固海扬水工程梯级泵站优化运行调度管理

周玉国

（宁夏回族自治区固海扬水管理处，宁夏 中宁 755100）

固海扬水灌区位于宁夏回族自治区中部干旱带的核心区域，沿清水河两岸中下游分布，属于宁夏地区严重的缺水区域。当地地表水量少，且含盐量高，地下水埋藏深，灌溉利用价值较低。因此，宁夏固海扬水灌区所覆盖区域的经济社会高质量发展全部依靠固海扬水工程梯级高扬远送黄河水解决。

梯级泵站优化运行调度是根据泵站实际工作条件的变化调整泵站运行方式，使泵站在高效状态下运行，同时也是有效提高水资源利用效率和泵站运行效率的关键，通过梯级泵站优化运行调度实现能耗最低、泵站级间水量平衡、机组平稳匹配安全运行目标。

1 梯级泵站优化运行调度存在问题

泵站的优化运行调度是系统平稳高效运行、提高灌溉供水持续适时的基础，如果优化运行调度不合理，级间不匹配将出现以下问题：

（1）前池水位高于最高水位，产生弃水降低水资源利用效率，同时影响渠道安全运行。

（2）前池水位低于设计水位，水泵运行工况偏离高效区运行，单台机组流量减小，运行效率降低，能源单耗增大。

（3）前池水位低于最低水位，进水口产生漩涡进气使水泵机组产生气蚀、振动，叶片及泵壳气蚀穿孔或磨损严重，影响设备的安全与使用寿命。

（4）渠道来水量扣除水量损失、配水量后与泵站上水量不平衡，将造成级间机组不匹配，开停机补水次数频繁，干渠水位不稳定、变幅较大。

（5）级间匹配不当，会产生干渠配水量频繁调整，影响农田的持续恒定供水。

2 梯级泵站优化运行调度方案编制

2.1 渠首泉眼山泵站流量、开机台数的确定

根据系统各干渠灌溉面积、作物种植结构及灌水定额确定各级渠道的阶段用水量及配水流量，综合考虑各级干渠水量损失，确定各级泵站的取水流量、开机台数。

式中，Wi表示某一级干渠总用水量（m3）；Si表示作物种植面积（亩）；Mi表示作物灌水定额（m3/s）；Ti表示供水时间（s）；Qi表示某一级泵站上水流量（m3/s）。

2.2 各级渠道水量损失计算

渠道水量损失包括水面蒸发损失、渠床渗漏损失、闸门渗漏及退水。

渠道水量损失一般按照渠道流量值的5%进行计算。

渠床渗漏损失：

式中，σ：每公里渠道输水损失系数；A：渠床土壤透水系数，一般取值为A=3.4；m：渠床土壤透水指数，一般取值为0.5；Qn：渠道净流量（m3/s）；Q1：渠道输水损失（m3/s）；L：渠道长度（km）；β：渗水量折算系数。

闸门渗漏损失及退水可以通过工程措施和加强用水管理予以限制，不予考虑。

2.3 渠道水量损失实际测算值

因渠道衬砌、土质类别等因素的影响，渠道水量损失的理论值与实际值有一定的偏差，对系统的精准优化运行调度有一定的影响，因此采取实测流量的方法确定渠道水量损失。各干渠渠道水损、利用率实际测量值如表1所示。

表1 各干渠渠道水损、利用率实际测量值表

在系统平稳运行的状态下，采用LS68型旋杯式流速仪实测各级干渠进口流量，扣减渠道配水流量后，综合分析计算渠道损失水量，作为编制梯级泵站优化运行调度方案的依据，同时也核定了各级干渠渠道水利用系数的考核指标。

按照首级泵站3台、4台、5台运行状态分别测定，综合考虑3台、4台、5台机组的运行时间为23d、40d、107d，以及事故停机、水质影响、天气变化、同一干渠配水量在不同时段不同等因素后采用加权平均计算确定各干渠损失水量。

