密云水库调蓄工程泵站技术供水系统改造研究

王鑫鑫 王超飞 褚霄杨

(1.北京市南水北调团城湖管理处，北京 100095；2.北京京水建设集团有限公司，北京 101400)

在工程调度运行过程中，管理单位根据工程运行情况，进行了多项技术改造，其中对技术供水系统的成功改造保证了泵站机组在调水期安全平稳地运行。

1 技术供水系统

泵站机组叶片调节结构运行设备由技术供水系统进行冷却。叶片调节结构的轴承箱中由于小轴跟随大轴不停转动产生摩擦力，将能量转换为热量传递至润滑油中引起油温升高，如不能将这些热量及时排出，到达一定温度后，将引起油质变化，降低润滑作用，影响轴承寿命甚至烧毁轴承，造成事故停机。同理，上下油盆内的推力瓦与镜板、导轴瓦与轴颈的摩擦也会出现这种情况。而上导轴承和下导轴承中则主要由技术供水流经轴和橡胶轴瓦之间形成水膜，维护轴承和轴之间相互运动的液体摩擦状态，然后由轴承下端流出，带走因摩擦产生的热量。

在水泵机组运行中若技术供水中断5min，水泵的橡胶轴承就会干磨损坏，使主轴偏心，产生强烈抖动。断水时间延长，水泵的推力轴瓦因失去外部冷却温度升高而造成轴瓦镜面耐磨材料损坏。因此，技术供水系统的正常运行能够保障整个机组的正常运转，如果技术供水发生中断，则会引起机组各处转动部分温度升高，严重时还会造成机组部件损坏甚至停机事故。

2 研究分析

本调蓄工程泵站技术供水系统使用前池渠道内的河水作为水源，在入水口拦污栅后设置取水口，并安装有滤网，渠道水经过管道由水泵加压后通过过滤器，直接连通叶调轴承箱，上、下油缸的冷却器，以及填料函，降温后的水排入水泵层集水廊道，集水廊道到达设定水位后，再由排水泵通过管道排入后池出水口。技术供水系统见图1。

图1 泵站技术供水系统

由于各站使用的输水渠道为明渠，且各站之间距离均较长。渠道两旁以多年生杨树、柳等枝叶茂盛树木为主，每年夏季、秋季受恶劣天气、降温等自然因素影响，大量树叶、树枝、柳絮、杨树吊等杂物落入渠道内，加之渠道内水草、浮游生物多，微生物等菌类繁殖快，容易造成取水口和管道拥堵，长期在此种环境下运行，经常造成水泵机组散热器管路堵塞。尤其在泵站大流量开机运行时，技术供水因取水口或管路堵塞会造成全站机组停机。出现这些问题难以在短时间内进行修复，不但会给机组安全运行带来较大隐患，也会给整个工程调度运行造成困难。因此需要改变取水方式，保证水源纯净，以此保证技术供水系统运行稳定。

3 改造实施

3.1 取水口改造

原技术供水取水口为前池，1号、2号供水泵互为备用，泵前各有一路管路从前池取水。考虑到集水廊道距地面约11.6m，容积约1064m3，夏季室温在25℃，冬季室温在10℃，为了保障技术供水水质和水温，在两台泵前加装两条管道接入集水廊道，并在管道上加装相应阀门，使之能够实现前池取水和集水廊道取水的互相切换(见图2)。取水口和排水口分别在集水廊道两侧，保证水循环过程中水温能够有足够的时间自然下降。日常运行中技术供水母管温度为

图2 改造后技术供水取水线路

29℃，技术供水流量约为55m3/h，机组各部位温度维持在40～45℃，满足机组日常运行需求。

3.2 自动补水系统

在技术供水循环过程中，填料函填料流失和水汽蒸发会产生水的损失，导致集水廊道的水位在运行过程中逐渐下降，需要及时进行补水。考虑水质和水温问题，利用技术排水管引用后池水，采用自流水的方式补水，通过补水管的电动阀门，调节补水量的大小，保持集水廊道的液位，这样既能满足补水需求，又不需要消耗过多电能。

