引黃濟(jì)青改擴(kuò)建工程棘洪灘泵站更新改造實(shí)踐與思考

戴 康 楊同文 劉厚愛 薦 威

引黃濟(jì)青工程是國家為解決青島水資源短缺于1989年建成的大型跨地區(qū)、跨流域、遠(yuǎn)距離調(diào)水工程，工程建成32年來，累計(jì)調(diào)水47.23 億m3， 為青島市和工程沿線各市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)揮了巨大作用，社會(huì)效益、環(huán)境效益、生態(tài)效益顯著。目前工程已超過了設(shè)計(jì)年限，機(jī)電設(shè)備工程設(shè)施老化、損毀嚴(yán)重，調(diào)水能力降低，無法滿足安全運(yùn)行和設(shè)計(jì)調(diào)水規(guī)模要求。特別是南水北調(diào)工程實(shí)施后，承擔(dān)著向膠東地區(qū)輸水的任務(wù)，受泵站老化嚴(yán)重限制，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)調(diào)水任務(wù)無法高效完成。

一、工程概況

山東省引黃濟(jì)青工程棘洪灘泵站是已建引黃濟(jì)青工程的最后一級(jí)泵站，位于青島市棘洪灘街道。泵站為堤后式結(jié)構(gòu)，肘形進(jìn)水流道，直管出水流道，油壓快速門斷流。前池設(shè)計(jì)水位4.02m，出水池設(shè)計(jì)水位12.00m，泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程7.98m，設(shè)計(jì)流量23m3/s。5 臺(tái)無錫水泵廠生產(chǎn)的1.6HL-50B 型立式導(dǎo)葉式混流泵，配套TL800-24/2150 型800kW 6kV 同步電動(dòng)機(jī)，2 臺(tái)900HD-11.5 型立式混流泵為調(diào)節(jié)機(jī)組，配JSL-15-12 型330kW 6kV 異步電動(dòng)機(jī)，泵站總裝機(jī)容量4660kW。

二、更新改造主要問題

棘洪灘泵站建于1989年，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)水平、技術(shù)條件限制，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)偏低，配套設(shè)施不完善，且長期擔(dān)負(fù)著繁重的青島城市供水任務(wù)，泵站工程存在機(jī)電設(shè)備老化嚴(yán)重、故障頻發(fā)、能源單耗嚴(yán)重超標(biāo)、工程效益逐步衰減等諸多突出問題，嚴(yán)重影響泵站的安全運(yùn)行和效益發(fā)揮。

泵站更新改造要解決的主要問題：①機(jī)電設(shè)備老化嚴(yán)重、工程設(shè)施年久失修，安全運(yùn)行無保障。②機(jī)組流量不匹配，運(yùn)行效率降低，能源消耗嚴(yán)重超標(biāo)。③泵站管理設(shè)施、管理手段落后，缺少自動(dòng)化監(jiān)控和基本的信息化設(shè)施。④電纜為鋁制電纜，老化嚴(yán)重。⑤混凝土出水流道存在安全隱患。

三、泵站更新改造目標(biāo)和主要任務(wù)

1.更新改造目標(biāo)

通過對(duì)引黃濟(jì)青工程改擴(kuò)建將棘洪灘泵站建設(shè)成為功能完備、高效運(yùn)行、管理先進(jìn)的現(xiàn)代化泵站體系，為青島城市供水及工農(nóng)業(yè)發(fā)展提供支撐。主要技術(shù)指標(biāo)：調(diào)水能力恢復(fù)到工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);泵站機(jī)電設(shè)備完好率達(dá)到95%以上；泵站裝置效率提高到60%以上；泵站能源單耗由現(xiàn)狀的2.5kWh/（kt·m）降低到2.1kWh/（kt·m）以下，同時(shí)實(shí)現(xiàn)泵站綜合自動(dòng)化管理。

2.更新改造的主要任務(wù)

