某縣新增千億斤糧食產能規劃泵站工程典型設計

馮露 劉錦雯

某縣新增千億斤糧食產能規劃泵站工程典型設計

馮露 劉錦雯

一、工程概況

某泵站建于20世紀80年代，現狀為2臺12吋混流泵站，設計流量為0.2m3/s。由于灌溉面積增加，不能滿足現狀灌溉要求，且現狀破損嚴重，擬拆除重建。

1.設計基本資料

（1）設計標準

灌溉面積為2000畝，灌溉模數為2.5m3/（s·萬畝），則灌溉流量為0.5m3/s。

（2）建筑物級別

該站站設計流量為Q=0.50m3/s，泵站裝機容量55kW，根據《泵站設計規范》（GB50265-2010），泵站工程級別為5級。

（3）地震烈度

該站址所處位置地震基本烈度為7度，相應地震動峰值加速度為0.10g。

（4）設計參數

該站的特征水位詳見表1。

表1 特征水位表

2.工程地質

鉆探深度范圍內的土層可分為7個工程地質層：

1層：素填土（Q4ml）。以灰黃色、黃褐色黏土、壤土為主，局部含植物根系。

2層：輕粉質砂壤土（Q4al）。灰黃色，濕，稍密，無光澤反應，搖振反應迅速，低干強度，低韌性。

3層：粉質壤土（Q4al）。灰黃色，軟塑，稍有光澤反應，低干強度，低韌性。

4層：輕粉質砂壤土（Q4al）。灰黃色，濕，稍密，無光澤反應，搖振反應迅速，低干強度，低韌性。

5層：粉質黏土（Q3al）。灰黃色，軟塑，稍有光澤反應，中等強度，中等韌性。

6層：黏土（Q3al）。黃褐色，局部夾灰白色、灰綠色，硬塑局部可塑，稍有光澤反應，高干強度，高韌性，含鈣質結核、鐵錳結核，含砂姜，局部為砂姜團，堅硬。

7層：中砂（Q3al）。灰黃色，中密～密實狀，飽和，礦物成份有石英、長石及云母碎屑等，顆粒級配一般，局部夾有薄層硬塑狀粉質黏土，孔深20m，該層未揭穿。

二、水泵選型

1.特征揚程

設計凈揚程＝10.60-7.00=3.60m，初估管路損失為15%，則設計揚程為3.60×（1+15%）=4.14m。

2.泵型選擇

選用1臺混流泵，流量為0.50m3/s，查水泵樣本初步擬定水泵型號為500HW-6，具體水泵性能曲線及性能參數見下圖1、表2。

3.水泵工況點校核

圖1 500HW-6型混流泵性能曲線圖

表2 500HW-6型混流泵工作性能參數表

依據管路布置，計算出管路損失揚程：

局部損失計算（見表3）：

表3 局部損失系數計算表

計算出局部損失h局=1.50。

沿程損失計算（見表4）：

表4 沿程損失系數計算表

計算出沿程損失h沿=0.21。

所以管路總水頭損失為hf=h局+h沿=1.71。

則總揚程為3.60+1.71=5.31m。

水泵在H=5.31m工況下，查水泵性能曲線得出，水泵在該揚程下Q= 0.59m3/s，η=81%，滿足灌溉要求。

選用Y315M-10型電動機，配套功率為55kW。

三、工程設計

1.總體布置

泵站采用500HW-6臥室混流泵機組，采用干式型泵房，斜坡上采用混凝土護坡。泵房平面尺寸（含配電間、管理房）為10.0m×5.0m。泵站出水池直接與渠道連接。

2.主要高程的確定

（1）水泵安裝高程校核

由下列公式先計算H吸：

其中：Hx—水泵安裝高度；

hx—吸水管路中的水頭損失；

［NPSHr］—水泵的允許汽蝕余量；

常溫下直接可以采用：

代入相應數據得：Hx=10-0.14 -5.5=4.36m

水泵最高安裝高程=最低水位+4.36=7.00+4.36=11.36m

水泵軸線高程為9.20m＜11.36m，從比較結果可以看出，符合要求。

（2）電機層樓板高程

根據規范要求，電機層高出外河防洪水位水位0.5m，并高出泵房外地面0.2～0.3m。結合室外地面高程確定電機層高程為9.80m。

（3）泵室底板高程

根據現場實際地形和500HW-6型臥式混流泵的安裝要求，確定泵室底板高程為8.00m。

（4）出水池頂高程

出水池頂高程H頂〉H設＋h設計水位H設為10.60m。安全超高h=0.50m。

H頂〉H設＋h＝10.60＋0.50

=11.10m。

同時結合地形，H頂取11.10m。

（5）出水池底高程

根據水泵出水管及出水側設計水位并結合地形，出水池底板高程確定為9.40m。

3.輔機系統

本工程選用混流泵，需要在開機前抽出水泵進水管路中的空氣，因此配用一臺套5.5kW水環式真空泵。

4.泵室穩定計算

穩定計算中考慮基礎底面與地基之間的摩擦系數f=0.35，墻后回填土的物理力學指標取值為：濕容重γ濕=19kN/m3，飽和容重γ飽和=20.0kN/m3，浮容重γ浮=10kN/m3，等值摩擦角Фd=28°。穩定及基底應力計算成果見表5。

