獺湖泵站機電技術改造方案比選

茹宇田

（深圳市東江水源工程管理處，廣東 深圳 518000）

獺湖泵站位于深圳市龍崗區松子坑水庫11#壩后，東江水源工程6#輸水隧洞出口左側，泵站工程于2002年9月建成后投入運行，共設六臺機組，四用兩備，總裝機容量為6×280 kW=1680 kW，泵組額定揚程為12.5 m，單機額定流量為1.7 m3/s，總設計流量6.8 m3/s。泵站作用是將參與調蓄的部分原水抽送到松子坑水庫，以滿足周邊水廠用水及東江水源供水工程因定期檢修或事故檢修時的返供。獺湖泵站原設計為水庫調蓄泵站，近幾年來，隨著周邊工業園區快速發展、坪山區的成立以及深圳東進戰略的穩步推進，泵站周邊片區的自來水廠年供水量穩步上升，獺湖泵站也將由調蓄泵站升級為供水泵站。但由于泵組高水位運行時出現過載現象，存在安全隱患，為確保水庫擴建工程發揮調蓄功能作用及泵站正常運行，需要對泵站電機進行技術改造。

1 泵組存在問題及原因分析

1.1 存在問題

（1）獺湖泵站配套電機存在過載安全隱患，影響泵站正常提水。水庫水位59.0 m以上，只能開兩臺機組并聯運行，若增開第三臺機組時，三臺機組均過載，電流接近或超過額定電流，電機過載情況不一。水庫水位61 m以上，只能一臺機組運行，增開第二臺機組時，兩臺電機均過載。

（2）電機使用已超過15年，電氣元件老化，電氣性能下降，電機內部繞組絕緣層有不同程度下降，曾出現電機繞組燒壞的故障，同時，由于原電機內未配置定子繞組和軸承自動測溫元件，不能實時監測機組運行溫度，存在安全隱患。目前泵站通過調整調度運行方式來避免電機過載，現有泵站運行方式客觀上減小了泵站供水規模，不能滿足松子坑水庫擴建設計規模的需要，根據現在獺湖泵站泵組高水位運行出現過載現象的情況，若要提水至設計水位(66 m)，泵組運行壓力增大，長期過載臨界狀態運行也存在很大的安全隱患。

1.2 原因分析

（1）水泵真機流量比水泵模型流量值大，額定揚程點的流量增加了約4.7%，機組效率降低了約9%，從而加大了水泵的軸功率和電機有效功率。

（2）電機實際轉速為496 rpm，比水泵的設計轉速490 rpm高，由于水泵和電機轉速的偏差，使得水泵的性能參數中流量、揚程和功率比設計值分別增大了1.22%，2.46%和3.7%。

（3）水力和電氣監測設備精度等存在測量誤差。

（4）電機性能下降，效率降低。原廠房通風條件差，廠房內環境溫度一直很高，環境溫度高，造成電機繞組的溫度升高，影響了電機的性能，從而加大了電機有效功率。

（5）水庫擴容前，長期低水位運行，水泵機組可以滿足實際運行要求，隨著使用年限的增加，水泵機組性能逐漸下降，水庫擴容后，水泵機組實際性能與水泵性能的差異在多年累積之下逐漸加大，機組運行實際功率偏大，配套電機無法滿足實際運行的要求，功率偏小，引起電機過載安全隱患。

2 改造方案

（1）水泵機組的運行現狀。現場對2#、3#及5#水泵進行開蓋檢查，三臺水泵的葉輪、口環及軸承等部件運行狀況良好，沒發現明顯磨損、汽蝕等現象，水泵運行雙幅振動值在合理范圍，水泵性能曲線偏差不大；1#機組在啟動過程中發生過電壓跳閘事故，經檢查發現1#電機局部繞組絕緣擊穿，燒損發黑，泵組電機運行存在薄弱環節。

（2）現場運行機組參數與出廠真機試驗數據的比較。根據泵組在常態水位58 m～62 m時的有功功率為283 kW～302 kW的現場記錄,并通過現場運行機組參數、水泵性能曲線、出廠真機試驗數據和泵組特征揚程等數據進行分析比較，數據表明，相同揚程下，水泵的實際流量與根據轉速為496 rpm出廠試驗數據換算后，水泵的流量與真機的流量相差不大，但電機的輸入功率相差比較大，換算后的出廠數據電機的輸入功率為276 kW，而現場運行水泵電機的實際輸入功率為306 kW，就功率相對比較小的1#泵在揚程10 m～15 m范圍的電機的輸入功率范圍為275 kW～297 kW，所以結論得出，機組實際有效功率高于真機試驗數值。

根據上述分析，為解決獺湖泵站機組高水位運行存在電機過載現象的隱患問題，擬推薦的改造方案有：車削水泵葉輪直徑、電機擴容改造和更換電機，方案對比見表1。

表1 改造方案的技術經濟比較表

根據現有數據分析，水泵運行揚程范圍8 m～16.5 m，運行揚程范圍內，出現的最大軸功率為283.3 kW，對應水泵揚程12.7 m，按規范要求及本工程實際情況考慮1.15儲備系數，配套電機的功率應不小于326 kW。因此，由表1可見，電機擴容方案投資最小，但僅在一定的工況范圍可消除電機過載隱患，且由于擴容容量有限為315 kW,小于現有水泵所需配套電機功率326 kW，在運行中還需要通過臺數調節以避免電機過載隱患，方案不可行；葉輪車削方案投資適中，理論上可消除電機過載隱患，但由于水泵葉輪車削后對水泵性能影響存在不確定性，而且葉輪車削后，減小了水泵的流量和揚程，減小了泵站的供水規模，降低了泵站的設計標準，水泵的效率也有所下降，一方面增加泵站運行的能耗，另一方面隨著使用年限的增長，水泵各部件磨損、老化，水泵性能下降加劇，電機可能還會有過載的隱患；更換電機方案投資相對最大，但可從根本上消除電機過載的隱患，改造效果最好，安全可靠性最高。更換電機方案改造投資與葉輪車削方案相比只增加78萬元，與因泵站短期內不能正常運行的經濟損失比較，增加的投資對本工程的經濟效益指標影響較小。

因此，綜合考慮獺湖泵站機組安全運行是松子坑水庫擴建工程的水源保障，推薦選擇改造效果最好，安全可靠性最高的更換電機方案，即將現狀電機更新，考慮采用標準系列，更換為容量355 kW新電機方案。

3 改造效果

獺湖泵站電機改造工程于2017年10月上旬進場施工，11月下旬改造施工完成后，現場進行了單機試運行及機組聯合試運行試驗，具體試驗參數見表2、表3、表4。

表2 單臺機組運行情況

表3 單臺機組運行情況

表4 四臺機組聯合試運行情況

如表2、表3和表4所示，泵站在水庫近期常態水位58 m～62 m這個區間分別進行兩次單機運行試驗和一次多機聯合運行試驗，試驗數據真實，水泵實際流量與性能曲線對應流量基本一致，試運行期間電機工況良好，參數穩定，電機電流及有功功率均在合理范圍，具有一定的空間余量又符合現場需要，沒有造成不必要的浪費，符合經濟、科學的原則，此次電機改造基本滿足設計及生產要求，達到改造目的。

4 結語

獺湖泵站電機改造的完成，從根本上消除了原電機在高水位運行時存在過載情況的安全隱患，同時通過對止回閥、補償系統和控制系統的技術升級，進一步提高了泵站的自動化水平，通過電機技術改造達到了預期效果。