浅谈冯家山灌区槐原泵站技术改造

2012-04-14郭永吉赵宏章

陕西水利 2012年6期

郭永吉赵宏章

（1.宝鸡市水利水电规划勘测设计院陕西宝鸡 721000；2.宝鸡市冯家山水库管理局陕西宝鸡 721300）

1 问题的提出

冯家山水库灌区槐原泵站位于凤翔县尹家务乡槐牛村，共设有三级抽水，三级累计总扬程101.4m，安装11台机组，总装机2570kW（一级4台，装机1360kW，二级4台，装机1000kW，三级3台，装机210kW）。

槐原一级泵站在冯家山水库灌区总干渠桩号18+100处设闸引水，原设施灌溉面积5.45万亩，本级灌溉面积0.42万亩，设计引水流量2.12 m3/s，设计扬程45.47 m。装设四台水泵机组，其中20Sh-9A型水泵3台，配JSQ-1410-6型电机 380kW3台，14Sh-13型水泵1台，配套JS135.7-4型220kW电机1台，总装机功率1360kW。

泵站自1978年建成以来，已运行30多年，对灌区农业生产和经济发展发挥了重要作用。而泵站在建设时期，由于受历史条件限制，技术落后，主要机泵和电气设备已属淘汰产品。泵站自建成后一直担负着灌溉任务，年运行时间长，机组、电气设备和工程设施老化失修严重，效率下降，能耗增加，效益降低，运行和管理成本增加，自动化水平较低，操作难度增大，监测手段落后，事故率高。根据泵站安全鉴定结论及水利部复核意见，槐原一级泵站建筑物为四类，机电设备和金属结构为四类，泵站综合评定为四类泵站，即为更新改造项目。

为了充分利用水资源，确保农业增产农民增收，依照上级主管部门的统一安排，陕西省水利厅以陕水规计发（2009）129号文对冯家山水库灌区槐原一级泵站及其变电站更新改造工程初步设计进行了批复。按照初步设计批复的内容和要求，我们对槐原一级泵站进行了技术改造，改造后经试运行，达到了设计要求，取得了明显的技术经济效益。

2 技术改造措施

所谓的技术改造是指泵站因设施、设备技术升级等需要，利用技术手段进行的一种综合性改造措施。在技术改造上，我们主要采取了以下措施。

2.1 选用节能高效的水泵电机

根据泵站安全鉴定的结论和复核结果，槐原一级泵站机电设备和金属结构为四类。主水泵指标水平明显落后，属国家淘汰产品，在本次改造选型时，我们立求做到在设计扬程时，应满足设计流量要求，且泵效率要高；在平均扬程时，泵应在高效区工作；在最高和最低扬程时，泵应能安全、稳定运行。通过主水泵工作范围复核，选出了较为经济合理的20Sh—9A、14Sh—13两种泵型。同时为了减少水泵叶轮磨损和腐蚀，我们要求制造厂家对叶轮进行了改进，如在叶轮表面喷涂高分子耐磨漆等，这样不但能延长叶轮寿命，也有利于水泵效率的提高。经厂家在水泵出厂前检测，20Sh—9A效率由制造前的74%提高到76%，14Sh—13效率由制造前的72%提高到80%。

电动机是泵站的主要设备之一，电机选择的正确与否将直接影响泵站装置效率及泵站机组能否安全运行。在泵站技术改造时，对电动机的选型，我们按照相关要求，结合实际状况，从类型上采用笼型三相异步电动机；在Y系与J系列异步电动机同等时，选用比较超前的Y系列异步电动机；电机底座要求由钢板焊接成箱式结构；外壳防护等级为IP23，定子采用F绝缘和外压装工艺，使其具有良好的绝缘性能和防潮能力；改电动机电压等级由原6kV为10kV，机组采用全电压直接起动方式；经过考察、分析与比较，最后我们选用了Y4505—6、Y4001—4三相异步电动机。

通过实际运行观察，该电机美观大方，体积小，重量轻，噪声低，振动小，防护性能好；经改造10kVF级绝缘后，它还具有良好的防潮、抗老化、耐热性能，运行安全可靠，在延长电动机使用寿命方面效果显著。

2.2 改造进水前池

原进水前池为上世纪七十年代所建的浆砌石护面防渗，经过三十多年的运行，池壁剥蚀风化严重，多处裂缝渗漏，在非灌溉季节池内积水，使厂房内机坑渗水，机组受潮；特别是进水前池长宽比不协调，扩散角偏大，扩散角大约为70°，导致水流不顺畅，水流条件差，使前池内水流易产生旋涡。针对此类问题，我们采取具体问题，综合分析，分类处理的办法进行。为防止进水前池入渗厂房基础，除对机房基础与防水墙基础分建，二者互不影响外，还对进水前池侧墙内壁挂钢筋网片，用100mm厚C20细石砼浇筑；砼浇筑完成后，表面采用1∶2防水水泥砂浆抹面，伸缩缝利用新型材料P—PTN填充。为满足水流顺畅，流速均匀，按照泵站设计规范，对进水前池采用正向进水方式，扩散角控制在40°以内，通过实际运用，既达到了防渗要求，又改变了池内水力条件。

