对景电工程更新改造的必要性和可行性分析

2021-12-06张林虎武昱翰

农业科技与信息 2021年2期

张林虎，武昱翰

（甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃景泰730400）

景泰川电力提灌工程为多梯级大Ⅱ型电力提灌工程，具有跨省区、大流量以及高扬程的特点，素有“中华之最”的称号。该工程位于甘肃省中部，河西走廊东端，东临黄河，北接腾格里沙漠，整个工程横跨黄河和石羊河两流域，由景电一期工程、景电二期工程（简称二期工程）、景电二期延伸向民勤调水工程（简称民调工程）构成，其中一期工程经独立供水系统完成供水工作，而二期工程以及民调工程两者共用提水系统完成供水工作[1]。该工程设计流量28.6 m3/s，加大流量33 m3/s，泵站数量43 座，建成的干渠、支渠以及斗渠总计1 391 条，长度2 422 km，年提水量约6 亿m3，灌溉面积超过6.67 万hm2，是灌区人民生存的重要支柱，为灌区经济社会的蓬勃发展贡献卓著。

1 工程现状

景电一期工程自1969 年投入施工，1971 年得以全线投产并完成上水，历经50 余年的使用，基础设施以及主要机电设备均超出国家规定要求的允许使用年限，部分机电设备、钢管以及水利建筑物等有带故障运行的现象，使机电设备与水工建筑物的损坏以及老化速度加快，导致水泵机组的提水供水能力逐年下降，工作效率降低，能源单耗增加，已不能完全满足夏季作物的高峰期用水需求，严重影响到景电灌区正常效益的发挥。主要的水利建筑物和机电设备破损严重的问题成为制约工程效率的主要因素，工程运行的安全性和稳定性也存在很大的隐患。

二期工程开始建设于1984 年7 月，1987 年10月建设完成实现上水。历经30 余年的使用，尽管该工程带来了巨大的社会、经济以及生态效益，为数十万灌区民众带来生命之源，然而泵站的机电设备老化极为严重，能够实现的提输水能力持续减弱，各类潜在危险性持续加大，给工程的输水效率以及上水安全带来严重的威胁，不利于灌区未来经济社会以及生态建设的可持续健康发展。

2 更新改造的必要性

水利工程的安全性以及稳定性运行意义重大，是灌区经济、生态以及社会稳定发展的重要基础。如果水利工程出现事故，必然使得工程覆盖全线面临停水维修，工程效率无法得到有效保障。因此，对老化破损的水工建筑以及基础设施等展开更换以及改造处理能够保障灌区的用水安全，大幅度降低工程运行的成本投入，为后续工程的良性发展奠定基础，具有突出的社会价值与现实意义。

2.1 更新改造是保证工程安全、平稳、高效运行的需要

一是机电设备过时落伍，购买备件比较困难，安全性能也达不到规范要求。水泵的泵体和叶轮经过多年的运行磨损，气蚀严重，甚至还会导致泵体破裂。各种电机组件和线圈的绝缘性能大大降低，能耗逐年增大，故障率增加，运行性能差，严重影响泵站的安全运行。水泵进出水阀门密封不严，行程不到位，电路不可靠，液压回路无法维持压力，导致管道不能有效地防止水回流以及水锤问题的出现，严重情况下妨碍到开停机操作的正常进行。因此，面对以上种种问题，机电设备的更新改造迫在眉睫。

二是在老化、磨损、冻融、冻胀等诸多因素的影响下，渠道破坏，渗漏严重，过流能力降低，功能下降，渡槽槽身磨损严重、支墩排架等支撑部分老化和表面碳化。当时安装的管道是非国家标准的预应力混凝土管，存在技术缺陷和许多质量问题，经过多年的使用，管体的保护层膨胀并脱落，里面的钢筋生锈，导致管道漏筋、裂缝，接头渗漏，发生多起爆管事故，造成严重的经济损失[2]。各泵站的前池、入水口、厂后管道和支墩被高矿化的地下水严重腐蚀，前池侧壁碳化严重，保护层存在老化脱落的现象，部分泵站的混凝土预制板表现出局部坍塌或者是裂缝。部分泵站靠前池的主墙多处漏水，泵房内墙看起来较脏、质量较差。现有门窗为单层钢窗，而且锈蚀、变形严重，隔热性和抗风沙性差。厂房大门年久失修，变形严重，闭合较难。屋面防水层老化程度加重，出现大面积卷起，开裂地方漏水严重，隔热保温功能丧失，给厂内电气设备埋下严重的安全隐患。周边绿化率不达标，厂区面貌较差。

