基于多視角分析的泵站技術改造措施研究

摘 要：本文對泵站運行現狀進行深入分析，與較為成熟的泵站更新改造技術相結合，針對由于泵站自動化水平低，設備老化較為嚴重，而導致泵站能耗高、效率低的現狀，從機電設備、管路、控制技術等多個角度對泵站技術改造措施進行論述，從而達到提高泵站的運行效率，提高自動化控制水平，降低費用開銷。對更新改造設計泵站、工程施工具有一定的借鑒和參考意義。

關鍵詞：泵站；技術改造；多視角分析；改造措施

1 泵站現狀分析

現有的泵站建設時間大多比較長，由于受到當時技術條件的限制，加上常年累月的運行，導致泵站運行可靠性較差、能耗高、效率低。有些泵站存在機電設備不配套現象，由于長時間的運行，很多泵站已超過了設備的規定使用年限，需要進行大修或更新改造。現有的大部分泵站缺少無功補償裝置，在一定程度上造成了能源浪費。泵站自動化水平不高，較低的可靠性，排灌水成本較高，加重了所處區域的使用費用。

2 電動機改造與水泵改造

研究泵站現場大量測試資料表明，從表面上看，許多泵站的電動機較為陳舊，而實際其運行效率較高。由于泵站的運行時間基本上都是在濕熱的夏季，電機定子繞組在較高的溫度環境下繼續運行，導致絕緣材料的彈性逐漸失去，其質地變得硬、脆，龜裂、脫落的現象時有發生，嚴重影響了電機運行的安全性。針對電機長期運行的安全隱患，很多電機廠家開展采用新型絕緣材料，將電機返廠或者技術支持人員到現場拆除電機定子線圈，然后將新線圈重新鑲嵌，并進行浸漆、烘干，使電機具備同類新產品的優良性能。采用這種方法改造后的電機，經過現場試驗檢測，其運行性能完全能夠達到同類新產品的設計要求，相比重新購買同型號新電機，大概可以節約60%的經費。

水泵經過多年長時間的運行，由于遭受到空蝕以及泥沙的侵蝕，蜂窩麻面比較容易出現在過流部件上，甚至會導致過流部件的穿孔、剝落，使水泵的效率逐漸下降，但是泵體本身一般都會完好無損。這樣以來，對那些有著比較合理設計選型的泵站，首先應當考慮對水泵進行改造，保持水工建筑物的原始狀態基本不動，從而在達到縮短改造工期的同時又節約了土建開銷。

2.1 借助非金屬材料保護過流部件

針對那些水力模型好、選型合理，而且葉片沒有大面積脫落的水泵，曾先后引進環氧金剛砂涂護技術、美國切斯特頓公司的ARC復合材料涂護技術，修復處理水泵損壞部位，取得了良好的社會效益。修復后具有抗汽蝕、耐腐蝕、耐磨性能，而且水力磨阻小、表面光滑，提高了水泵的效率。

2.2 更換傳動部件

對低揚程使用高揚程泵的泵站以及水力性能較差的低效水泵，首先考慮改造或更換葉輪和導葉體的方法，對水泵進行改造。根據泵站設計參數，結構尺寸，性能要求，選購能與原泵相配的新部件對老部件進行更換，從而使老泵達到新泵的性能。

2.3 對管路和絕緣部分進行改造

根據當前泵站所處區域的地貌特點，布置管路時采取較為合理的路徑，確保所選擇的路徑最短；閘閥、彎頭等部件在管路鋪設中盡量少用，使管路水頭損失盡量減小；同時要對防止漏氣、漏水動力設備加強改造力度。很多機組主電機型號為同步立式電機，其電壓等級，定子繞組設計部分是環氧粉云母絕緣，因其絕緣等級較低。此外，電機接線柱外露，易受潮導致電機絕緣性變差；由于電纜是油浸鋁芯電纜，絕緣性能較低時容易起熱，甚至引起火災。更換繞組是絕緣改造的核心工作，將絕緣等級以及電壓等級提高。這種泵站技術改造采用更換主機繞組，更新絕緣受損舊線圈，提高繞組絕緣等級；加強了定子線圈中的導線絕緣及對地電阻，可避免絕緣老化加速；提高電壓等級，使變壓器的運維費用降低，使運行操作更為簡便，更利于實現泵站自動化控制。

3 改造調葉裝置與增加無功補償

3.1 改造調葉裝置

選用機械調節代替液壓調節，泵站由全調節軸流泵的調葉機構，工作原理：通過壓力油作用于活塞，使活塞作上、下軸向運動，并帶動轉子體的葉片轉動。液壓調葉原理和結構都比較簡單，經過多年工程技術實踐的沉淀，在技術上較為成熟。

3.2 增設無功補償裝置

大多數中小型泵站都沒有配備無功補償裝置，這就增加了系統的能量損耗。把補償并聯電容器與電動機主控制開關并接，在電動機定子繞組引出端子的電源線上，與電動機共進退，形成隨機補償。

4 對控制方式的改造

水泵的控制手段與能否及時排水密切相關，自動控制有助于及時排水，減少集水池容積。泵站自動控制功能應能夠滿足泵站機組啟、停和變電所操作規范所規定的要求。通過指令完成對機組的啟、停控制，自動檢測機組啟、停條件，當滿足某種條件時，執行操作。對所有設備設置自動和手動兩種控制方式，并設置靜態試驗。當機組因事故而導致停機時，輔助設備應當同時關閉。系統主要控制包括：主機機組控制；變電所主變壓器、站用變壓器、電容器等控制；泵站輔機設備控制；勵磁設備自動調節與控制；上下游閘門、水利樞紐中閘門的控制。當上述控制均安全可靠時，可實現遠程調度控制。

5 泵站自動化改造

泵站自動化技術依賴于計算機技術的發展，隨著遠動技術的發展與進步，泵站自動化系統已經開始逐漸應用起來。泵站自動化包括：自動化監控、繼電保護、自動裝置等設備，將保護與控制等功能集中起來，利用通信與網絡技術實現信息共享的二次設備系統。泵站自動化能夠實時地采集電氣量；監視、調節電氣設備的運行狀態，完成對泵站的監視和管理，從而確保泵站能夠長時間安全運行。當發生事故時，通過采集瞬態電氣量，實現監視與控制，迅速將故障部分切除掉，使事故后的泵站恢復正常。

結合泵站的實際狀況和自動化系統的特定需要，泵站綜合自動化可以采用分層分布式結構，分設監督控制、泵站管理和決策管理，各層間通過拓撲連接。現場采用總線式或星形結構，泵站管理采用總線式或環狀或星形結構。決策管理利用公共數據網絡或者專用水情數據網絡連接，完成水情調度和數據傳輸等工作。

參考文獻

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作者簡介：王榮國（1976-），男，高級工，江蘇省江都水利工程管理處。