2.3 方案设计优化

槐原35kV变电站两台主变压器（总容量4500kVA）10kV低压侧原汇流干线为架空裸露的铝排进入高压开关室，布线混乱、架设高度低，容易造成事故的机会多，安全运行可靠性差，鉴于该变电站位置重要、规模较大的特点，我们按照实际运行方式，经过合理的优化，改汇流干线架空裸露的铝排为动力电缆地埋缆沟敷设。这样既确保了院内整洁、美观，又提高了变电站运行安全的可靠性，也达到了接线简单可靠，操作检修方便，节约投资之目的。

在槐原一级泵站设计改造中，10kV高压电动机、电动闸阀、电液蝶阀等设备动力电缆均为地埋缆沟敷设。这样缆沟与厂房内进水、出水管道发生交叉，缆沟占据空间减小，电缆敷设难度增大，若长期运行电缆受潮，泵站运行的安全、可靠性将受到影响，为此，根据工程实际情况，改地埋缆沟支架敷设动力电缆为悬挑板支架安设动力电缆。他不但解决了动力电缆敷设与厂房内进出水管道交叉难敷设的矛盾，又使厂房内机坑空间利用率增大。

2.4 吸水管加装嗽叭口

泵站吸水管路进口有无喇叭口，对提高泵站管路的运行效率有着重要作用。由管路局部阻力系数值可知，吸水管路无喇叭口时，进口阻力系数为0.5，有喇叭口时阻力系数为0.2。显然吸水管路进口安装喇叭口以后，可以减少管路的局部水头损失。在本次槐原一级站改造过程中，我们吸取以往泵站一直无喇叭口运行的经验教训，在安装进水管路时，加装了吸水管嗽叭口，达到了减少管路局部水头损失之目的，取得了比较好的经济效果。

2.5 提高水泵电机的安装精度

水泵与电机的同心度是否符合安装精度要求，是影响泵站机械传动效率和机泵安全运行的重要困素。原一级泵站机组安装于上世纪七十年代后期，由于受当时技术条件的限制，使水泵与电机的同心度超出允许误差范围，机组运行时不平稳、易产生震动。在本次改造过程中，我们根据制造厂家的产品说明书，从水泵纵横中心线找正、水平找正、标高找正等关键技术环节着手，严格控制设备安装技术指标，并将其安装指标在实际施工中提高一个等级。经安装检测，水泵主轴的水平误差未超过0.3mm/m，在水泵与电机找正同心度的情况下，轴向间隙误差控制在0.1mm，径向间隙误差控制在0.05mm以内；水泵与电机联轴器间隙误差控制在4mm以内；通过机组实际试运行情况来看，机组运行平稳，无震动，机组基础牢固，无裂纹，符合规范，达到设计要求。

2.6 增设泵站综合自动化系统

泵站自动化系统是先进的计算机技术、自动控制技术、电子技术、通信技术、信号处理技术、故障诊断技术、冗余技术和现代管理技术融为一体的系统。实现对全泵站的主要设备和输、配电线路的动态监视、测量、自动控制和微机保护，实现调度通信和视频监控等综合自动化功能的自动化系统。按照泵站更新改造相关技术要求，并结合工程实际情况，我们在槐原变电站和槐原一级泵站技术改造中，新增设了泵站综合自动化系统。该系统由两大部分组成。即泵站综合自动化系统：包括计算机监控系统、电动机微机保护系统、直流系统、工业视频系统；变电站综合自动化系统：包括变压器保护系统、线路保护系统、直流系统、工业视频系统。

泵站计算机监控系统由站级计算机层（主控级）和现地控制单元层（LCU）组成。LCU既作为全站监控系统的现地控制层，向泵站级上行发送采集的各种数据和事件信息，接受泵站级的下行命令对设备进行监控，又能脱离泵站主控级独立工作。因此，在系统总体功能上分配上，数据采集和控制操作的主要功能均由LCU完成，其它的功能如全站运行监视、事件报警、统计记录及与外系统通讯等功能则由主控级完成。

通过实际试运行，泵站综合自动化系统不仅能够保证泵站可靠地运行，而且能够使工作效率得到明显提高，劳动强度大大减轻，降低泵站的运行成本，全面提高泵站的管理水平。