葛 曦，黃正財(cái)，楊 超，張建勛

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002)

1 概述

畢大供水泵站是畢大供水工程中為畢大新城區(qū)供水的水源泵站，輸水線路總長(zhǎng)約27.6km，泵站采用庫(kù)內(nèi)有壓取水的方式，泵房布置于壩后下游700m處。泵站主要參數(shù)見表1。

表1 泵站主要參數(shù)

畢大泵站是給重要城鎮(zhèn)供水的大型泵站，具有大流量，高揚(yáng)程的特點(diǎn)，因此在確定裝機(jī)方案時(shí)需對(duì)臺(tái)數(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，同時(shí)，各工況下泵站的調(diào)度運(yùn)行也要滿足長(zhǎng)輸水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

2 裝機(jī)方案分析

泵站的臺(tái)數(shù)關(guān)系到廠房土建投資、機(jī)電設(shè)備投資與運(yùn)行管理等方面，如裝機(jī)臺(tái)數(shù)多，則泵站運(yùn)行靈活，能更好地進(jìn)行流量匹配，但廠房土建與機(jī)電設(shè)備投資都會(huì)增加；反之，裝機(jī)臺(tái)數(shù)少，單泵過(guò)流量大，泵組效率較高，土建及機(jī)電設(shè)備投資較省，但運(yùn)行不夠靈活，因此，臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模及建設(shè)內(nèi)容進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。備用機(jī)組的臺(tái)數(shù)應(yīng)根據(jù)工程的重要性、運(yùn)行條件及年運(yùn)行小時(shí)數(shù)確定，對(duì)于重要的供水泵站，工作機(jī)組3臺(tái)及3臺(tái)以下時(shí)，宜設(shè)1臺(tái)備用機(jī)組；多于3臺(tái)時(shí)，宜設(shè)2臺(tái)備用機(jī)組。

泵站的提水流量為6.0m3/s，泵站最高揚(yáng)程174.74m，為節(jié)約投資和便于樞紐布置，通過(guò)對(duì)目前運(yùn)行的泵站及設(shè)備制造廠進(jìn)行調(diào)查，確定泵站采用一級(jí)提水。選用了三用一備、四用二備、五用二備3種裝機(jī)方案進(jìn)行比較，隨著裝機(jī)臺(tái)數(shù)的增加，投資不斷增加，其中四用二備與五用二備的差距較小，根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外制造廠調(diào)研情況，裝機(jī)3臺(tái)工作泵時(shí)單泵流量較大，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家較少，該規(guī)模的水泵業(yè)績(jī)較少，雖然投資省，但設(shè)備采購(gòu)有較大風(fēng)險(xiǎn)且運(yùn)行沒有4臺(tái)工作泵靈活，4臺(tái)工作泵方案已有類似業(yè)績(jī)。采用五用二備時(shí)，雖然單泵功率減小，投資增加不多，但由于工作泵臺(tái)數(shù)為單數(shù)，輸水管路布置比較復(fù)雜。因此兼顧考慮最大單機(jī)制造能力以及樞紐布置，因此設(shè)4臺(tái)工作泵。由于泵站功能是向畢大新城區(qū)供水，根據(jù)資料可以看出：畢大城區(qū)年供水量為29868萬(wàn)m3，而夾巖水利樞紐向畢大供水16169萬(wàn)m3(終端凈供水量)，占畢大供水總量的54.13%，因此泵站屬重要的供水泵站，規(guī)劃水平年泵站供水人口約為111萬(wàn)，供水對(duì)象為百萬(wàn)以上人口城鎮(zhèn)，屬特別重要工程。且泵站年運(yùn)行小時(shí)達(dá)8000h以上，因此設(shè)2臺(tái)備用泵，既能保證供水的可靠性，又便于管路布置。裝機(jī)方案采用四用二備方案，每三臺(tái)為一個(gè)輸水單元，共用一根輸水管至高位水池。

3 調(diào)度運(yùn)行方式分析

畢大泵站是重要的水源泵站，通過(guò)水泵取水后供至終端七星關(guān)區(qū)山家寨連接池，再供給不同的水廠，輸水線路較長(zhǎng)，有近20km的無(wú)壓隧洞和近7m的管道。泵站采用2臺(tái)變頻泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，增加泵站供水的靈活性，主要從以下2點(diǎn)考慮。

3.1 不同供水時(shí)期需水流量差別大

根據(jù)《畢節(jié)—大方城市總體規(guī)劃》(2010—2030)及最新的《畢節(jié)市中心城區(qū)給水工程專項(xiàng)規(guī)劃》(2013—2030)成果，規(guī)劃區(qū)將有13個(gè)水廠，其中新建水廠8座，總供水量為76.6萬(wàn)m3/d，設(shè)施服務(wù)人口為160.0萬(wàn)人。根據(jù)給水規(guī)劃，夾巖水庫(kù)擬將向梨樹、小壩、雙山、甘河、大方等5個(gè)片區(qū)新建水廠提供源水。水量分配見表2。

表2 夾巖水庫(kù)原水量分配一覽表 萬(wàn)m3/d

由于各規(guī)劃水廠尚未進(jìn)行主體工程設(shè)計(jì)，方案存在變化的可能，且建設(shè)進(jìn)度難以預(yù)計(jì)，城區(qū)建設(shè)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，目前七星關(guān)區(qū)城區(qū)人口約45萬(wàn)，至規(guī)劃水平年時(shí)，泵站供水人口才能達(dá)到111萬(wàn)，因此在建設(shè)初期與規(guī)模完成時(shí)，不同的供水時(shí)期，對(duì)畢大泵站的需水流量有較大的變化。

