广州市雁塔排涝泵站扩容重建工程设计研究

钟振宏

（广东省源天工程有限公司，广东 广州 511340）

1 工程概况

雁塔泵站位于广州市增城区，是增城区中心城区的重要组成部分。雁塔泵站是增城区雁塔围雁塔排水分区的唯一外排出口，该站原设计排涝标准为十年一遇24 小时暴雨形成的径流量3 天排干，安装4 台ZLB800型立式轴流泵，设计排涝流量7.2m3/s，总装机容量460kW。随着城市建设的发展，排涝标准需进行相应提高，雁塔泵站及自排水闸虽能正常运行，但其排涝能力严重不足，近年来暴雨发生时，上游万达广场及增城大道一带水浸街道的情况时有发生，为降低此分区在暴雨期间出现的内涝风险及减少涝灾损失，保证工商企业生产和人民群众生活正常进行，故对雁塔泵站进行扩容重建迫在眉睫，也是十分必要的。

2 工程现状及存在的主要问题

2.1 雁塔排涝泵站现状

雁塔围目前唯一的外排出口是位于增江右岸广汕公路桥下游约80m 处的雁塔泵站。雁塔泵站重建工程主要工作任务为重建1 座排涝泵站和排涝水闸，设计排涝流量为Q=34m³/s，总装机功率为3030kw，规模为中型泵站，工程等别为III等[1]。

雁塔排区的集雨面积为3.35km2，雁塔泵站的主要任务是提高排涝能力，减少雁塔围内雁塔排水分区在暴雨期间出现内涝的风险和涝灾损失。雁塔泵站水文自动测报系统的建设可为满足泵站工程施工期安全度汛、运行期水库防洪排涝调度运用等管理工作提供重要的支持和保障。随着社会的发展和技术的进步，传统的人工采集、发报信息己经不能满足现代管理高效、快捷的要求，现代管理模式需要先进的技术、全面的信息、正确的决策和高效的工作。雁塔泵站的重建对于近期解决雁塔排区内涝有举足轻重的作用，可有效支撑当地经济快速发展。建设雁塔泵站水文自动测报系统，运用先进的技术，快速实时的收集流域内雨水情信息，并及时做出预报和排涝调度，为实现泵站工程安全建设和进行水库科学调度决策提供基本信息支持，以实现对泵站工程建设、管理与决策的正确性、时效性和科学性。

2.2 雁塔泵站主要存在问题

雁塔泵站建筑物基本完好，局部破损但不影响正常运行，但其设备已然老旧且后期增设机组布置密集，不满足机组间距要求，目前雁塔泵站机组已不具备优化运行的条件。

雁塔泵站原设计流量为7.2m3/s，后经增机扩容后设计排涝流量达8.7m3/s。按照增城市城镇排水系统专项规划，增城区荔城街雁塔排水分区的排涝标准为：20年一遇24 小时设计暴雨产生的径流量1 天排干。依此新的排涝标准，雁塔泵站设计排涝流量34.0m3/s，现状雁塔泵站及自排水闸虽能正常运行，但其排涝能力严重不足，为降低此分区在暴雨期间出现的内涝风险及减少涝灾损失，保证工商企业生产和人民群众生活正常进行，故对雁塔泵站进行扩容重建。

3 泵站建设方案比选

雁塔泵站位于广州市增城区荔城街道办事处，是增城区雁塔围雁塔排水分区的唯一外排出口，雁塔分区的城市排水管网已实施完成且均汇入雁塔泵站前池，其已形成的站址周边交通、施工、供电条件较为成熟，雁塔泵站现有站址具有地势低洼、可汇集排水区涝水、且靠近承泄区的优势，若另行选址需新增征占土地面积和配套相应的城市雨水管网，工程投资大幅度增加，故雁塔泵站仍推荐采用原址拆除重建[2]。

根据可行性研究报告及审批文件中设计排涝流量、雁塔泵站现状及周边地形条件，雁塔泵站建设方案拟定拆除重建和增机扩容两种方案进行综合经济技术比较[2]。

（1）拆除重建方案。拆除现状雁塔泵站，重建满足排涝标准的新泵站，主要建设内容包括：前池、清污机段、进水池、主副厂房、压力管道、出水池及外江防护等，附属建筑物为防汛楼及站区绿化等。

（2）增机扩容方案。增机扩容方案保留现有泵站，在现状泵房西南侧增建主副厂房，并配备相应机组，主要建设内容：主副厂房、压力管道、出水池等，附属建筑物为防汛楼及站区绿化等，增机扩容方案扣除现有排涝流量8.4m3/s 后，此方案需新增设计排涝流量Q=25.60m3/s。

以上两种建设方案比选见表1。

表1 雁塔泵站建设方案综合比较表

经综合分析，拆除重建方案除工程施工、工程投资方面外，在总体布置、工程占地、运行管理等方面均占优，且无明显的制约因子，而增机扩容方案受征地与相关用地规划不一致的制约，因此推荐采用拆除重建方案。

