鐘振宏

（廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340）

1 工程概況

雁塔泵站位于廣州市增城區(qū)，是增城區(qū)中心城區(qū)的重要組成部分。雁塔泵站是增城區(qū)雁塔圍雁塔排水分區(qū)的唯一外排出口，該站原設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為十年一遇24 小時(shí)暴雨形成的徑流量3 天排干，安裝4 臺(tái)ZLB800型立式軸流泵，設(shè)計(jì)排澇流量7.2m3/s，總裝機(jī)容量460kW。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，排澇標(biāo)準(zhǔn)需進(jìn)行相應(yīng)提高，雁塔泵站及自排水閘雖能正常運(yùn)行，但其排澇能力嚴(yán)重不足，近年來(lái)暴雨發(fā)生時(shí)，上游萬(wàn)達(dá)廣場(chǎng)及增城大道一帶水浸街道的情況時(shí)有發(fā)生，為降低此分區(qū)在暴雨期間出現(xiàn)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)及減少澇災(zāi)損失，保證工商企業(yè)生產(chǎn)和人民群眾生活正常進(jìn)行，故對(duì)雁塔泵站進(jìn)行擴(kuò)容重建迫在眉睫，也是十分必要的。

2 工程現(xiàn)狀及存在的主要問題

2.1 雁塔排澇泵站現(xiàn)狀

雁塔圍目前唯一的外排出口是位于增江右岸廣汕公路橋下游約80m 處的雁塔泵站。雁塔泵站重建工程主要工作任務(wù)為重建1 座排澇泵站和排澇水閘，設(shè)計(jì)排澇流量為Q=34m3/s，總裝機(jī)功率為3030kw，規(guī)模為中型泵站，工程等別為III等[1]。

雁塔排區(qū)的集雨面積為3.35km2，雁塔泵站的主要任務(wù)是提高排澇能力，減少雁塔圍內(nèi)雁塔排水分區(qū)在暴雨期間出現(xiàn)內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)和澇災(zāi)損失。雁塔泵站水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)可為滿足泵站工程施工期安全度汛、運(yùn)行期水庫(kù)防洪排澇調(diào)度運(yùn)用等管理工作提供重要的支持和保障。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的人工采集、發(fā)報(bào)信息己經(jīng)不能滿足現(xiàn)代管理高效、快捷的要求，現(xiàn)代管理模式需要先進(jìn)的技術(shù)、全面的信息、正確的決策和高效的工作。雁塔泵站的重建對(duì)于近期解決雁塔排區(qū)內(nèi)澇有舉足輕重的作用，可有效支撐當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)快速發(fā)展。建設(shè)雁塔泵站水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)，運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)，快速實(shí)時(shí)的收集流域內(nèi)雨水情信息，并及時(shí)做出預(yù)報(bào)和排澇調(diào)度，為實(shí)現(xiàn)泵站工程安全建設(shè)和進(jìn)行水庫(kù)科學(xué)調(diào)度決策提供基本信息支持，以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站工程建設(shè)、管理與決策的正確性、時(shí)效性和科學(xué)性。

2.2 雁塔泵站主要存在問題

雁塔泵站建筑物基本完好，局部破損但不影響正常運(yùn)行，但其設(shè)備已然老舊且后期增設(shè)機(jī)組布置密集，不滿足機(jī)組間距要求，目前雁塔泵站機(jī)組已不具備優(yōu)化運(yùn)行的條件。

雁塔泵站原設(shè)計(jì)流量為7.2m3/s，后經(jīng)增機(jī)擴(kuò)容后設(shè)計(jì)排澇流量達(dá)8.7m3/s。按照增城市城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)專項(xiàng)規(guī)劃，增城區(qū)荔城街雁塔排水分區(qū)的排澇標(biāo)準(zhǔn)為：20年一遇24 小時(shí)設(shè)計(jì)暴雨產(chǎn)生的徑流量1 天排干。依此新的排澇標(biāo)準(zhǔn)，雁塔泵站設(shè)計(jì)排澇流量34.0m3/s，現(xiàn)狀雁塔泵站及自排水閘雖能正常運(yùn)行，但其排澇能力嚴(yán)重不足，為降低此分區(qū)在暴雨期間出現(xiàn)的內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)及減少澇災(zāi)損失，保證工商企業(yè)生產(chǎn)和人民群眾生活正常進(jìn)行，故對(duì)雁塔泵站進(jìn)行擴(kuò)容重建。