主要包括：①6kV 電機(jī)全部增容改造成10kV 電機(jī)；②電機(jī)增容改造及5 臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁裝置，電纜配套更換；③泵站35kV 變電站增容改造，電纜配套更換；④6kV 高壓柜增容改造成10kV 開關(guān)柜。⑤增設(shè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，增加微機(jī)保護(hù)單元；⑥增設(shè)視頻監(jiān)視系統(tǒng)；⑦主變壓器室外改造為室內(nèi)布置，增加變壓器房三間。⑧通信及自動(dòng)化設(shè)施更新建設(shè)等。

四、泵站更新改造取得的主要成果

1.水泵葉片液壓調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)應(yīng)用

立式全調(diào)節(jié)水泵的葉片調(diào)節(jié)，主要有兩種形式，液壓調(diào)節(jié)和機(jī)械調(diào)節(jié)，棘洪灘泵站3#、5#機(jī)組采用內(nèi)置式BYT 型葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

BYT 型水泵葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括接力器、油源部分、葉片角度機(jī)械控制部分和電氣控制部分，其中接力器、油源部分、葉片角度機(jī)械控制部分集成于一體，安裝于水泵電動(dòng)機(jī)的頂端隨機(jī)組一塊旋轉(zhuǎn)。整體設(shè)計(jì)采用內(nèi)供油的設(shè)計(jì)方式，電氣控制通過集電環(huán)供電，有效解決了受油器外供油滲漏的問題。葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)給定指令調(diào)節(jié)葉片角度，通過現(xiàn)地控制柜來調(diào)節(jié)水泵葉片；葉片轉(zhuǎn)動(dòng)角度能實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)可根據(jù)抽水量的變化給定葉片角度，使水泵保持最佳工況運(yùn)行；啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)控制裝置能自動(dòng)將葉片調(diào)至適當(dāng)?shù)慕嵌龋ＷC啟動(dòng)與停機(jī)的需要。

2.泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)提升

（1）泵站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

棘洪灘泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班，少人值守”的原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和配置，在中控室實(shí)現(xiàn)對(duì)所有現(xiàn)地設(shè)備的遠(yuǎn)方控制及監(jiān)視。

系統(tǒng)采用全計(jì)算機(jī)控制的分層分布開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)由中央主控制層及各級(jí)現(xiàn)地控制層組成。監(jiān)控系統(tǒng)形成一個(gè)完整的、先進(jìn)的開放網(wǎng)絡(luò)型分層分布的實(shí)時(shí)閉環(huán)過程控制系統(tǒng)，為管理人員提供可靠、穩(wěn)定、安全與高效的運(yùn)行環(huán)境和監(jiān)控手段。現(xiàn)地控制單元采用PLC 直接上網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，取消中間環(huán)節(jié)，提高整體可靠性能，各個(gè)LCU 也不會(huì)因主控級(jí)發(fā)生故障而影響LCU 各自承擔(dān)的監(jiān)控功能。在功能的完善性和監(jiān)控平臺(tái)的統(tǒng)一性方面，整個(gè)系統(tǒng)配備完善的應(yīng)用功能，能穩(wěn)定可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備及信息的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)功能，各個(gè)現(xiàn)地控制單元LCU 與中央控制室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)間進(jìn)行可靠的通信，形成統(tǒng)一的自動(dòng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和同一個(gè)監(jiān)控平臺(tái)。現(xiàn)地手動(dòng)操作與控制，可滿足泵站運(yùn)行維護(hù)的安全、可靠要求。現(xiàn)地泵站監(jiān)控控制單元具有主要設(shè)備狀態(tài)現(xiàn)地顯示及必要的常規(guī)操作功能，使運(yùn)行人員在現(xiàn)地能完成必要的運(yùn)行和調(diào)試中的操作。

（2）視頻監(jiān)視系統(tǒng)

通過中控室視頻監(jiān)視系統(tǒng)，運(yùn)行人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，作為對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的補(bǔ)充，可幫助運(yùn)行人員進(jìn)行綜合判斷。同時(shí)該系統(tǒng)能夠與自動(dòng)控制系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。