4 工程主要设计方案

4.1 水力机械设计

4.1.1 水泵及其附属设备

4.1.1.1 水泵型式的选择

本工程为排涝泵站，具有扬程低、流量变幅大等特点。根据本阶段水力设计参数，在复核可行性研究阶段设计成果的基础上，选定水泵型式为轴流泵，该泵型具有效率高、流量大、扬程低等特点；本泵站为原址重建工程，占地有限，卧式机组不易布置，因此选定轴流泵机组为立式布置。考虑到本排涝泵站进水池及外江水位变幅大，为保证水泵机组能在较大的扬程变幅范围内稳定、高效运行，轴流泵采用全调节方式，调节机构选用一体式电动调节装置[3]。

4.1.1.2 泵站机组台数及运行方式

泵站机组台数是根据泵站排涝流量，由单机流量和备用机组台数确定。水泵单机流量的选择除应满足泵站排涝的要求外，还应考虑运行中可能出现的汽蚀及磨损等因素对水泵性能的影响，以及泵站建设的经济性等问题。本工程为排涝泵站，年运行小时数较低，不设备用机组。

4.1.2 辅助机械设备

4.1.2.1 厂内桥式起重机

本阶段选定厂内起重设备为LH-20/5t 型电动葫芦桥式起重机（操纵室操作），跨度7.5m，起升高度24m。主钩起升速度3m/min，副钩起升速度8m/min，工作制度A5，电动葫芦型号CD1 型。选定2 套手拉葫芦作为出水侧电动刀闸阀的吊装设备。

4.1.2.2 供排水系统

本工程供水系统主要包括：技术供水系统、消防供水系统及生活用水等。

本工程技术供水系统，主要为机组提供冷却用水及润滑用水。根据机组技术供水要求：大泵推力轴承冷却用水量约3m3/h，水压0.2MPa，小泵推力轴承冷却用水量约0.5m3/h，水压0.2MPa，工作方式均为持续供水。

检修排水系统：机组检修时，关闭进水闸及出水管道电动刀闸阀，通过电机层预留检修孔将80WQ70-10-4 移动式潜水排污泵吊入各机组进水间内集水坑中，通过软管将排污泵接至各机组进水间预留的排水管口，经排水总管将积水排至自排涵，进行检修。

水力量测系统：根据泵站的运行要求，在进水渠、进水前池、外江、循环水池、阀室集水井分别配有投入式液位变送器用于水位监测；在前池、阀室集水井配有浮球式液位控制器用于机组控制。在各水泵的出水管上分别装设1 套压力变送器及压力表，用于监测水泵出水压力。在水泵技术供水管上装设示流信号器、电磁阀及电接点压力表，用于监测及控制技术供水。为满足对机组运行状态的实时监测，泵站设置一套机组运行状态监测及故障诊断系统。

4.1.3 机修设备

根据工程规模划分，雁塔泵站为中型泵站，且为排涝泵站，泵站运行稳定性要求较高，机电设备种类多，设备检修工作量大。为保证工程正常、稳定、可靠运行，需配置常规机修设备，大修时大件及重要件的检修通过外协解决。

4.2 电气设计

4.2.1 与供电系统的联接方式

根据本工程所在地理位置的供电现状以及工程的性质和重要性，供电方案按二级负荷设计，采用10kV双回路独立电源供电，1#供电电源引自紫动站10kV 丰年线73 号杆；2#供电电源引自溶洲站10kV 低地线49号杆。本工程供电暂以业扩延伸标准实施。以配建公用开关房10kV 出线柜接入点电缆终端头作为分界，分界点电源侧电力设施由供电企业投资建设，负荷侧电力设施由用户投资建设，在分界点之后的电力设施属于本工程建设范围。

4.2.2 电气主接线

本工程泵站为广州市增城区排涝泵站，正常情况下，泵站装机5 台，最大运行方式为5 台机同时运行，3 台大机单机10kV 异步电动机容量为800kW，2 台小机单机10kV 异步电动机容量为315kW，总装机容量为3030kW，厂用变压器容量315kVA2 台。

根据泵站接入电力系统的方式，电压等级，进线回路数，并结合电排站的单机容量和台数、供电部门的用电要求和电网情况、以及工程的总体布置要求相适应等特点，电气主接线的设计应按照接线简单可靠、操作检修灵活方便并且节约投资的原则进行设计。

电气主接线方案高压侧采用单母线分段接线形式。双回路高压进线分别接入10kV 母线，母线上接有电压互感器、变压器、计量单元以及主机组等设备。全站设站用变压器2 台，分别对泵站辅机和管理楼用电设备供电。根据本工程机组选型推荐方案，5 台高压电动机，结合该机型特点，拟定两种电气主接线方案进行技术经济比较[4]。

