李峰生

（甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅 景泰 730400）

甘肅省景電工程是黃河上游高揚(yáng)程大流量提灌工程，該工程建設(shè)完成投入應(yīng)用后至今灌區(qū)的灌溉面積超過了近120萬畝，累計(jì)完成的提水量接近140億m3，所獲直接經(jīng)濟(jì)收益超過了140億元，不但有效改善了所在區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，同時(shí)也產(chǎn)生了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。但是工程經(jīng)過了半個(gè)世紀(jì)的運(yùn)行，高揚(yáng)程泵站相應(yīng)設(shè)備都已經(jīng)老化，設(shè)備耗能情況逐漸增加，部分閥門以及水泵都發(fā)生了損壞。為了確保該工程能夠最大程度發(fā)揮作用、獲取更好的經(jīng)濟(jì)效益，需要對耗能情況進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的節(jié)能策略，從而有效降低運(yùn)行成本、提升經(jīng)濟(jì)效益。

1 黃河上游提灌工程高揚(yáng)程泵站耗能分析

1）黃河水體含有大量泥沙，嚴(yán)重影響到泵站能耗。黃河水體中含有大量泥沙，并且泥沙顆粒相對較大，這些泥沙會(huì)對水泵的正常運(yùn)行造成較大影響，造成閥門等部件的嚴(yán)重磨損。從相應(yīng)參考文獻(xiàn)資料中可知，黃河水體中泥沙含量要遠(yuǎn)大于其他河流，在這些水域中泥沙顆粒會(huì)非常快的脫離葉輪，會(huì)造成絕對速度的周向分速度降低，影響到揚(yáng)程以及流量的正常發(fā)揮。受到泥沙顆粒的影響，水泵填料和密封環(huán)之間的間隙會(huì)增加，造成容積效率下降，同時(shí)過流部件機(jī)械效率的下降直接造成了軸能耗的增加。除此之外，這些泥沙會(huì)影響到閥門密封面的質(zhì)量，通過對軸瓦的磨損造成軸端的滲漏，嚴(yán)重影響到閥門密封性，從而引發(fā)電機(jī)倒轉(zhuǎn)，造成水泵無法正常運(yùn)行?？偟膩碚f，黃河水質(zhì)降低了泵站設(shè)備的運(yùn)行效率，大大增加了整個(gè)泵站的維護(hù)成本[1]。

2）設(shè)備配置選型方面的影響。第一，主要水泵的配置選型問題。黃河水質(zhì)的特殊性決定了水泵要具有較高的性能要求，大量的泥沙會(huì)加快水泵過流部件的磨損程度，嚴(yán)重影響到水泵的使用周期。特別是受到顆粒較大、具有尖銳棱角的顆粒影響，在葉片半徑相對較大的區(qū)域 （該區(qū)域線速度較大）葉輪表面的磨損情況更為嚴(yán)重，長此以往就會(huì)造成泵體過流金屬表面發(fā)生嚴(yán)重破損，在水泵腔壁、葉輪、軸承等位置出現(xiàn)麻面或者坑洼情況，嚴(yán)重影響到水泵的運(yùn)行效率。第二，主要電動(dòng)機(jī)配置選型的問題。景電工程建設(shè)時(shí)間較早，當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平以及產(chǎn)品制造方面能力不足，造成了工程建設(shè)所用主要電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)相對較低，效率不足，耗能較為嚴(yán)重。第三，主要閥門配置選型的問題。該工程在進(jìn)行出水閥門配置時(shí)采取的是電動(dòng)閘閥+逆止閥的方式，此種配置的水頭損失以及流阻系數(shù)都是非常大的，這就造成了泵站能耗增加。一旦出現(xiàn)故障而斷電，就會(huì)形成較嚴(yán)重的水錘效應(yīng)，會(huì)對高揚(yáng)程泵站造成非常大的破壞。第四，前池和導(dǎo)流引渠設(shè)置的問題。經(jīng)過多年的發(fā)展，當(dāng)時(shí)所設(shè)計(jì)的前池深度過淺、容積較小，很難滿足現(xiàn)代流量需要。同時(shí)，泵站的進(jìn)水口和導(dǎo)流引渠的位置相對較近，并且在導(dǎo)流引渠中缺少必要的沉沙池，很難科學(xué)合理的限制泥沙沿程沉降，無法合理減小水流流速，從而造成前池的泥沙過度淤積，嚴(yán)重情況下會(huì)造成水泵的氣蝕磨損，從而造成運(yùn)行效率下降。