畢節(jié)-大方城區(qū)2012年實(shí)際總用水量6796萬(wàn)m3，人均綜合用水量?jī)H為299L/(人·d)，遠(yuǎn)低于同期貴州省會(huì)貴陽(yáng)市人均用水量540L/(人·d)，該用水水平是不能滿足畢節(jié)-大方城區(qū)現(xiàn)狀用水需求的。畢大泵站建設(shè)初期供水規(guī)模是達(dá)不到規(guī)劃水平年2030年的供水流量的，城區(qū)對(duì)泵站的需水量會(huì)存在一個(gè)遞增的趨勢(shì)。

3.2 泵站低揚(yáng)程時(shí)的流量對(duì)輸水系統(tǒng)的影響

根據(jù)所選的臥式單級(jí)雙吸中開泵性能參數(shù)，水泵運(yùn)行工況能覆蓋揚(yáng)程范圍，但最高揚(yáng)程和最低揚(yáng)程之間的流量差異較大，如設(shè)計(jì)揚(yáng)程滿足1.5m3/s，則最低揚(yáng)程時(shí)，流量達(dá)到1.89m3/s，即最低揚(yáng)程的流量是最高揚(yáng)程的1.26倍。對(duì)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)見表3。

表3 4臺(tái)定速流量統(tǒng)計(jì)

如采用4臺(tái)定速泵，在低揚(yáng)程工況下，輸水系統(tǒng)過(guò)流能力不足，則輸水隧洞及管道的直徑均要增加，增加的直接工程投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)置2臺(tái)變頻泵組的投資。

針對(duì)所選泵型的工作泵，進(jìn)行1臺(tái)機(jī)變頻與2臺(tái)機(jī)變頻方案設(shè)置見表4、5。

表4 3定速+1變頻配置

表5 定速+2變頻配置

可以看出，如采用3臺(tái)定速泵搭配一臺(tái)變頻泵的配置方案，基本可滿足流量調(diào)節(jié)要求，但是在平均揚(yáng)程、最低揚(yáng)程工況效率均低于2臺(tái)定速泵搭配2臺(tái)變頻泵的配置方案。根據(jù)水庫(kù)水位統(tǒng)計(jì)，庫(kù)水位長(zhǎng)期運(yùn)行的正常蓄水位到多年平均水位之間，即泵站運(yùn)行中平均揚(yáng)程到最低揚(yáng)程較為常見，2個(gè)方案最高揚(yáng)程工況流量達(dá)到5.88m3/s，比額定流量小0.12m3/s，最低揚(yáng)程工況1臺(tái)變頻泵方案中變頻泵流量需0.33m3/s，此時(shí)超出了水泵規(guī)定的運(yùn)行范圍，水泵不能運(yùn)行，而2臺(tái)變頻泵方案中變頻泵流量1.11m3/s，此時(shí)效率可達(dá)到82.3%，且在水泵穩(wěn)定運(yùn)行的范圍之內(nèi)。在工程實(shí)際運(yùn)行中，變頻裝置的頻率低于30HZ后，水泵運(yùn)行工況很差，因此推薦采用2臺(tái)定速泵搭配2臺(tái)變頻泵的配置方案，該方案具有較好的流量調(diào)節(jié)能力和高效的水泵運(yùn)行范圍。

綜上所述，泵站考慮設(shè)置2臺(tái)變頻機(jī)組，其中一根上水管相連的3臺(tái)機(jī)組中有1臺(tái)是采用變頻運(yùn)行的方式，這樣每一輸水單元都能靈活調(diào)節(jié)供水流量的變化，當(dāng)水廠用水量與泵站單臺(tái)水泵流量范圍不匹配時(shí)，可啟動(dòng)變頻泵適應(yīng)流量需求，當(dāng)水廠用水規(guī)模與泵站設(shè)計(jì)流量匹配時(shí)，可采用泵組啟動(dòng)4臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行方式。

當(dāng)1根上水管相連的3臺(tái)機(jī)組中有1臺(tái)泵事故停泵時(shí)啟動(dòng)定速備用泵。當(dāng)替換定速泵時(shí)可按原運(yùn)行方式，當(dāng)替換變頻泵時(shí)，可通過(guò)輸水隧洞、連接池、水廠等進(jìn)行短暫調(diào)節(jié)，以滿足流量的需要。當(dāng)2根上水管中的其中一根檢修時(shí)，啟動(dòng)另一根上水管相連的3臺(tái)機(jī)組，流量滿足總流量70%的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

畢大泵站單泵流量達(dá)到了1.5m3/s，最大揚(yáng)程達(dá)到174.74m。屬于大流量、高揚(yáng)程的泵站，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)的運(yùn)行業(yè)績(jī)都很少，因此在裝機(jī)方案的比選過(guò)程中，重點(diǎn)對(duì)供方市場(chǎng)進(jìn)行了分析，結(jié)合水力模型、制造難度和運(yùn)行業(yè)績(jī)等制約因素，在機(jī)組臺(tái)數(shù)滿足功能的前提下，保證投資節(jié)約、運(yùn)行靈活，便于采購(gòu)，最終選用了裝機(jī)6臺(tái)四用兩備的裝機(jī)方案。由于泵站有近30km的輸水線路，在水泵低揚(yáng)程工況下，流量大于輸水系統(tǒng)的過(guò)流能力，因此在一個(gè)輸水單元的3臺(tái)機(jī)組中各配置了一臺(tái)變頻調(diào)速機(jī)組，保證各工況下的輸水流量滿足系統(tǒng)要求。