状为2台12吋混流泵站，设计流量为0.2m3/s。由于灌溉面积增加，不能满足现状灌溉要求，且现状破损严重，拟拆除重建。

1.设计基本资料

（1）设计标准

灌溉面积为2000亩，灌溉模数为2.5m3/（s·万亩），则灌溉流量为0.5m3/s。

（2）建筑物级别

该站站设计流量为Q=0.50m3/s，泵站装机容量55kW，根据《泵站设计规范》（GB50265-2010），泵站工程级别为5级。

（3）地震烈度

该站址所处位置地震基本烈度为7度，相应地震动峰值加速度为0.10g。

（4）设计参数

该站的特征水位详见表1。

表1 特征水位表

2.工程地质

钻探深度范围内的土层可分为7个工程地质层：

1层：素填土（Q4ml）。以灰黄色、黄褐色黏土、壤土为主，局部含植物根系。

2层：轻粉质砂壤土（Q4al）。灰黄色，湿，稍密，无光泽反应，摇振反应迅速，低干强度，低韧性。

3层：粉质壤土（Q4al）。灰黄色，软塑，稍有光泽反应，低干强度，低韧性。

4层：轻粉质砂壤土（Q4al）。灰黄色，湿，稍密，无光泽反应，摇振反应迅速，低干强度，低韧性。

5层：粉质黏土（Q3al）。灰黄色，软塑，稍有光泽反应，中等强度，中等韧性。

6层：黏土（Q3al）。黄褐色，局部夹灰白色、灰绿色，硬塑局部可塑，稍有光泽反应，高干强度，高韧性，含钙质结核、铁锰结核，含砂姜，局部为砂姜团，坚硬。

7层：中砂（Q3al）。灰黄色，中密～密实状，饱和，矿物成份有石英、长石及云母碎屑等，颗粒级配一般，局部夹有薄层硬塑状粉质黏土，孔深20m，该层未揭穿。

二、水泵选型

1.特征扬程

设计净扬程＝10.60-7.00=3.60m，初估管路损失为15%，则设计扬程为3.60×（1+15%）=4.14m。

2.泵型选择

选用1台混流泵，流量为0.50m3/s，查水泵样本初步拟定水泵型号为500HW-6，具体水泵性能曲线及性能参数见下图1、表2。

3.水泵工况点校核

图1 500HW-6型混流泵性能曲线图

表2 500HW-6型混流泵工作性能参数表

依据管路布置，计算出管路损失扬程：

局部损失计算（见表3）：

表3 局部损失系数计算表

计算出局部损失h局=1.50。

沿程损失计算（见表4）：

表4 沿程损失系数计算表

计算出沿程损失h沿=0.21。

所以管路总水头损失为hf=h局+h沿=1.71。

则总扬程为3.60+1.71=5.31m。

水泵在H=5.31m工况下，查水泵性能曲线得出，水泵在该扬程下Q= 0.59m3/s，η=81%，满足灌溉要求。

选用Y315M-10型电动机，配套功率为55kW。

三、工程设计

1.总体布置

泵站采用500HW-6卧室混流泵机组，采用干式型泵房，斜坡上采用混凝土护坡。泵房平面尺寸（含配电间、管理房）为10.0m×5.0m。泵站出水池直接与渠道连接。

2.主要高程的确定

（1）水泵安装高程校核

由下列公式先计算H吸：

其中：Hx—水泵安装高度；

hx—吸水管路中的水头损失；

［NPSHr］—水泵的允许汽蚀余量；

常温下直接可以采用：

代入相应数据得：Hx=10-0.14 -5.5=4.36m

水泵最高安装高程=最低水位+4.36=7.00+4.36=11.36m

水泵轴线高程为9.20m＜11.36m，从比较结果可以看出，符合要求。

（2）电机层楼板高程

根据规范要求，电机层高出外河防洪水位水位0.5m，并高出泵房外地面0.2～0.3m。结合室外地面高程确定电机层高程为9.80m。

（3）泵室底板高程

根据现场实际地形和500HW-6型卧式混流泵的安装要求，确定泵室底板高程为8.00m。

（4）出水池顶高程

出水池顶高程H顶〉H设＋h设计水位H设为10.60m。安全超高h=0.50m。

H顶〉H设＋h＝10.60＋0.50

=11.10m。

同时结合地形，H顶取11.10m。

（5）出水池底高程

根据水泵出水管及出水侧设计水位并结合地形，出水池底板高程确定为9.40m。

3.辅机系统

本工程选用混流泵，需要在开机前抽出水泵进水管路中的空气，因此配用一台套5.5kW水环式真空泵。

4.泵室稳定计算

稳定计算中考虑基础底面与地基之间的摩擦系数f=0.35，墙后回填土的物理力学指标取值为：湿容重γ湿=19kN/m3，饱和容重γ饱和=20.0kN/m3，浮容重γ浮=10kN/m3，等值摩擦角Фd=28°。稳定及基底应力计算成果见表5。