表5 穩定計算成果表

底板位于地基土第2層，土質輕粉質砂壤土，地基承載力為100kPa，由上表可知，泵室的抗滑安全系數及不均勻系數滿足規范要求。

四、電氣設計

1.接入電力系統方式

河涯灌溉站設有1臺500HW-6混流泵，配套1臺Y315M-10異步電動機，單機功率為55kW，電機電壓等級為0.4kV。本次電氣設計用電采用附近現狀10kV供電線路供電，設計范圍為10kV終端桿以下的內容，包括泵站內電動機控制、保護、動力、照明等內容。

2.電氣主接線

泵站為小型泵站，采用1臺主變，電源側采用線路－變壓器單元接線或單母線接線，電動機低壓母線采用單母線分段接線，主變壓器的高壓側裝設跌落式熔斷器，低壓側設有斷路器。

考慮到投資限制，采用油浸式變壓器。

3.主變容量選擇

初選1臺80kVA油浸式變壓器向主機供電，變壓器型號為S11-M-80kVA-10/0.4kV，Ud%=4.0，D.yn11，變比為10/0.4kV。計量方式采用高供低計方式。

電動機功率為55kW，啟動電流為6.2倍的額定電流，根據電機樣本，查得電動機的電氣參數如表6所示。

表6 電動機參數表

電動機總裝機容量計算公式如下：

電動機總裝機視在功率Sc= 80.78kVA，有功功率P=59.78kW。

根據《35kV及以下客戶端變電所、居住區供配電設施建設標準》（DGJ32/J 14-2007）中相關規定，本泵站不需要進行無功補償。

另在選擇變壓器時考慮到變壓器自身的損耗，根據有關設計規程及設計手冊，將計算過程列表如表7所示。

表7 全泵站負荷統計表

根據計算出來的視在功率，需要92.02kW，但是考慮到泵站的所有電氣設備非同時啟動，故選擇主變的型號為S11-M-80 kVA-10/0.4kV，Ud% =4.0，D.yn11，變比為10/0.4kV。

4.電動機啟動方式的確定

根據已確定的設備配置和接線方案，按一臺80kVA的變壓器拖動一臺電動機運行時的最不利的條件進行計算，母線啟動壓降為：

由于采用低壓異步電機，電機采用直接啟動方式啟動電流很大，對電網的沖擊非常大，根據上述母線壓降計算，母線壓降為25.04%，大于容許的15%。因此電機無法直接啟動，為此電機配套軟啟動裝置以滿足啟動要求。

5.控制、保護與測量

電動機額定電流為122.7A，電壓等級0.4kV，則變壓器高、低壓側總額定電流為：

根據控制柜內電氣設備元件的外形尺寸，低壓控制柜型號選用固定式GGD標準柜，具體電氣設備規格型號可查泵站的電氣主接線圖。

泵站機組運行采用手動控制方式，直接在開關柜上進行操作。

控制柜內裝設軟起動裝置，確保電機順利起動。軟起動裝置配有缺相、短路、過載保護等裝置。

電氣測量根據《電測量儀表裝置技術規程》要求設置，測量表計選用數字顯示儀表。

6.過電壓保護及接地

接地網由自然接地體組成，自然接地體由泵站站身內鋼筋、出水池底板、梁內鋼筋及其他金屬構件組成。同時泵站主廠房屋面四周裝設避雷網，中間形成網格，利用建筑物柱內的主筋引下與泵站底板下的接地網相連，形成整個防雷接地系統，整個接地網接地電阻不大于4Ω。泵站內所有電氣設備的外殼均須與接地網可靠焊接。

7.電工試驗設備

泵站配置必要的電氣試驗設備供平常使用，而每年的電氣預防性試驗，可委托有電氣試驗資質的單位進行完成。

8.消防設施

站房內設置1套手提式干粉滅火器，在電纜溝設防火分隔物，進出廠房的電纜通道用防火包封堵，以隔絕火源。

9.電氣設備布置

變壓器采用室外桿式安裝方式，做法應滿足《35kV及以下客戶端變電所建設標準》。低壓開關柜布置在站房內，布置方式應滿足相關規范要求■

（作者單位：安徽省大禹水利工程科技有限公司230088南水北調東線江蘇水源有限責任公司210000）