新疆SJZ泵站機電設計綜述

赤 磊

（新疆水利水電勘測設計研究院）

1 工程概述

泵站是新疆某調水工程中唯一一座揚水泵站，年設計輸水量3億m3，設計供水流量為13 m3/s，年供水時段11個月，供水保證率為95%。泵站共安裝8臺水泵電動機，其中6臺為臥式雙級雙吸離心泵，電動機單機功率8 000 kW；另外2臺為單級雙吸離心泵，電動機單機功率2 700 kW；總裝機容量為53.40 MW。泵站管理方式采用“站變合一”方式，整個調水工程設置工程自動化調度系統。

2 泵站輸水系統布置

泵站輸水系統布置圖如圖1所示。

圖1 泵站輸水系統布置示意圖

分水閘位于隧洞出口埋涵段末端，控制兩個方向分水，并向東南方向退水，1號分水閘分水設計流量29 m3/s，2號分水閘分水設計流量為11.00 m3/s，退水閘退水設計流量為40 m3/s。

分水閘后接泵站，泵站建筑物包括引水埋涵、前池、進水池、泵房。引水埋涵總長度180.50 m；前池采用正向進水，總長度為79.84 m；進水池總長18 m。

泵站廠房包括主泵房、副廠房、安裝間、主變及出線場。安裝間布置于主泵房右端，副廠房和主變及出線場布置于主泵房下游側，與主泵房呈平行布置。

壓力管線布置在泵站之后，主要包括揚水管道和管道出口段。揚水管道總長12.76 km，管道選用雙根管，雙管單溝布置，管徑為DN2200 mm。

3 水力機械設計

3.1 水泵設計

①水泵揚程點最高揚程為187.22 m；最低揚程175.99 m；設計揚程186 m。②水泵臺數。水泵設計揚程為186.00 m，設計流量為13 m3/s，泵站流量大、揚程高，經對國內外相類似泵站、設備制造廠家的設備制造能力進行廣泛咨詢，并考慮泵組具備一定的流量調節能力，經技術、經濟比較后，綜合考慮最終確定四用兩備（6×3.25 m3/s）臥式機組方案，另外特別設置2 臺小泵作為工程供水前期調節流量和泵房后管道充水所用。故本泵站總裝機臺數為8 臺，6 臺大泵2 臺小泵。③水泵型式。水泵設計揚程為186 m，單泵設計流量3.25 m3/s，在此范圍內水泵型式有立式單級單吸離心泵、臥式雙級雙吸離心泵、臥式雙級單吸離心泵三種型式。考慮泵站單機容量較大，年利用小時數較高，投資、廠房布置、維護檢修等方面綜合考慮，采用臥式雙級雙吸離心泵。④水泵比轉速。水泵參數的選擇直接關系到泵站的先進性、經濟性和可靠性。比轉速ns 反映了葉輪的尺寸形狀、過流能力和效率性能，為保證水泵的安全運行就需要較大的泵站裝置汽蝕余量。設計過程中適當提高水泵比轉速以降低設備投資和提高水泵效率。經綜合考慮，大泵額定轉速為750 r/min，小泵額定轉速為1 500 r/min。

3.2 電動機型式選擇

泵站一般采用的大中型電動機有同步電動機和異步電動機兩類。本項目電機選擇主要考慮了以下方面：第一，考慮到本工程為帶泵類負載的中低轉速電機；第二，考慮了額定轉速、電機的極數、電機結構特性與電氣性能要求；第三，考慮到電機效率差值和同步電動機與異步電動機年消耗電能差值；第四，考慮到電機的精準控制以及短時過載能力。經綜合分析比較，工程選擇三相交流臥式同步電動機。

3.3 電動機啟動及控制方式

電動機的啟動方式有全壓啟動、軟啟動器啟動和變頻啟動等方式，本泵站電動機采用變頻啟動方式。泵站設置2臺高壓變頻裝置，并設置變頻啟動母線及現地自動切換柜，逐一啟動每臺電動機，采用熱備用方式，每臺均采用一拖八控制方案。

3.4 水泵進、出口閥門

全站8臺水泵采用單機單管進水方式，水泵出口采用四機一管布置型式，全站兩根出水管。每臺進口配置一臺電動球閥；出口配置一臺軸流式止回閥和一臺液控球閥。

3.5 水力過渡過程

高揚程、長管路離心泵站突發斷電事故情況下的過渡過程比較危險，經調節保證計算，在管道無防護措施的情況下，兩臺機組并聯運行，突然系統掉電，水泵出口閥門拒動工況下，管路系統的最大壓力為295 m，最小壓力為-8 m；管路從中段到末端全部出現汽化。機組流量和轉速很快下降并達到反向最大值。因此需在管路上設置防水錘設施。水錘防護措施采用進排氣閥+單向調壓塔。

4 電氣主接線設計

泵站根據工程等級及工程用電負荷特點確定負荷等級為二級，電源引接方式采用2 回110 kV 線路進線，以互為備用方式供電，每回進線均能滿足本泵站的負荷要求。110 kV開關站設備采用戶內SF6 全封閉組合電氣。在設計中分別對110 kV高壓側采用單母線接線、單母線分段接線、橋形接線三種方案進行分析比較。基于本工程對安全、可靠性要求較高，經綜合考慮，確定110 kV高壓側采用單母線分段接線方式。

對于10 kV低壓側接線方式，主要考慮到泵站裝機臺數較多，且機組10 kV 母線側引接的饋電回路較多，泵站年利用小時數很高，對泵站機組的接線安全、可靠性要求較高等特點，經分析比較10 kV低壓側采用單母線分段接線方式。

泵站設置兩回廠用電電源，分別取自泵組10 kV 兩段母線，降壓至0.40 kV供電。

5 自動化控制設計

泵站屬于調水工程的一部分，為保證輸水系統和沿線眾多輸水建筑物、構筑物的安全和調度及時可靠，保證全線系統供水流量平衡，故調水工程全線采用計算機監控系統進行設計。泵站計算機監控系統采用分層分布式結構，在功能上分為主控級和單元控制級。由負責全站集中監控任務的泵站級設備和負責水泵機組、開關站、閥門和公用設備等就地實時控制任務的現地控制級設備，以及計算機網絡設備共同組成。

6 泵站接入系統通信

調水工程全線實施調水自動化，采用統一綜合管控平臺，由調度中心對輸配水進行統一調度、統一指揮、統一管理，故本泵站通信系統最終接入該管控平臺。泵站的接入系統通信采用光纖通信為主，市話為輔的兩種通信方式。

7 結語

為保證本工程機電設備高效、可靠、安全的運行，進行了數次調研和考證，對其系統的配置、設備選型、關鍵參數以及新技術新設備等主要技術問題進行了反復研究和完善。在此過程中雖有些許艱辛，但是更新了自身的知識、開闊了眼界和設計思路，特別是在高揚程臥式離心泵組設計制造、一拖多高壓變頻技術以及長距離調水工程全線自動化控制方面，取得了長足的進步，為新疆后續調水工程積累了諸多經驗。