技术排水管的出水口在后池出水口运行水位线以下，且在技术供水改造为内循环模式下，不需要技术排水系统工作，因此在技术排水管道上引出一根管道直通集水廊道井口，排水管道的一个手动蝶阀更换成电动蝶阀(具有手动开关阀的功能)，将电动蝶阀的电源线沿着现有的电缆桥架和电缆夹层引入舌瓣阀控制柜内，接在新引入的UPS电源上，保证在泵站停电时，电动调节阀能正常工作。从技术供水控制柜内引出控制线，该控制线沿着现有电缆桥架和电缆夹层，引入舌瓣阀控制柜，来控制电动蝶阀，利用两台泵技术供水的运行信号来控制电动蝶阀的全开全关。即其中一台技术供水运行，电动蝶阀在全开位置，两台技术供水泵均不运行时，电动蝶阀在全关位置。在集水廊道补水入口处，安装投入式液位计一个，其量程为0～5m，输出信号为4～20mA，安装浮球液位开关两个，一个用于高水位保护，一个用于低水位保护，其作用是将水位信号传给PLC，PLC根据水位信号，输出4～20mA信号给电动调节阀，电动调节阀根据PLC的信号来调节阀门的开度，从而实现水位的PID调节，让水位保持在设定水位，而设定水位的值，可根据站内人员要求，任意设定。改造后的技术供水系统见图3。

图3 内循环自动补水改造示意图

系统中使用液位变送器输送标准4～20mA电流信号，对应PLC输入离散数字量5540～27648，本系统液位变送器量程0～5m。高水位设定值为1.45m，低水位设定值为1.10m，目标水位设定值为1.20m。模拟量输入的程序编写(输入信号为4～20mA)可通过公式Y=(X-5540)/(22108×5)进行。式中，Y为推算出的实际值，该值的数据类型为实型，存储到变量寄存器V区中。X为输入值，即为模拟量输入通道的值，该值存储在模拟量输入地址中，本例为AIW64，该值的数据类型为整型。根据西门子S7-200PLC编程软件中指令的使用规范，在一条指令中参与运算的操作数之间的数据类型必须一致，并且和指令本身的数据类型也要保持一致，若不一致，必须进行相应数据类型的转换。模拟量输入采集程序见图4。

图4 模拟量输入采集程序

为了便于中控室值班人员使用水位自动调节程序，在现有的工控机控制界面上，设计了水位自动控制监控界面。上位机监视界面中显示电动蝶阀开度，水位控制目标，集水廊道水位，高低水位设置、报警复位信息，以及各设备的工作状态，方便运行值班人员更直观了解自动调节程序运行状态。

图5 水位自动调节监控界面

4 改造后效果分析

a.降低了人工成本。原设备每年设备故障率约8次，每年需专门投入应急捞草、安排反冲洗人员。改造完成后，设备故障率降低80%，节约人工成本约90%，每年可节约维修成本约0.6万元，降低人工成本约9万元。

b.降低了工程能耗。原取水方式需定期排出集水廊道内的水，运行人员需要随时关注水位，防止发生满溢情况。改造完成后，无须进行排水，也无须人工控制水位。按照供水量55m3/h、排水量160m3/h、功率15kW计算，每天节约电量为123.75kW·h，每年运行按9个月计算，可节约电费约1.6万元。

5 结 论

通过对密云水库泵站调蓄工程技术供水系统的改造，实现了水源清洁、水温恒定、水位自动调节的目的，同时，也给泵站维护人员和运行人员减少了工作量，消除了原有技术供水系统的安全隐患，提高了系统的稳定性，降低了维护成本和运行成本。目前，本套改造方案经过一年多的使用已经完全实现相应功能，为同类泵站技术供水系统改造提供了经验，并向其他各级泵站进行了推广和应用，效果良好。