2 提灌工程高揚(yáng)程泵站節(jié)能策略分析

2.1 設(shè)置初始沉積池

從相應(yīng)參考資料中可知，在堿性黃河含沙水質(zhì)情況下，河水中的泥沙存在著大量的有機(jī)膠體以及黏性的礦物質(zhì)，這些物質(zhì)的聚集會(huì)形成大不等顆粒狀物體，這些物體隨著河水流動(dòng)過程中，粒徑會(huì)逐漸變小。這些顆粒物隨著表面積的增加，其負(fù)荷也逐漸增加，所具有的吸附性能也會(huì)有所增加，會(huì)嚴(yán)重影響到泵站設(shè)備的運(yùn)行，從而造成設(shè)備的耗能較高，同時(shí)也需要消耗大量費(fèi)用進(jìn)行維護(hù)，因此想要實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)能降耗就要控制好源頭，可以在泵站取水之前設(shè)置沉積池，通過沉積池的作用來進(jìn)行生態(tài)優(yōu)化，對于黃河水進(jìn)行初期的沉淀，降低泥沙對于泵站設(shè)備的影響[2]。

2.2 推進(jìn)智能化設(shè)備的應(yīng)用，選用效率較高的設(shè)備

要確保主要水泵所具有的水力性能符合實(shí)際工程技術(shù)特性的要求，尤其是要滿足黃河含泥沙水質(zhì)工況的要求，可以通過自動(dòng)清污機(jī)等設(shè)備隨時(shí)將雜物清理干凈，有效控制柵前柵后的水位落差。可以選擇更加先進(jìn)的電動(dòng)機(jī)，確保其技術(shù)參數(shù)符合主要水泵配套功率和轉(zhuǎn)速等方面的要求。同時(shí)，要利用全新的智能化監(jiān)測設(shè)備和云系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測泵站運(yùn)行中的流量、揚(yáng)程、效率等方面的信息，利用更加先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障預(yù)防判別裝置來及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患所在，從而確保各設(shè)備的正常運(yùn)行。

2.3 提升相應(yīng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的規(guī)范性，加強(qiáng)泵站的精細(xì)化管理水平