4.2.2.1 方案一：双电源供电，单电源运行方案

该方案是将两回路10kV 电源接入互为备用，泵站平时运行选择其中一个回路主供电源供电，当该电源故障或检修时，通过操作切换至另一路备供电源。两台配电站用变压器互为备用，对泵站辅机设备和管理楼用电设备供电。

电气主接线运行电压分为两级10kV 和0.4kV，10kV母线为单母线分段，共12回路，包括进线隔离开关、进线断路器、进线计量各2 回路、站用变压器出线2 回路、母线避雷器及电容器1 回路、母线电压回路1 回路、高压无功补偿1 回路和电动机母线出线1 回路。5 回路电动机出线接入10kV 电机母线段，10kV 电动机采用斜坡电压软起动方式。两台站用变压器容量均250kVA，站变互为备用，0.4kV 侧采用单母线接线。

4.2.2.2 方案二：双电源同时运行方案

该方案是两路10KV 电源同时供电，每一路电源分别接入两台和三台10kV 电动机和1 台配电变压器运行，当其中一路电源故障或检修时，通过操作将负荷切换至另一路电源。

电气主结线运行电压分为两级10kV 和0.4kV，10kV 母线为单母线分段，共19 个回路，包括进线、计量、电压保护测量，变压器出线、电动机出线和母联开关回路。其中1#、2#、3#电动机和1#站用变压器接入10kVI 段母线，4#、5#电动机和2#站用变压器接入10kVII 段母线，10kV 电动机采用斜坡电压软起动方式。两台站用变压器容量均315kVA，站变互为备用，0.4kV侧采用单母线接线。

方案二的优点是供电可靠性稍高，即使当其中一回路电源故障时，仍能维持至少2 台的机组设备供电。缺点是接线复杂，操作步骤多，尤其是采用双电源同时供电，存在安全隐患，易发生误操作安全事故。从经济角度考虑，方案二电气设备较多，相对方案一投资增加约10 万，年运行费用方面相差不大。

综上所述，方案一与方案二相比，优点在于技术上较为合理，主要体现在主接线结构清晰，用电安全性高，操作简便安全，不足之处是一回路电源发生故障切换到另一回路电源恢复投运会出现短暂全站停电。经综合考虑，本工程电气主接线推荐选用方案一，即双电源供电，单电源运行方案。

4.2.3 主要电力设备选择

短路电流计算所采用的电力系统接线方式为正常供电方式，电力系统容量按Sx=∞考虑，变电站系统末端母线上最大运行方式下短路阻抗约为0.17。泵站短路电流计算点为发生短路电流最大的在10kV 母线，且10kV 母线短路考虑这一母线上所挂的同步电动机在本次短路电流计算时的影响。

基准容量 Sj=100MVA

基准电压 Uj=10.5kV

基准电流 Ij=5.5kA

本工程10kV 短路电流计算结果如表2 所示：

表2 短路电流计算结果

4.2.4 自动控制和继电保护

4.2.4.1 自动化监控系统

为满足整个泵站安全可靠运行，本工程采用以计算机为基础的监控系统，按照“无人值班、少人值守”的原则设计，综合利用自动化控制、图像监视和计算机网络、通信技术，建立先进的自动化监视和控制系统，在泵站实现现地级和主控级监控，远期通过通讯与网络实现和信息监控中心的遥测、遥控、遥讯、遥调功能，提高整个工程的安全性、可靠性，充分发挥工程经济和社会效益，促进工程管理的科学化、现代化。

泵站计算机监控系统采用全开放分层分布式系统结构，整个系统分为主控级和现地控制级两层，主控级采用功能分布结构，现地控制级按监控对象设置现地控制单元。

4.2.4.2 继电保护

为了提高主要电气设备保护系统的准确性，快速性和可靠性，以及适应泵站自动化监控的要求，本工程采用微机保护系统，10kV 进线和主要设备回路保护均选用数字式保护装置，泵站的微机保护装置分别装在相对应的高压开关柜中。低压回路采用断路器实现短路和过载保护。继电保护按《继电保护和安全自动装置技术规程》要求配置。

4.2.5 通信及信息化

本工程配备普通市话电话机进行调度通讯，设在中控室。按照自动化监控的要求，站内计算机监控系统留有远程通讯接口，以便远期实现泵站运行管理、控制等与三防信息中心和区域水利闸（站）群监控中心实现通讯。

5 结语

本工程重建原有排涝泵站和排涝水闸，通过水闸与泵站工程结合，形成完善的排涝系统共同排除雁塔围内涝水，所采用的技术均为通用、成熟技术，施工及管理上无特殊要求，技术上可行。工程的实施能提高雁塔泵站的排涝能力，使增城区荔城街道雁塔围的排涝标准达到新的排水专项规划的要求，为了保证区域排涝安全，减少涝灾损失，为工商业和重要基础设施正常生产运营提供保障。