獭湖泵站机电技术改造方案比选

茹宇田

（深圳市东江水源工程管理处，广东 深圳 518000）

獭湖泵站位于深圳市龙岗区松子坑水库11#坝后，东江水源工程6#输水隧洞出口左侧，泵站工程于2002年9月建成后投入运行，共设六台机组，四用两备，总装机容量为6×280 kW=1680 kW，泵组额定扬程为12.5 m，单机额定流量为1.7 m3/s，总设计流量6.8 m3/s。泵站作用是将参与调蓄的部分原水抽送到松子坑水库，以满足周边水厂用水及东江水源供水工程因定期检修或事故检修时的返供。獭湖泵站原设计为水库调蓄泵站，近几年来，随着周边工业园区快速发展、坪山区的成立以及深圳东进战略的稳步推进，泵站周边片区的自来水厂年供水量稳步上升，獭湖泵站也将由调蓄泵站升级为供水泵站。但由于泵组高水位运行时出现过载现象，存在安全隐患，为确保水库扩建工程发挥调蓄功能作用及泵站正常运行，需要对泵站电机进行技术改造。

1 泵组存在问题及原因分析

1.1 存在问题

（1）獭湖泵站配套电机存在过载安全隐患，影响泵站正常提水。水库水位59.0 m以上，只能开两台机组并联运行，若增开第三台机组时，三台机组均过载，电流接近或超过额定电流，电机过载情况不一。水库水位61 m以上，只能一台机组运行，增开第二台机组时，两台电机均过载。

（2）电机使用已超过15年，电气元件老化，电气性能下降，电机内部绕组绝缘层有不同程度下降，曾出现电机绕组烧坏的故障，同时，由于原电机内未配置定子绕组和轴承自动测温元件，不能实时监测机组运行温度，存在安全隐患。目前泵站通过调整调度运行方式来避免电机过载，现有泵站运行方式客观上减小了泵站供水规模，不能满足松子坑水库扩建设计规模的需要，根据现在獭湖泵站泵组高水位运行出现过载现象的情况，若要提水至设计水位(66 m)，泵组运行压力增大，长期过载临界状态运行也存在很大的安全隐患。

1.2 原因分析

（1）水泵真机流量比水泵模型流量值大，额定扬程点的流量增加了约4.7%，机组效率降低了约9%，从而加大了水泵的轴功率和电机有效功率。

（2）电机实际转速为496 rpm，比水泵的设计转速490 rpm高，由于水泵和电机转速的偏差，使得水泵的性能参数中流量、扬程和功率比设计值分别增大了1.22%，2.46%和3.7%。

（3）水力和电气监测设备精度等存在测量误差。

（4）电机性能下降，效率降低。原厂房通风条件差，厂房内环境温度一直很高，环境温度高，造成电机绕组的温度升高，影响了电机的性能，从而加大了电机有效功率。

（5）水库扩容前，长期低水位运行，水泵机组可以满足实际运行要求，随着使用年限的增加，水泵机组性能逐渐下降，水库扩容后，水泵机组实际性能与水泵性能的差异在多年累积之下逐渐加大，机组运行实际功率偏大，配套电机无法满足实际运行的要求，功率偏小，引起电机过载安全隐患。

2 改造方案

（1）水泵机组的运行现状。现场对2#、3#及5#水泵进行开盖检查，三台水泵的叶轮、口环及轴承等部件运行状况良好，没发现明显磨损、汽蚀等现象，水泵运行双幅振动值在合理范围，水泵性能曲线偏差不大；1#机组在启动过程中发生过电压跳闸事故，经检查发现1#电机局部绕组绝缘击穿，烧损发黑，泵组电机运行存在薄弱环节。

（2）现场运行机组参数与出厂真机试验数据的比较。根据泵组在常态水位58 m～62 m时的有功功率为283 kW～302 kW的现场记录,并通过现场运行机组参数、水泵性能曲线、出厂真机试验数据和泵组特征扬程等数据进行分析比较，数据表明，相同扬程下，水泵的实际流量与根据转速为496 rpm出厂试验数据换算后，水泵的流量与真机的流量相差不大，但电机的输入功率相差比较大，换算后的出厂数据电机的输入功率为276 kW，而现场运行水泵电机的实际输入功率为306 kW，就功率相对比较小的1#泵在扬程10 m～15 m范围的电机的输入功率范围为275 kW～297 kW，所以结论得出，机组实际有效功率高于真机试验数值。

根据上述分析，为解决獭湖泵站机组高水位运行存在电机过载现象的隐患问题，拟推荐的改造方案有：车削水泵叶轮直径、电机扩容改造和更换电机，方案对比见表1。

表1 改造方案的技术经济比较表

根据现有数据分析，水泵运行扬程范围8 m～16.5 m，运行扬程范围内，出现的最大轴功率为283.3 kW，对应水泵扬程12.7 m，按规范要求及本工程实际情况考虑1.15储备系数，配套电机的功率应不小于326 kW。因此，由表1可见，电机扩容方案投资最小，但仅在一定的工况范围可消除电机过载隐患，且由于扩容容量有限为315 kW,小于现有水泵所需配套电机功率326 kW，在运行中还需要通过台数调节以避免电机过载隐患，方案不可行；叶轮车削方案投资适中，理论上可消除电机过载隐患，但由于水泵叶轮车削后对水泵性能影响存在不确定性，而且叶轮车削后，减小了水泵的流量和扬程，减小了泵站的供水规模，降低了泵站的设计标准，水泵的效率也有所下降，一方面增加泵站运行的能耗，另一方面随着使用年限的增长，水泵各部件磨损、老化，水泵性能下降加剧，电机可能还会有过载的隐患；更换电机方案投资相对最大，但可从根本上消除电机过载的隐患，改造效果最好，安全可靠性最高。更换电机方案改造投资与叶轮车削方案相比只增加78万元，与因泵站短期内不能正常运行的经济损失比较，增加的投资对本工程的经济效益指标影响较小。

因此，综合考虑獭湖泵站机组安全运行是松子坑水库扩建工程的水源保障，推荐选择改造效果最好，安全可靠性最高的更换电机方案，即将现状电机更新，考虑采用标准系列，更换为容量355 kW新电机方案。

3 改造效果

獭湖泵站电机改造工程于2017年10月上旬进场施工，11月下旬改造施工完成后，现场进行了单机试运行及机组联合试运行试验，具体试验参数见表2、表3、表4。

表2 单台机组运行情况

表3 单台机组运行情况

表4 四台机组联合试运行情况

如表2、表3和表4所示，泵站在水库近期常态水位58 m～62 m这个区间分别进行两次单机运行试验和一次多机联合运行试验，试验数据真实，水泵实际流量与性能曲线对应流量基本一致，试运行期间电机工况良好，参数稳定，电机电流及有功功率均在合理范围，具有一定的空间余量又符合现场需要，没有造成不必要的浪费，符合经济、科学的原则，此次电机改造基本满足设计及生产要求，达到改造目的。

4 结语

獭湖泵站电机改造的完成，从根本上消除了原电机在高水位运行时存在过载情况的安全隐患，同时通过对止回阀、补偿系统和控制系统的技术升级，进一步提高了泵站的自动化水平，通过电机技术改造达到了预期效果。