浅谈泵站在汛期的经济运行

龚斌希

（湖南省岳阳市君山区水利局，414000，岳阳）

湖南省岳阳市君山区地处东洞庭湖畔，三面环水，北沿长江，南濒洞庭湖，由君山、建设、钱粮湖等3个蓄洪垸组成。君山区属典型的湖区地型，区域内总面积718 km2，集雨面积517.49 km2，汛期如遇大雨，外洪内涝现象突出，抗洪排涝压力大，抗洪救灾任务重。全区共有排涝泵站36座99台机组，装机容量2.3万kW，其中12台是1600ZLQ-50型轴流泵，其余87台是700ZLB-70型轴流泵。汛期排涝工作中，需科学调度泵站和机组运行，既提高工作效率又降低能耗，实现泵站经济运行。

一、影响泵站能耗的因素

泵站的能源消耗包括水泵、电机、传动装置、进出水管、进出水池和辅助及变电、配电设备的能源消耗。其能源消耗（耗电量）计算式：

式中，E电为水泵运行t时间所消耗的电能（kWh）；V为水的容量（kg/m3），清水V为1 000 kg/m3；Q为水泵的流量（m3/s）；η为水泵的效率（%）；H净为泵站的净扬程（m），即出水池末端与进水池之前的水位差；t为运行时间（h）。

由公式（1）可知，水泵的能源消耗E电与V、Q、H净、η和t等参数有关。以单位水量来计算能量消耗表达式为：

二、泵站的经济运行方式

根据公式（1）和（2）计算分析，泵站的经济运行方式有6种。

1.按开机时间最少的工况运行

当开机时间越少时，其电能消耗就越少。为了减少开机时间，就要尽量减少提排水流量。其措施有：①将与排涝相关联的排水涵闸和内河、湖泊的控制闸进行集中管理、统一调度，使提排、自排、调蓄等调度很好地结合起来，尽量减少提排流量；②按不同地面高程划片排水以抬高部分片区水位，将高低水分开，主客水分开，做到高水自排、低水提排，缩短开机时间，减少能耗；③将汛期内河、湖泊滞留的部分渍水待汛后进行自排，或待汛期外河水位短期回落时进行自排；④根据气象预报，在暴雨到来之前先将内河、湖泊水位降低，腾出一定的库容承接降雨，待汛后自排；⑤防止洪水倒灌，在汛期往往出现旱情，因管理不善开闸自流灌溉时外河水大量流入垸内，导致低洼农田受淹需开机排涝，称之为排“循环水”，要严格管好水坝和水闸，防止洪水倒灌。

2.按水泵效率最高的工况运行

根据700ZLB-70和1600ZLQ-50两种水泵特性曲线（流量—扬程—叶片角度关系），在扬程相同、效率不同时，按上述耗能公式（2）计算出单位水量所消耗电量，见表1。

对700ZLB-70型泵，在扬程5.6m，当叶片角度+2°、水泵效率82.9%时，其单位水量所消耗的电量是0.018 05 kWh/m3；当叶片角度-4°、水泵效率80%时，其单位水量所消耗的电量是0.018 70 kWh/m3。可见，在效率较高的叶片角度+2°时的耗电较效率低的-4°时少，因此应选择效率较高的+2°运行。又对1600 ZLQ-50型泵的能耗、扬程、效率对比分析，结论是应选择效率较高的叶片角度0°运行。

3.按泵站扬程最低的工况运行

由表1查得，700ZLB-70型泵在扬程5 m、叶片角度+2°、效率81.8%时，其单位水量所消耗的电量是0.016 63 kWh/m3；当扬程 8 m、叶片角度+2°、效率82.9%时，其单位水量所消耗的电量为0.026 25 kWh/m3；此时若按水泵效率最高原则选择，可能会选择扬程8 m时的工况下运行，但其单位水量所消耗的电能较多，因此应选择在扬程5 m时的工况下运行。同理，1600ZLQ-50泵应选择在扬程4 m时的工况下运行。

从节能的角度考虑，水泵在较高扬程工况下运行，虽说其效率较高，但单位水量所消耗的电能较多，要使泵站达到经济运行减少能耗，应避免在高扬程工况下运行。其主要技术措施有：①经常清理渠道、进水池、出水池和拦污栅，防止因杂物阻塞使泵站的提水扬程抬高；②严格控制进水池之前的水位，根据 “五情”（雨情、水情、险情、旱情、苗情），在可能的条件下，可适当抬高内河、湖泊蓄水水位，从而使进水池的水位适当得到提高，以减少泵站的提水扬程；③在汛期外河水位短期下降、泵站扬程降低时，迅速开机抢排渍水。

表1 水泵能耗与扬程和效率的关系

图1 多台并联管路泵站

4.按水泵流量最大的工况运行

农排电价在一定时期内基本上稳定不变，因此，从降低排涝成本的角度出发，水泵应选择在最大出水量、叶片角度最大的工况下运行，这时除主电机耗能以外，其传动装置、进出水管、进出水池及变电、配电设备耗能是最小的。

5.按“最小功率”工况运行

排涝泵站一般由多台机组组成，装机容量是不变的，开机台数的多少直接影响能耗的高低。在实际运行中，大量出现“降雨和水位工况小于设计工况”，排涝设施的能力有一定的裕度，从而有多种运行方案可选择，在后期无明显降雨而不需要抢排渍水时，应选择满足排涝要求下按“最小功率”（开机台数最少）运行，达到节能目的。

6.按机组对称工况运行

等直径圆管的管路效率 （η管）的计算式：

式中，H实为实际扬程 （m）；S为管路阻力参数（s2/m3）；b损为管路损失扬程（m）。可见，管路的损失扬程b损与流量Q2成正比。

对于有多台的并联泵站，为了不改变泵站进出水流态，使水流平顺地通过流道，应尽量做到机组对称开启和对称运行（见图1）。如有8台机组的泵站，需全部开启和运行的顺序是M4、M5、M3、M6、M2、M7、M1、M8 （ 或M5、M4、M6、M3、M7、M2、M8、M1）。

因此，有并联管路的泵站为减少管路的损失扬程b损，提高管路的效率，降低能耗，当泵站只需开启部分机组运行时，除将机组进行对称开启和对称运行外，应尽量减少并联后的总管路（图 2 中的 a、b、c、d 管），如 8台机组的泵站只需6台机组运行时，其 开 启 顺 序 是 M4、M5、M3、M6、M2、M7（或 M4、M5、M2、M7、M1、M8）。

三、结 语

汛期泵站的能源消耗费用是防汛排涝经费的主要组成部分，占比较高。泵站在汛期的经济运行是降低能源消耗减少防汛排涝经费支出的有效措施之一，应逐步将半调节水泵改为全调节型水泵，并以排区为单位分片制定科学、统一、完善且行之有效的水泵运行调度方案，对泵站在汛期实现经济运行极为必要。