基于多视角分析的泵站技术改造措施研究

摘 要：本文对泵站运行现状进行深入分析，与较为成熟的泵站更新改造技术相结合，针对由于泵站自动化水平低，设备老化较为严重，而导致泵站能耗高、效率低的现状，从机电设备、管路、控制技术等多个角度对泵站技术改造措施进行论述，从而达到提高泵站的运行效率，提高自动化控制水平，降低费用开销。对更新改造设计泵站、工程施工具有一定的借鉴和参考意义。

关键词：泵站；技术改造；多视角分析；改造措施

1 泵站现状分析

现有的泵站建设时间大多比较长，由于受到当时技术条件的限制，加上常年累月的运行，导致泵站运行可靠性较差、能耗高、效率低。有些泵站存在机电设备不配套现象，由于长时间的运行，很多泵站已超过了设备的规定使用年限，需要进行大修或更新改造。现有的大部分泵站缺少无功补偿装置，在一定程度上造成了能源浪费。泵站自动化水平不高，较低的可靠性，排灌水成本较高，加重了所处区域的使用费用。

2 电动机改造与水泵改造

研究泵站现场大量测试资料表明，从表面上看，许多泵站的电动机较为陈旧，而实际其运行效率较高。由于泵站的运行时间基本上都是在湿热的夏季，电机定子绕组在较高的温度环境下继续运行，导致绝缘材料的弹性逐渐失去，其质地变得硬、脆，龟裂、脱落的现象时有发生，严重影响了电机运行的安全性。针对电机长期运行的安全隐患，很多电机厂家开展采用新型绝缘材料，将电机返厂或者技术支持人员到现场拆除电机定子线圈，然后将新线圈重新镶嵌，并进行浸漆、烘干，使电机具备同类新产品的优良性能。采用这种方法改造后的电机，经过现场试验检测，其运行性能完全能够达到同类新产品的设计要求，相比重新购买同型号新电机，大概可以节约60%的经费。

水泵经过多年长时间的运行，由于遭受到空蚀以及泥沙的侵蚀，蜂窝麻面比较容易出现在过流部件上，甚至会导致过流部件的穿孔、剥落，使水泵的效率逐渐下降，但是泵体本身一般都会完好无损。这样以来，对那些有着比较合理設计选型的泵站，首先应当考虑对水泵进行改造，保持水工建筑物的原始状态基本不动，从而在达到缩短改造工期的同时又节约了土建开销。

2.1 借助非金属材料保护过流部件

针对那些水力模型好、选型合理，而且叶片没有大面积脱落的水泵，曾先后引进环氧金刚砂涂护技术、美国切斯特顿公司的ARC复合材料涂护技术，修复处理水泵损坏部位，取得了良好的社会效益。修复后具有抗汽蚀、耐腐蚀、耐磨性能，而且水力磨阻小、表面光滑，提高了水泵的效率。

2.2 更换传动部件

对低扬程使用高扬程泵的泵站以及水力性能较差的低效水泵，首先考虑改造或更换叶轮和导叶体的方法，对水泵进行改造。根据泵站设计参数，结构尺寸，性能要求，选购能与原泵相配的新部件对老部件进行更换，从而使老泵达到新泵的性能。

2.3 对管路和绝缘部分进行改造

根据当前泵站所处区域的地貌特点，布置管路时采取较为合理的路径，确保所选择的路径最短；闸阀、弯头等部件在管路铺设中尽量少用，使管路水头损失尽量减小；同时要对防止漏气、漏水动力设备加强改造力度。很多机组主电机型号为同步立式电机，其电压等级，定子绕组设计部分是环氧粉云母绝缘，因其绝缘等级较低。此外，电机接线柱外露，易受潮导致电机绝缘性变差；由于电缆是油浸铝芯电缆，绝缘性能较低时容易起热，甚至引起火灾。更换绕组是绝缘改造的核心工作，将绝缘等级以及电压等级提高。这种泵站技术改造采用更换主机绕组，更新绝缘受损旧线圈，提高绕组绝缘等级；加强了定子线圈中的导线绝缘及对地电阻，可避免绝缘老化加速；提高电压等级，使变压器的运维费用降低，使运行操作更为简便，更利于实现泵站自动化控制。

3 改造调叶装置与增加无功补偿

3.1 改造调叶装置

选用机械调节代替液压调节，泵站由全调节轴流泵的调叶机构，工作原理：通过压力油作用于活塞，使活塞作上、下轴向运动，并带动转子体的叶片转动。液压调叶原理和结构都比较简单，经过多年工程技术实践的沉淀，在技术上较为成熟。

3.2 增设无功补偿装置

大多数中小型泵站都没有配备无功补偿装置，这就增加了系统的能量损耗。把补偿并联电容器与电动机主控制开关并接，在电动机定子绕组引出端子的电源线上，与电动机共进退，形成随机补偿。

4 对控制方式的改造

水泵的控制手段与能否及时排水密切相关，自动控制有助于及时排水，减少集水池容积。泵站自动控制功能应能够满足泵站机组启、停和变电所操作规范所规定的要求。通过指令完成对机组的启、停控制，自动检测机组启、停条件，当满足某种条件时，执行操作。对所有设备设置自动和手动两种控制方式，并设置静态试验。当机组因事故而导致停机时，辅助设备应当同时关闭。系统主要控制包括：主机机组控制；变电所主变压器、站用变压器、电容器等控制；泵站辅机设备控制；励磁设备自动调节与控制；上下游闸门、水利枢纽中闸门的控制。当上述控制均安全可靠时，可实现远程调度控制。

5 泵站自动化改造

泵站自动化技术依赖于计算机技术的发展，随着远动技术的发展与进步，泵站自动化系统已经开始逐渐应用起来。泵站自动化包括：自动化监控、继电保护、自动装置等设备，将保护与控制等功能集中起来，利用通信与网络技术实现信息共享的二次设备系统。泵站自动化能够实时地采集电气量；监视、调节电气设备的运行状态，完成对泵站的监视和管理，从而确保泵站能够长时间安全运行。当发生事故时，通过采集瞬态电气量，实现监视与控制，迅速将故障部分切除掉，使事故后的泵站恢复正常。

结合泵站的实际状况和自动化系统的特定需要，泵站综合自动化可以采用分层分布式结构，分设监督控制、泵站管理和决策管理，各层间通过拓扑连接。现场采用总线式或星形结构，泵站管理采用总线式或环状或星形结构。决策管理利用公共数据网络或者专用水情数据网络连接，完成水情调度和数据传输等工作。

参考文献

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[2]周元.自动化控制技术在泵站中的应用[J].科技资讯，2009.

[3]谢波.我国泵站自动化设备运行现状及建议[J].中国水能及电气化，2009（1）.

作者简介：王荣国（1976-），男，高级工，江苏省江都水利工程管理处。