三是自动化程度低下，制约到景电工程的发展。智能性与创新性已成为时代发展的主流，然而景电工程兴建当时受经济技术条件的制约，工程建设标准偏低，自动化程度低下，人工观测前池水位，机组的开停机、支渠闸门启闭的控制全靠人工现场完成。时至今日，机组的震动、故障、报警等信号的自动采集还没有实现，电动机和水泵轴瓦、电动机绕组、定子的温度测量也是值班人员利用测温枪手工测量，误差较大。面对当下以太网技术的成熟和5G 网络的盛行，景电工程在通讯和自动化方面急需更新改造。

2.2 更新改造是科技进步、与时共进的发展需要

一是通过运用高压变频技术来控制电机转速，可以延长设备的使用年限，改善工艺，提高工作效率，起到节能降耗和提高项目管理技术水平的作用。

二是高压控制柜加装软启动装置，电机的启动电流减小，对电网和电机本身的冲击减小，对水泵的机械冲击也相应减小，不但可以满足不同电压等级和电流的要求，而且可以避免因为突然停机引起的机械冲击或水泵水锤现象的发生，延长相应设备的使用寿命。

三是高压柜选用KYN28A-12 型的设备，其技术较先进，有综合保护装置，可以起到自动监控的作用；低压柜则采用技术同样先进的GGD 型开关柜；直流电源部分选用既环保又免维护的直流装置；采用槽式钢质防火电缆桥架等新型的配电控制成套设备，可以起到微机综合自动监控保护功能。

四是增设火灾报警系统。景电工程当时并未设计火灾报警系统，根据新规要求，需要布置火灾自动报警系统，并且配置自动以及手动2 种模式的触发报警方法，值班人员通过观察中控室内的智能火灾报警控制器及时把握火情状况，积极应对火灾危机，迅速展开应急处理。

五是引进计算机自动控制系统和视频监控系统，配套工业电视来监控电气设备的运行状态，利用计算机技术可以对闸门及水量进行远程监控，并将信息传回计算机监控系统[3]。在泵站装设保护装置和控制装置，采用安全可靠、传输速率较快的现场总线、I/O 模块和仪器仪表等测量计量设备。

2.3 更新改造是促进灌区经济发展，解决“三农”问题的需要

景电灌区面积大，光照充足，但地下水被埋太深，水资源极度匮乏，干旱成为限制农业生产发展的主要原因。建设景电工程使灌区内的农业生产条件发生改变，推动了灌区农业生产的高速发展，在全面提升人民生活水平的同时，加快了经济社会的发展，不但解决了景泰、民勤、古浪等地的农田灌溉以及人畜饮水困难问题，而且为灌区数十万民众的生存与发展提供了生命保障。为积极改善区域生态环境，确保灌区农业、农村的安全与稳定发展，实现灌区农民的增产增收目标，急需对现有工程实施更新改造。此项更新改造工程是农业增产、农民增收、农村发展的基础保障，是解决“三农”问题的需要，是促进灌区生态环境逐步向良性改善的需要，也是确保灌区经济可持续发展的需要。

3 更新改造的可行性

3.1 国家政策方面

党中央国务院极为重视“三农”问题，指出社会主义新农村建设的重大历史任务就是“扩大大型排灌泵站更新改造规模和范围，启动西北沿黄高扬程提水灌溉泵站的更新改造”。同时，西部大开发战略的实施要求必须全面支持农村生态环境以及基础设施的发展与建设，为农业农村的蓬勃发展积极创造环境条件[4]。因此，大型泵站的更新改造与国家整体的政策方针相符，与我国的治水规范相适应，有利于景电灌区农业农村的健康发展，对于缓解灌区用水危机以及维护石羊河流域重点治理成果意义重大。

3.2 施工技术、工艺和施工条件方面

我国当前的电力转换与分配设备以及大型水泵机组的生产规模与能力均领先于世界其他国家，特别是近一二十年来，水泵生产厂家对抗泥沙耐磨损和抗腐蚀的材料加大了研究力度，研发出了适应多泥沙提水的高扬程、大流量的水泵，为泵站机电设备的更新创造了有利条件。此外，改造技术与工艺都相对简单，没有复杂的技术难点需要处理，加之现在富有经验的管理、安装、设计队伍和高质量的施工材料、先进的施工机械设备越来越多，它们的出现为又好又快地完成大型泵站更新改造奠定了坚实的基础。同时，在景电灌区范围内，拥有优越的供水、供电、道路、通信等条件，施工所需石料、混凝土等基础性材料资源也十分充足，为泵站更新改造创造了有利的外部条件。