獺湖泵站機(jī)電技術(shù)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(qū)松子坑水庫11#壩后，東江水源工程6#輸水隧洞出口左側(cè)，泵站工程于2002年9月建成后投入運(yùn)行，共設(shè)六臺機(jī)組，四用兩備，總裝機(jī)容量為6×280 kW=1680 kW，泵組額定揚(yáng)程為12.5 m，單機(jī)額定流量為1.7 m3/s，總設(shè)計(jì)流量6.8 m3/s。泵站作用是將參與調(diào)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(shí)的返供。獺湖泵站原設(shè)計(jì)為水庫調(diào)蓄泵站，近幾年來，隨著周邊工業(yè)園區(qū)快速發(fā)展、坪山區(qū)的成立以及深圳東進(jìn)戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，泵站周邊片區(qū)的自來水廠年供水量穩(wěn)步上升，獺湖泵站也將由調(diào)蓄泵站升級為供水泵站。但由于泵組高水位運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)過載現(xiàn)象，存在安全隱患，為確保水庫擴(kuò)建工程發(fā)揮調(diào)蓄功能作用及泵站正常運(yùn)行，需要對泵站電機(jī)進(jìn)行技術(shù)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(jī)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(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，若增開第三臺機(jī)組時(shí)，三臺機(jī)組均過載，電流接近或超過額定電流，電機(jī)過載情況不一。水庫水位61 m以上，只能一臺機(jī)組運(yùn)行，增開第二臺機(jī)組時(shí)，兩臺電機(jī)均過載。

（2）電機(jī)使用已超過15年，電氣元件老化，電氣性能下降，電機(jī)內(nèi)部繞組絕緣層有不同程度下降，曾出現(xiàn)電機(jī)繞組燒壞的故障，同時(shí)，由于原電機(jī)內(nèi)未配置定子繞組和軸承自動(dòng)測溫元件，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)組運(yùn)行溫度，存在安全隱患。目前泵站通過調(diào)整調(diào)度運(yùn)行方式來避免電機(jī)過載，現(xiàn)有泵站運(yùn)行方式客觀上減小了泵站供水規(guī)模，不能滿足松子坑水庫擴(kuò)建設(shè)計(jì)規(guī)模的需要，根據(jù)現(xiàn)在獺湖泵站泵組高水位運(yùn)行出現(xiàn)過載現(xiàn)象的情況，若要提水至設(shè)計(jì)水位(66 m)，泵組運(yùn)行壓力增大，長期過載臨界狀態(tài)運(yùn)行也存在很大的安全隱患。

1.2 原因分析

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

（2）電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速為496 rpm，比水泵的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速490 rpm高，由于水泵和電機(jī)轉(zhuǎn)速的偏差，使得水泵的性能參數(shù)中流量、揚(yáng)程和功率比設(shè)計(jì)值分別增大了1.22%，2.46%和3.7%。

（3）水力和電氣監(jiān)測設(shè)備精度等存在測量誤差。

（4）電機(jī)性能下降，效率降低。原廠房通風(fēng)條件差，廠房內(nèi)環(huán)境溫度一直很高，環(huán)境溫度高，造成電機(jī)繞組的溫度升高，影響了電機(jī)的性能，從而加大了電機(jī)有效功率。

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

2 改造方案

（1）水泵機(jī)組的運(yùn)行現(xiàn)狀?，F(xiàn)場對2#、3#及5#水泵進(jìn)行開蓋檢查，三臺水泵的葉輪、口環(huán)及軸承等部件運(yùn)行狀況良好，沒發(fā)現(xiàn)明顯磨損、汽蝕等現(xiàn)象，水泵運(yùn)行雙幅振動(dòng)值在合理范圍，水泵性能曲線偏差不大；1#機(jī)組在啟動(dòng)過程中發(fā)生過電壓跳閘事故，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)1#電機(jī)局部繞組絕緣擊穿，燒損發(fā)黑，泵組電機(jī)運(yùn)行存在薄弱環(huán)節(jié)。