3 泵站建設(shè)方案比選

雁塔泵站位于廣州市增城區(qū)荔城街道辦事處，是增城區(qū)雁塔圍雁塔排水分區(qū)的唯一外排出口，雁塔分區(qū)的城市排水管網(wǎng)已實(shí)施完成且均匯入雁塔泵站前池，其已形成的站址周邊交通、施工、供電條件較為成熟，雁塔泵站現(xiàn)有站址具有地勢(shì)低洼、可匯集排水區(qū)澇水、且靠近承泄區(qū)的優(yōu)勢(shì)，若另行選址需新增征占土地面積和配套相應(yīng)的城市雨水管網(wǎng)，工程投資大幅度增加，故雁塔泵站仍推薦采用原址拆除重建[2]。

根據(jù)可行性研究報(bào)告及審批文件中設(shè)計(jì)排澇流量、雁塔泵站現(xiàn)狀及周邊地形條件，雁塔泵站建設(shè)方案擬定拆除重建和增機(jī)擴(kuò)容兩種方案進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較[2]。

（1）拆除重建方案。拆除現(xiàn)狀雁塔泵站，重建滿足排澇標(biāo)準(zhǔn)的新泵站，主要建設(shè)內(nèi)容包括：前池、清污機(jī)段、進(jìn)水池、主副廠房、壓力管道、出水池及外江防護(hù)等，附屬建筑物為防汛樓及站區(qū)綠化等。

（2）增機(jī)擴(kuò)容方案。增機(jī)擴(kuò)容方案保留現(xiàn)有泵站，在現(xiàn)狀泵房西南側(cè)增建主副廠房，并配備相應(yīng)機(jī)組，主要建設(shè)內(nèi)容：主副廠房、壓力管道、出水池等，附屬建筑物為防汛樓及站區(qū)綠化等，增機(jī)擴(kuò)容方案扣除現(xiàn)有排澇流量8.4m3/s 后，此方案需新增設(shè)計(jì)排澇流量Q=25.60m3/s。

以上兩種建設(shè)方案比選見表1。

表1 雁塔泵站建設(shè)方案綜合比較表

經(jīng)綜合分析，拆除重建方案除工程施工、工程投資方面外，在總體布置、工程占地、運(yùn)行管理等方面均占優(yōu)，且無(wú)明顯的制約因子，而增機(jī)擴(kuò)容方案受征地與相關(guān)用地規(guī)劃不一致的制約，因此推薦采用拆除重建方案。

4 工程主要設(shè)計(jì)方案

4.1 水力機(jī)械設(shè)計(jì)

4.1.1 水泵及其附屬設(shè)備

4.1.1.1 水泵型式的選擇

本工程為排澇泵站，具有揚(yáng)程低、流量變幅大等特點(diǎn)。根據(jù)本階段水力設(shè)計(jì)參數(shù)，在復(fù)核可行性研究階段設(shè)計(jì)成果的基礎(chǔ)上，選定水泵型式為軸流泵，該泵型具有效率高、流量大、揚(yáng)程低等特點(diǎn)；本泵站為原址重建工程，占地有限，臥式機(jī)組不易布置，因此選定軸流泵機(jī)組為立式布置?？紤]到本排澇泵站進(jìn)水池及外江水位變幅大，為保證水泵機(jī)組能在較大的揚(yáng)程變幅范圍內(nèi)穩(wěn)定、高效運(yùn)行，軸流泵采用全調(diào)節(jié)方式，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選用一體式電動(dòng)調(diào)節(jié)裝置[3]。

4.1.1.2 泵站機(jī)組臺(tái)數(shù)及運(yùn)行方式

泵站機(jī)組臺(tái)數(shù)是根據(jù)泵站排澇流量，由單機(jī)流量和備用機(jī)組臺(tái)數(shù)確定。水泵單機(jī)流量的選擇除應(yīng)滿足泵站排澇的要求外，還應(yīng)考慮運(yùn)行中可能出現(xiàn)的汽蝕及磨損等因素對(duì)水泵性能的影響，以及泵站建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性等問題。本工程為排澇泵站，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)較低，不設(shè)備用機(jī)組。