表5 稳定计算成果表

底板位于地基土第2层，土质轻粉质砂壤土，地基承载力为100kPa，由上表可知，泵室的抗滑安全系数及不均匀系数满足规范要求。

四、电气设计

1.接入电力系统方式

河涯灌溉站设有1台500HW-6混流泵，配套1台Y315M-10异步电动机，单机功率为55kW，电机电压等级为0.4kV。本次电气设计用电采用附近现状10kV供电线路供电，设计范围为10kV终端杆以下的内容，包括泵站内电动机控制、保护、动力、照明等内容。

2.电气主接线

泵站为小型泵站，采用1台主变，电源侧采用线路－变压器单元接线或单母线接线，电动机低压母线采用单母线分段接线，主变压器的高压侧装设跌落式熔断器，低压侧设有断路器。

考虑到投资限制，采用油浸式变压器。

3.主变容量选择

初选1台80kVA油浸式变压器向主机供电，变压器型号为S11-M-80kVA-10/0.4kV，Ud%=4.0，D.yn11，变比为10/0.4kV。计量方式采用高供低计方式。

电动机功率为55kW，启动电流为6.2倍的额定电流，根据电机样本，查得电动机的电气参数如表6所示。

表6 电动机参数表

电动机总装机容量计算公式如下：

电动机总装机视在功率Sc= 80.78kVA，有功功率P=59.78kW。

根据《35kV及以下客户端变电所、居住区供配电设施建设标准》（DGJ32/J 14-2007）中相关规定，本泵站不需要进行无功补偿。

另在选择变压器时考虑到变压器自身的损耗，根据有关设计规程及设计手册，将计算过程列表如表7所示。

表7 全泵站负荷统计表

根据计算出来的视在功率，需要92.02kW，但是考虑到泵站的所有电气设备非同时启动，故选择主变的型号为S11-M-80 kVA-10/0.4kV，Ud% =4.0，D.yn11，变比为10/0.4kV。

4.电动机启动方式的确定

根据已确定的设备配置和接线方案，按一台80kVA的变压器拖动一台电动机运行时的最不利的条件进行计算，母线启动压降为：

由于采用低压异步电机，电机采用直接启动方式启动电流很大，对电网的冲击非常大，根据上述母线压降计算，母线压降为25.04%，大于容许的15%。因此电机无法直接启动，为此电机配套软启动装置以满足启动要求。

5.控制、保护与测量

电动机额定电流为122.7A，电压等级0.4kV，则变压器高、低压侧总额定电流为：

根据控制柜内电气设备元件的外形尺寸，低压控制柜型号选用固定式GGD标准柜，具体电气设备规格型号可查泵站的电气主接线图。

泵站机组运行采用手动控制方式，直接在开关柜上进行操作。

控制柜内装设软起动装置，确保电机顺利起动。软起动装置配有缺相、短路、过载保护等装置。

电气测量根据《电测量仪表装置技术规程》要求设置，测量表计选用数字显示仪表。

6.过电压保护及接地

接地网由自然接地体组成，自然接地体由泵站站身内钢筋、出水池底板、梁内钢筋及其他金属构件组成。同时泵站主厂房屋面四周装设避雷网，中间形成网格，利用建筑物柱内的主筋引下与泵站底板下的接地网相连，形成整个防雷接地系统，整个接地网接地电阻不大于4Ω。泵站内所有电气设备的外壳均须与接地网可靠焊接。

7.电工试验设备

泵站配置必要的电气试验设备供平常使用，而每年的电气预防性试验，可委托有电气试验资质的单位进行完成。

8.消防设施

站房内设置1套手提式干粉灭火器，在电缆沟设防火分隔物，进出厂房的电缆通道用防火包封堵，以隔绝火源。

9.电气设备布置

变压器采用室外杆式安装方式，做法应满足《35kV及以下客户端变电所建设标准》。低压开关柜布置在站房内，布置方式应满足相关规范要求■

（作者单位：安徽省大禹水利工程科技有限公司230088南水北调东线江苏水源有限责任公司210000）