冯家山水库灌区泵站更新改造技术措施及改造效果分析

2018-12-06李宝妮张青峰高晓华

西北水电 2018年5期

李宝妮，张青峰，高晓华

(宝鸡市冯家山水库管理局，陕西宝鸡 721300)

泵站是水利工程的重要组成部分，对解决灌区的干旱缺水有着不可替代的作用。同时，泵站改造也是水利工程中一项比较复杂的工程，因此在泵站改造前期设计和建设阶段，采取科学合理的技术改造措施，是确保泵站改造技术合理，经济可行，实现泵站改造经济效益、生态效益和社会效益最大化建设目标的前提。下面就将冯家山水库灌区泵站更新改造过程中所采取的技术改造措施和泵站改造后的运行效果进行详细的论述和分析。

1 工程概况

冯家山水库灌区地处关中西部渭河北岸黄土塬区。全灌区设施灌溉面积9.09万 hm2(136.38万亩)，其中自流灌区4.39万hm2(65.85万亩)，抽水灌区4.7万hm2(70.53万亩)，抽水灌区灌溉面积占全灌区51.7%。泵站工程于1975年动工修建，分西干、总干、北干、南干4个灌溉系统，共建成灌溉抽水站24处56座，安装水泵机组183台套，总装机36 067 kW，设计引水流量35.7 m3/s，最多提水级数4级，最大提水扬程313.9 m。泵站建成运行40多a来，对灌区农业生产和经济发展发挥了重要的作用。

2 冯家山灌区泵站存在问题

建设时期由于受历史条件的限制，工程设计标准低，施工技术落后，不少工程是边勘察、边设计、边施工，存在设计不合理，机泵选型不当的问题。且泵站经过多年运行，机组、电气设备和工程设施老化失修严重，金属结构锈蚀严重，泵房危机，生产管护设施落后，多数机泵和电气设备均已成为淘汰产品，隐患缺陷较多，事故频发，机组运行和维修费用高，能耗增加，运行效率不断下降，工程效益逐年降低，亟待更新改造。

冯家山水库灌区泵站更新改造过程中最大的技术问题主要是：出水压力管道改造方案的前期勘察设计；水泵和电机的的选型；机电及电器设备安装精度的控制。

3 冯家山水库灌区泵站改造原则和目标

本次灌区泵站更新改造，是在原站址范围内拆除重建，并在保证原灌溉面积、设计流量、扬程、总装机功率基本不变的情况下，更新全部机电和电器设备、金属结构、输电线路，同时新增泵站综合自动化控制系统。使泵站改造后灌溉保证率达到75%，泵站装置效率提高到65%以上，能源单耗降低到5 kWh/(kt·m)以下，最终实现泵站改造后布局合理、功能完备、安全节能、高效运行的目标。

4 泵站项目设计和建设过程中采取的技术措施

4.1 出水压力管道改造方案设计

根据槐原、高里、北四抽、北五抽等13个已实施泵站改造工程，在项目设计时泵站主副厂房、变电站、进出水池等主体建筑物均设计到位，但是由于原地埋式出水管道部分管线长、沿程地形复杂，且上部作物覆盖，现场踏勘难度较大，容易造成初步设计时缺项、漏项。

原地埋式出水压力管道运行多年，管道上部均已栽植果树或耕种为农田，且管道上部土地产权不明确，因此在项目前期设计时需仔细进行现场踏勘，反复论证出水管道的设计方案，尽量避开果园减少损失，并在设计概算中列入相关的管道开挖、回填、果树赔产等费用，否则将直接影响工程造价和项目的顺利实施。

4.2 选用高效节能的机电设备

4.2.1 水泵选型

水泵选型时，根据泵站的控制面积、实际扬程等因素，按照GB50265-2010《泵站设计规范》[1]重新确定泵站改造设计参数，采用多方案比选，大小机组搭配，方便科学调配水量，在满足多台机组并联运行的同时，尽可能保证单泵在整个运行扬程范围内能安全、稳定运行[2-4]。由于本次改造的泵站多为梯级泵站，水泵型号和台数要满足上下级泵站间流量搭配要求的同时，尽可能选择同型号水泵[5]。

4.2.2 电机选配

电机选配时根据规范要求，选择节能高效与水泵功率相匹配的Y系列三相异步电动机。该电机耐热性能、绝缘性和防潮能力较好，且体积小，噪音低，振动小防护性能好，运行安全可靠。

4.3 确保设备的安装精度

4.3.1 机电设备安装

机电设备安装严格按照SL317-2004《泵站安装及验收规范》[6]要求进行。先依据设计图纸对水泵机墩高程及设计轴线进行复核放样，浇筑设备机墩，再按水泵轴线、标高在混凝土机墩上放线定位，反复精调，安装水泵就位，然后以水泵轴线为基准，确定电机位置，机组精确就位后进行基础预埋件二期混凝土浇筑，待二期混凝土达到设计强度时，使用水准仪、框式水平仪等对水泵和电机进行精调，并紧固底脚螺栓，机组安装验收合格后，依次安装进、出水钢管，伸缩节及闸阀。

4.3.2 电气设备安装

电气设备安装按照配电柜安装技术要求，先将基础槽钢打磨除锈，然后就位调平，电焊固定，确保安装水平度、垂直度、接地装置连接符合标准要求。设备安装调试过程中，在确保使用的材料、设备规格型号符合设计要求的前提下，按设计图逐件安装，确保电器安装与图相符，并保证其额定电压与控制操作电源电压一致。

5 泵站项目改造效果分析

随着灌区泵站工程的陆续建成,管理局按照SL223-2008《水利水电建设工程验收规程》和《泵站工程试运行规范》的要求，分期、分批对改造的7座泵站35台机组设备和所有电气设备、水利机械设备等进行了试运行监测。

5.1 泵站联合试运行情况

根据SL/T548-2012《泵站现场测试与安全检测规程》[7]，对7座泵站所做的72 h机组联合试运行现场实测各项数据如表1所示。

表1 冯家山水库灌区已建成泵站机组现场测试主要指标统计表

通过现场实测泵站联机运行装置效率均在63.3%～77.6%之间，由改造前的平均47.1%上升到现在的平均71.65%；机组的能源单耗由改造前的平均6.1 kWh/(kt·m)下降到现在的平均3.8 kWh/(kt·m)，满足GB50265-2010《泵站设计规范》中泵站安全运行要求。

5.2 主要机电及电气设备试运行情况

通过对更新后的7座泵站35台抽水机组进行空载运行和72 h带负荷运转，其机组空载和带负荷运转，启动、运行平稳，震动小、噪音低，各仪表指示正确，各部件运转正常，水泵扬程、出水量和装机效率达到了设计和规范要求，电动机的温升、噪声符合规范要求；真空泵、排污泵等辅机设备均运转正常；电力变压器、高压断路器、高低压开关柜、软启动以及辅助电器设备，开合闸正常，运行可靠，满足设计要求，电力变压器温升符合产品质量规定；泵站自动化控制系统，操作简便、可靠，运行灵敏度高，监控设备图像清晰，数据显示正确。通过对已改造泵站进行试运行监测，主要设备技术性能指标及主要技术参数符合设计要求；各辅助设备和附属系统操作灵活、可靠、联运协调、运转正常。