4.1.2 輔助機(jī)械設(shè)備

4.1.2.1 廠內(nèi)橋式起重機(jī)

本階段選定廠內(nèi)起重設(shè)備為L(zhǎng)H-20/5t 型電動(dòng)葫蘆橋式起重機(jī)（操縱室操作），跨度7.5m，起升高度24m。主鉤起升速度3m/min，副鉤起升速度8m/min，工作制度A5，電動(dòng)葫蘆型號(hào)CD1 型。選定2 套手拉葫蘆作為出水側(cè)電動(dòng)刀閘閥的吊裝設(shè)備。

4.1.2.2 供排水系統(tǒng)

本工程供水系統(tǒng)主要包括：技術(shù)供水系統(tǒng)、消防供水系統(tǒng)及生活用水等。

本工程技術(shù)供水系統(tǒng)，主要為機(jī)組提供冷卻用水及潤(rùn)滑用水。根據(jù)機(jī)組技術(shù)供水要求：大泵推力軸承冷卻用水量約3m3/h，水壓0.2MPa，小泵推力軸承冷卻用水量約0.5m3/h，水壓0.2MPa，工作方式均為持續(xù)供水。

檢修排水系統(tǒng)：機(jī)組檢修時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閘及出水管道電動(dòng)刀閘閥，通過電機(jī)層預(yù)留檢修孔將80WQ70-10-4 移動(dòng)式潛水排污泵吊入各機(jī)組進(jìn)水間內(nèi)集水坑中，通過軟管將排污泵接至各機(jī)組進(jìn)水間預(yù)留的排水管口，經(jīng)排水總管將積水排至自排涵，進(jìn)行檢修。

水力量測(cè)系統(tǒng)：根據(jù)泵站的運(yùn)行要求，在進(jìn)水渠、進(jìn)水前池、外江、循環(huán)水池、閥室集水井分別配有投入式液位變送器用于水位監(jiān)測(cè)；在前池、閥室集水井配有浮球式液位控制器用于機(jī)組控制。在各水泵的出水管上分別裝設(shè)1 套壓力變送器及壓力表，用于監(jiān)測(cè)水泵出水壓力。在水泵技術(shù)供水管上裝設(shè)示流信號(hào)器、電磁閥及電接點(diǎn)壓力表，用于監(jiān)測(cè)及控制技術(shù)供水。為滿足對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，泵站設(shè)置一套機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)。

4.1.3 機(jī)修設(shè)備

根據(jù)工程規(guī)模劃分，雁塔泵站為中型泵站，且為排澇泵站，泵站運(yùn)行穩(wěn)定性要求較高，機(jī)電設(shè)備種類多，設(shè)備檢修工作量大。為保證工程正常、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，需配置常規(guī)機(jī)修設(shè)備，大修時(shí)大件及重要件的檢修通過外協(xié)解決。

4.2 電氣設(shè)計(jì)

4.2.1 與供電系統(tǒng)的聯(lián)接方式

根據(jù)本工程所在地理位置的供電現(xiàn)狀以及工程的性質(zhì)和重要性，供電方案按二級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，采用10kV雙回路獨(dú)立電源供電，1#供電電源引自紫動(dòng)站10kV 豐年線73 號(hào)桿；2#供電電源引自溶洲站10kV 低地線49號(hào)桿。本工程供電暫以業(yè)擴(kuò)延伸標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。以配建公用開關(guān)房10kV 出線柜接入點(diǎn)電纜終端頭作為分界，分界點(diǎn)電源側(cè)電力設(shè)施由供電企業(yè)投資建設(shè)，負(fù)荷側(cè)電力設(shè)施由用戶投資建設(shè)，在分界點(diǎn)之后的電力設(shè)施屬于本工程建設(shè)范圍。