2.4 准确测定分析各泵站机组单机上水流量

单机流量是合理编制单个泵站优化运行调度方案的基础，通过电磁流量计或管道测流仪等设备进行测定，准确掌握单机单管运行、多台水泵并联运行条件下的单机流量，一般并联运行的单机流量较单机单管偏小。

2.5 站间运行调度运行方案

同一流量、扬程的工况下，泵站机组运行台数，机组型号有若干种不同的组合，对应的总功率也不同。按照提水流量恒定情况下耗电量最小的原则，优化机组匹配运行方案，实现经济高效运行的目标任务。

2.5.1 流量约束

各管道所开机组的总流量不得小于所需提取的流量：

上一级泵站上水流量扣除渠道损失、干渠配水后的流量应满足下一级泵站机组匹配运行的流量：

通过调整上级干渠配水流量措施，保证泵站在设计运行水位下稳定运行。干渠配水采取轮灌方式，实时动态调节Q配来满足下一级泵站的匹配运行。

2.5.2 水位约束

梯级泵站提水系统中各泵站之间存在密切的水力关联，泵站流量、扬程、进水池水位互相影响互相制约。扬程与流量成正比关系，因此控制进水水位是保障机组平稳高效降耗运行的关键。

2.6 泵站匹配高效稳定运行措施

渠道有配水流量时，采用轮灌方式，通过调节配水流量保证下游泵站在设计水位下稳定运行。调节进水池的水位，通过改变扬程来改变水泵的工况点，达到减小或增大流量的调节作用。流量调节幅度较小时，通过改变运行方式，采用单机单管或多级一管并联运行调节流量。设置机组中流量值较小的机组为调节机组，间歇开停运行。随着大型泵站更新改造，对于安装变频机组的泵站，可直接采取调整机组的频率来调整流量。

3 固海扬水工程水量调度流程

固海扬水管理处设立调度中心负责全处各大系统机电设备及渠道安全运行，统一发布调度指令。

3.1 开机上水前的准备工作

（1）三大系统首级泵站开机前3d向水利厅调度中心提交用水申请，上报开机计划、上水时间及运行方式。

（2）在开机前48h与供电部门联系各条线路送电及退重合闸，并准确计算上报用电负荷、带电时间。

3.2 开机流程

（1）开机前必须将开机台数、流量、开机时间向水利厅调度中心提出申请，按照批准的时间、流量准时开机。

（2）上一级泵站开机后，调度中心下令下一级泵站安排巡护员巡渠接水，测水员测水，泵站运行人员密切关注前池水位、清理拦污栅处杂物，做好开机前的准备工作。

（3）根据开机方案安排泵站调节干渠配水。

3.3 停机或减机流程

（1）停机或减机前，将停机或减机时间、流量上报水利厅调度中心，同意后执行。

（2）计算系统减负荷及时上报供电部门。

（3）上一级泵站停机或减机后，下令下一级泵站注意观测前池水位，水位下降报管理处调度中心并准备停机或减机。

4 梯级泵站优化调度节能降耗措施

（1）通过来水量、提水量、配水量、渠道损失水量计算平衡分析，控制干渠配水流量，保证各级泵站的前池运行水位在设计水位以上。

（2）优化级间匹配运行方式，力求减少机组设备的开停次数，减少造成不必要的能源损耗和水量损失。

（3）加大设备的检修，对叶轮、泵壳、口环、密封环等部件的使用状况定期检测，及时维修。

（4）优先选用效率较高的水泵，在允许的条件下尽可能单机单管运行。

（5）加强前池进口拦污栅清污工作，减少或避免杂物吸入水泵。

（6）泵站级间运行及干渠配水建立全渠系自动化联调联动系统，配水斗口安装测控一体化闸门，设定前池水位数值条件，通过水位适时自动调整配水量，全程保证设备始终处于高效运行状态。

5 结束语

本文主要对梯级泵站优化运行调度存在的问题、方案的编制、水量调度的流程及节能降耗进行了分析，为固海扬水工程进一步优化运行调度提供参考。