（2）現(xiàn)場運(yùn)行機(jī)組參數(shù)與出廠真機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較。根據(jù)泵組在常態(tài)水位58 m～62 m時(shí)的有功功率為283 kW～302 kW的現(xiàn)場記錄,并通過現(xiàn)場運(yùn)行機(jī)組參數(shù)、水泵性能曲線、出廠真機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和泵組特征揚(yáng)程等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，數(shù)據(jù)表明，相同揚(yáng)程下，水泵的實(shí)際流量與根據(jù)轉(zhuǎn)速為496 rpm出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)換算后，水泵的流量與真機(jī)的流量相差不大，但電機(jī)的輸入功率相差比較大，換算后的出廠數(shù)據(jù)電機(jī)的輸入功率為276 kW，而現(xiàn)場運(yùn)行水泵電機(jī)的實(shí)際輸入功率為306 kW，就功率相對比較小的1#泵在揚(yáng)程10 m～15 m范圍的電機(jī)的輸入功率范圍為275 kW～297 kW，所以結(jié)論得出，機(jī)組實(shí)際有效功率高于真機(jī)試驗(yàn)數(shù)值。

根據(jù)上述分析，為解決獺湖泵站機(jī)組高水位運(yùn)行存在電機(jī)過載現(xiàn)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(jī)擴(kuò)容改造和更換電機(jī)，方案對比見表1。

表1 改造方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)分析，水泵運(yùn)行揚(yáng)程范圍8 m～16.5 m，運(yùn)行揚(yáng)程范圍內(nèi)，出現(xiàn)的最大軸功率為283.3 kW，對應(yīng)水泵揚(yáng)程12.7 m，按規(guī)范要求及本工程實(shí)際情況考慮1.15儲備系數(shù)，配套電機(jī)的功率應(yīng)不小于326 kW。因此，由表1可見，電機(jī)擴(kuò)容方案投資最小，但僅在一定的工況范圍可消除電機(jī)過載隱患，且由于擴(kuò)容容量有限為315 kW,小于現(xiàn)有水泵所需配套電機(jī)功率326 kW，在運(yùn)行中還需要通過臺數(shù)調(diào)節(jié)以避免電機(jī)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(jī)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(yáng)程，減小了泵站的供水規(guī)模，降低了泵站的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，水泵的效率也有所下降，一方面增加泵站運(yùn)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(jī)可能還會(huì)有過載的隱患；更換電機(jī)方案投資相對最大，但可從根本上消除電機(jī)過載的隱患，改造效果最好，安全可靠性最高。更換電機(jī)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(nèi)不能正常運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)損失比較，增加的投資對本工程的經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)影響較小。

因此，綜合考慮獺湖泵站機(jī)組安全運(yùn)行是松子坑水庫擴(kuò)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(jī)方案，即將現(xiàn)狀電機(jī)更新，考慮采用標(biāo)準(zhǔn)系列，更換為容量355 kW新電機(jī)方案。

3 改造效果

獺湖泵站電機(jī)改造工程于2017年10月上旬進(jìn)場施工，11月下旬改造施工完成后，現(xiàn)場進(jìn)行了單機(jī)試運(yùn)行及機(jī)組聯(lián)合試運(yùn)行試驗(yàn)，具體試驗(yàn)參數(shù)見表2、表3、表4。

表2 單臺機(jī)組運(yùn)行情況

表3 單臺機(jī)組運(yùn)行情況

表4 四臺機(jī)組聯(lián)合試運(yùn)行情況

如表2、表3和表4所示，泵站在水庫近期常態(tài)水位58 m～62 m這個(gè)區(qū)間分別進(jìn)行兩次單機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)和一次多機(jī)聯(lián)合運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)，水泵實(shí)際流量與性能曲線對應(yīng)流量基本一致，試運(yùn)行期間電機(jī)工況良好，參數(shù)穩(wěn)定，電機(jī)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(xiàn)場需要，沒有造成不必要的浪費(fèi)，符合經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的原則，此次電機(jī)改造基本滿足設(shè)計(jì)及生產(chǎn)要求，達(dá)到改造目的。

4 結(jié)語

獺湖泵站電機(jī)改造的完成，從根本上消除了原電機(jī)在高水位運(yùn)行時(shí)存在過載情況的安全隱患，同時(shí)通過對止回閥、補(bǔ)償系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的技術(shù)升級，進(jìn)一步提高了泵站的自動(dòng)化水平，通過電機(jī)技術(shù)改造達(dá)到了預(yù)期效果。