4.2.2 電氣主接線

本工程泵站為廣州市增城區(qū)排澇泵站，正常情況下，泵站裝機(jī)5 臺(tái)，最大運(yùn)行方式為5 臺(tái)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，3 臺(tái)大機(jī)單機(jī)10kV 異步電動(dòng)機(jī)容量為800kW，2 臺(tái)小機(jī)單機(jī)10kV 異步電動(dòng)機(jī)容量為315kW，總裝機(jī)容量為3030kW，廠用變壓器容量315kVA2 臺(tái)。

根據(jù)泵站接入電力系統(tǒng)的方式，電壓等級(jí)，進(jìn)線回路數(shù)，并結(jié)合電排站的單機(jī)容量和臺(tái)數(shù)、供電部門的用電要求和電網(wǎng)情況、以及工程的總體布置要求相適應(yīng)等特點(diǎn)，電氣主接線的設(shè)計(jì)應(yīng)按照接線簡(jiǎn)單可靠、操作檢修靈活方便并且節(jié)約投資的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

電氣主接線方案高壓側(cè)采用單母線分段接線形式。雙回路高壓進(jìn)線分別接入10kV 母線，母線上接有電壓互感器、變壓器、計(jì)量單元以及主機(jī)組等設(shè)備。全站設(shè)站用變壓器2 臺(tái)，分別對(duì)泵站輔機(jī)和管理樓用電設(shè)備供電。根據(jù)本工程機(jī)組選型推薦方案，5 臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)，結(jié)合該機(jī)型特點(diǎn)，擬定兩種電氣主接線方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較[4]。

4.2.2.1 方案一：雙電源供電，單電源運(yùn)行方案

該方案是將兩回路10kV 電源接入互為備用，泵站平時(shí)運(yùn)行選擇其中一個(gè)回路主供電源供電，當(dāng)該電源故障或檢修時(shí)，通過操作切換至另一路備供電源。兩臺(tái)配電站用變壓器互為備用，對(duì)泵站輔機(jī)設(shè)備和管理樓用電設(shè)備供電。

電氣主接線運(yùn)行電壓分為兩級(jí)10kV 和0.4kV，10kV母線為單母線分段，共12回路，包括進(jìn)線隔離開關(guān)、進(jìn)線斷路器、進(jìn)線計(jì)量各2 回路、站用變壓器出線2 回路、母線避雷器及電容器1 回路、母線電壓回路1 回路、高壓無(wú)功補(bǔ)償1 回路和電動(dòng)機(jī)母線出線1 回路。5 回路電動(dòng)機(jī)出線接入10kV 電機(jī)母線段，10kV 電動(dòng)機(jī)采用斜坡電壓軟起動(dòng)方式。兩臺(tái)站用變壓器容量均250kVA，站變互為備用，0.4kV 側(cè)采用單母線接線。

4.2.2.2 方案二：雙電源同時(shí)運(yùn)行方案

該方案是兩路10KV 電源同時(shí)供電，每一路電源分別接入兩臺(tái)和三臺(tái)10kV 電動(dòng)機(jī)和1 臺(tái)配電變壓器運(yùn)行，當(dāng)其中一路電源故障或檢修時(shí)，通過操作將負(fù)荷切換至另一路電源。

電氣主結(jié)線運(yùn)行電壓分為兩級(jí)10kV 和0.4kV，10kV 母線為單母線分段，共19 個(gè)回路，包括進(jìn)線、計(jì)量、電壓保護(hù)測(cè)量，變壓器出線、電動(dòng)機(jī)出線和母聯(lián)開關(guān)回路。其中1#、2#、3#電動(dòng)機(jī)和1#站用變壓器接入10kVI 段母線，4#、5#電動(dòng)機(jī)和2#站用變壓器接入10kVII 段母線，10kV 電動(dòng)機(jī)采用斜坡電壓軟起動(dòng)方式。兩臺(tái)站用變壓器容量均315kVA，站變互為備用，0.4kV側(cè)采用單母線接線。

方案二的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性稍高，即使當(dāng)其中一回路電源故障時(shí)，仍能維持至少2 臺(tái)的機(jī)組設(shè)備供電。缺點(diǎn)是接線復(fù)雜，操作步驟多，尤其是采用雙電源同時(shí)供電，存在安全隱患，易發(fā)生誤操作安全事故。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，方案二電氣設(shè)備較多，相對(duì)方案一投資增加約10 萬(wàn)，年運(yùn)行費(fèi)用方面相差不大。