3.泵站節(jié)能降耗效果顯著

棘洪灘泵站7 臺(tái)機(jī)組更新改造工程完成后，泵站流量恢復(fù)到原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，年供水保證率由改造前的95%提高到98%以上，極大地緩解了青島城市供水緊張局面；泵站安全運(yùn)行率、設(shè)備完好率達(dá)到100%，泵站機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的安全性、可靠性、穩(wěn)定性得到保障；各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，裝置效率由改造前的45%提高到60%，能源單耗由改造前的2.5kWh/（kt·m）以上下降到2.1kWh/（kt·m），單方水耗電量由更新改造前0.35kWh降低至0.27kWh，在相同調(diào)水量條件下，年節(jié)約電量 40 萬kWh，泵站節(jié)能降耗效果顯著。

4.出水流道優(yōu)化改造

現(xiàn)有管道為現(xiàn)澆鋼筋混凝土管道，管道外包封為鋼筋混凝土，兩端連接進(jìn)、出水口并設(shè)置伸縮縫，采用預(yù)埋式橡膠止水帶密封，兩端設(shè)置混凝土鎮(zhèn)墩，管道中間設(shè)置混凝土支墩。共有7 根管，2#～6#出水管內(nèi)徑180cm，1#、7#出水管內(nèi)徑120cm，壁厚為20cm。本次改造為DN1800，壁厚22mm 無縫鋼管和DN1200，壁厚16mm 無縫鋼管，大大提高了承載能力，同時(shí)減少管路的水頭損失，通過對(duì)管道內(nèi)壁防腐處理保證管道的耐久性，還不會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響。配套安裝不銹鋼減震器、鋼制法蘭等，有效承載各級(jí)荷重及變形量和多向減震。

五、泵站更新改造思考建議

1.泵站更新改造應(yīng)與城市用水相關(guān)規(guī)劃相協(xié)調(diào)

要以“人水和諧、人與自然和諧”的理念指導(dǎo)泵站更新改造。泵站工程規(guī)模應(yīng)與城市發(fā)展相適應(yīng)，并充分考慮城市生態(tài)用水需求，把生態(tài)用水納入泵站工程供水范圍。加大老化工程及設(shè)備更新改造，加強(qiáng)泵站水量測(cè)量、水文水質(zhì)觀測(cè)、建筑物觀測(cè)、運(yùn)行調(diào)度水平和能力建設(shè)。

2.前期設(shè)計(jì)中要充分考慮泵站設(shè)備比選

對(duì)水泵及電機(jī)選型配置要充分考慮級(jí)間水量匹配問題，防止改造完成后級(jí)間水量不匹配造成效率低、頻繁開機(jī)等問題；在各類主設(shè)備的購置上應(yīng)注重設(shè)備成套性、統(tǒng)一性、一體化要求，選擇技術(shù)創(chuàng)新能力強(qiáng)的品牌，廠家選擇不宜過多，以免設(shè)備型號(hào)繁雜不利于后期管理和維修。

3.重視電氣設(shè)備的改造

涉及供電線路、變電所等電氣設(shè)備的改造項(xiàng)目，要與供電部門充分協(xié)調(diào)溝通，在設(shè)備選型采購、電氣試驗(yàn)、供電工程驗(yàn)收等環(huán)節(jié)上應(yīng)主動(dòng)征求供電部門意見或邀請(qǐng)相關(guān)專家參與審査，以利于供電工程建設(shè)質(zhì)量安全、達(dá)標(biāo)驗(yàn)收和正常運(yùn)行。

4.強(qiáng)化泵站運(yùn)行管理人員培訓(xùn)

泵站運(yùn)行管理技術(shù)人員應(yīng)全程參與更新改造和設(shè)備安裝調(diào)試，全面掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理和安裝方法，組織設(shè)備廠家及時(shí)開展各階段現(xiàn)場技術(shù)培訓(xùn)，提升運(yùn)行人員技能操作水平、 維護(hù)檢修技能能力，以利于后期的運(yùn)行管理