1）加強(qiáng)水泵機(jī)組和相應(yīng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，提升運(yùn)行效率和安全性。第一，充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行提灌工程運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，泵站要按照數(shù)據(jù)分析結(jié)果制定出科學(xué)合理的大中維修計(jì)劃以及綱要，可以設(shè)定如下的維護(hù)保養(yǎng)規(guī)定：（1）若是水泵葉輪運(yùn)行臺時(shí)數(shù)＞15000h/年、運(yùn)行電流＞85%額定電流的機(jī)組需要定期進(jìn)行葉輪的更換，需要對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行大修；（2）如果葉輪的葉片以及蓋板等受到比較嚴(yán)重的影響而造成了表面破損，需要對其進(jìn)行表面涂護(hù)治理，通過此種方式能夠進(jìn)一步提升過流表面的光潔度，對于提升整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行效率是非常有利的；（3）密封環(huán)是確保閥門等部件密封的關(guān)鍵部件，為了確保有效的密封性，若是密封環(huán)運(yùn)行臺時(shí)＞3000h或者間隙＞4mm，需要更換加厚的密封環(huán)，確保間隙＜1mm；（4）軸套是確保水泵軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，若是水泵軸套運(yùn)行時(shí)間較長（臺時(shí)數(shù)＞5000h）或者局部破壞較嚴(yán)重就要對其實(shí)施更換。同時(shí)，要加強(qiáng)水泵軸瓦間隙的控制，正常情況下要控制在0.12～0.17mm范圍，避免水泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中震動(dòng)嚴(yán)重；（5）定期對于水泵軸承等容易受損的部件進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，保證水泵能夠最大程度發(fā)揮功效[3]。第二，為了確保電機(jī)能夠正常運(yùn)行，要定期（一般為一年）進(jìn)行電機(jī)和電纜的預(yù)防性試驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)電機(jī)相關(guān)引線和電纜等發(fā)生老化問題要及時(shí)更換。同時(shí)要對電機(jī)進(jìn)行必要的絕緣和除塵處理，加強(qiáng)電機(jī)軸承的維護(hù)保養(yǎng)，保證電機(jī)能夠更加安全高效的運(yùn)行。第三，對于出水蝶閥密封情況進(jìn)行仔細(xì)核查，一旦發(fā)現(xiàn)密封問題要及時(shí)進(jìn)行密封橡膠圈的更換，對于密封壓力進(jìn)行有效調(diào)整，最終要保證實(shí)際運(yùn)行時(shí)相應(yīng)管道不會(huì)發(fā)生回水的問題。同時(shí)，要對液壓站所具有的充壓性能以及蓄能的情況進(jìn)行仔細(xì)判定，一旦發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能罐氣體不足要第一時(shí)間充入相應(yīng)的氮?dú)?，同時(shí)要對液控蝶閥的開關(guān)角度進(jìn)行調(diào)整，從而有效控制其開關(guān)的快慢。

2）要制定出較為完善的操作標(biāo)準(zhǔn)流程，對于泵站的運(yùn)行管理進(jìn)行規(guī)范。在實(shí)際操作過程中需要嚴(yán)格遵照制定好的泵站標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程來進(jìn)行，在泵站正式啟動(dòng)之前需要做好相應(yīng)的檢查核實(shí)工作；要嚴(yán)格遵照“兩票三制”的操作規(guī)程來進(jìn)行相應(yīng)的電業(yè)操作，確保其安全性和標(biāo)準(zhǔn)化。同時(shí)要加強(qiáng)水泵的有效排氣，保證機(jī)組運(yùn)行過程中的相應(yīng)監(jiān)測工作落到實(shí)處，真正確保相應(yīng)設(shè)備的高效運(yùn)行，最大程度降低能耗[4]。

2.4 制定出較為科學(xué)合理的運(yùn)行管理規(guī)劃，對于級間水量進(jìn)行有效調(diào)配

充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對于不同情況下的用水情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以此統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果為參照設(shè)定出科學(xué)合理的供水規(guī)劃，確保工農(nóng)業(yè)的錯(cuò)峰供水，避免集中供水而導(dǎo)致的設(shè)備過度消耗。要根據(jù)泵站的具體運(yùn)行情況制定出科學(xué)的調(diào)度運(yùn)行規(guī)范，對于不同等級泵站運(yùn)行的水位情況進(jìn)行限定。通過先進(jìn)的傳感技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)準(zhǔn)確獲悉水位變化、管道流量變化以及中途分水情況等等，能夠?yàn)檎{(diào)配提供可靠依據(jù)，防止由于水位較低而引發(fā)水泵進(jìn)氣出現(xiàn)的振動(dòng)，也能夠避免因?yàn)樗惠^高經(jīng)過溢流堰而棄水的問題，防止無謂能耗。對于各個(gè)泵站來說，如果采取的是同樣的運(yùn)行方式，那么盡量開啟同步機(jī)，增加無功補(bǔ)償，從而提升電網(wǎng)的功率因數(shù)，這對于節(jié)能是非常有利的[5]。

3 結(jié)束語

本文主要分析了黃河上游提灌工程高揚(yáng)程泵站耗能的原因所在，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的節(jié)能策略。通過本文的介紹能夠?qū)档透邠P(yáng)程泵站能耗提供一定參考和幫助，對于進(jìn)一步推動(dòng)水利工程發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。