綜上所述，方案一與方案二相比，優(yōu)點(diǎn)在于技術(shù)上較為合理，主要體現(xiàn)在主接線結(jié)構(gòu)清晰，用電安全性高，操作簡(jiǎn)便安全，不足之處是一回路電源發(fā)生故障切換到另一回路電源恢復(fù)投運(yùn)會(huì)出現(xiàn)短暫全站停電。經(jīng)綜合考慮，本工程電氣主接線推薦選用方案一，即雙電源供電，單電源運(yùn)行方案。

4.2.3 主要電力設(shè)備選擇

短路電流計(jì)算所采用的電力系統(tǒng)接線方式為正常供電方式，電力系統(tǒng)容量按Sx=∞考慮，變電站系統(tǒng)末端母線上最大運(yùn)行方式下短路阻抗約為0.17。泵站短路電流計(jì)算點(diǎn)為發(fā)生短路電流最大的在10kV 母線，且10kV 母線短路考慮這一母線上所掛的同步電動(dòng)機(jī)在本次短路電流計(jì)算時(shí)的影響。

基準(zhǔn)容量 Sj=100MVA

基準(zhǔn)電壓 Uj=10.5kV

基準(zhǔn)電流 Ij=5.5kA

本工程10kV 短路電流計(jì)算結(jié)果如表2 所示：

表2 短路電流計(jì)算結(jié)果

4.2.4 自動(dòng)控制和繼電保護(hù)

4.2.4.1 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

為滿足整個(gè)泵站安全可靠運(yùn)行，本工程采用以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)，按照“無(wú)人值班、少人值守”的原則設(shè)計(jì)，綜合利用自動(dòng)化控制、圖像監(jiān)視和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)，建立先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)視和控制系統(tǒng)，在泵站實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地級(jí)和主控級(jí)監(jiān)控，遠(yuǎn)期通過通訊與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)和信息監(jiān)控中心的遙測(cè)、遙控、遙訊、遙調(diào)功能，提高整個(gè)工程的安全性、可靠性，充分發(fā)揮工程經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，促進(jìn)工程管理的科學(xué)化、現(xiàn)代化。

泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全開放分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)分為主控級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)兩層，主控級(jí)采用功能分布結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地控制級(jí)按監(jiān)控對(duì)象設(shè)置現(xiàn)地控制單元。

4.2.4.2 繼電保護(hù)

為了提高主要電氣設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，快速性和可靠性，以及適應(yīng)泵站自動(dòng)化監(jiān)控的要求，本工程采用微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，10kV 進(jìn)線和主要設(shè)備回路保護(hù)均選用數(shù)字式保護(hù)裝置，泵站的微機(jī)保護(hù)裝置分別裝在相對(duì)應(yīng)的高壓開關(guān)柜中。低壓回路采用斷路器實(shí)現(xiàn)短路和過載保護(hù)。繼電保護(hù)按《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》要求配置。

4.2.5 通信及信息化

本工程配備普通市話電話機(jī)進(jìn)行調(diào)度通訊，設(shè)在中控室。按照自動(dòng)化監(jiān)控的要求，站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)留有遠(yuǎn)程通訊接口，以便遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行管理、控制等與三防信息中心和區(qū)域水利閘（站）群監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)通訊。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程重建原有排澇泵站和排澇水閘，通過水閘與泵站工程結(jié)合，形成完善的排澇系統(tǒng)共同排除雁塔圍內(nèi)澇水，所采用的技術(shù)均為通用、成熟技術(shù)，施工及管理上無(wú)特殊要求，技術(shù)上可行。工程的實(shí)施能提高雁塔泵站的排澇能力，使增城區(qū)荔城街道雁塔圍的排澇標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到新的排水專項(xiàng)規(guī)劃的要求，為了保證區(qū)域排澇安全，減少澇災(zāi)損失，為工商業(yè)和重要基礎(chǔ)設(shè)施正常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供保障。