尊村灌區(qū)水源泵站管理與節(jié)能技術(shù)示范區(qū)建設(shè)淺析

劉海英

（運(yùn)城市尊村引黃灌溉管理局，山西 運(yùn)城 044000）

1 概況

尊村引黃工程以黃河為水源，設(shè)計(jì)規(guī)模為9級(jí)31站，揚(yáng)程165.44m，總裝機(jī)6.14萬(wàn)kW，提水流量46.5m3/s，灌溉面積11.07萬(wàn)hm2。尊村灌區(qū)樞紐一級(jí)提水泵站即水源泵站位于永濟(jì)市西北，黃河小北干流左岸的尊村灣咀上。取水方式采用岸邊固定式取水，安裝機(jī)組10臺(tái)，均采用軸流泵。設(shè)計(jì)揚(yáng)程8.9m，設(shè)計(jì)流量46.5m3/s，總裝機(jī)功率7465 kW。

2 存在問(wèn)題

由于尊村引黃一級(jí)提水泵站臨河而建，黃河水深流急，風(fēng)大浪高，冬有流冰，水流含沙量高，受黃河水流沖刷、淘蝕及凌汛影響損壞嚴(yán)重。

2.1 設(shè)備老化

尊村引黃工程基本屬于“三邊”工程。受當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)水平，設(shè)備選型存在一定的不合理性。同時(shí)，由于黃河水泥沙含量大、泥沙磨損等原因，造成輸水不暢，自1978年一級(jí)提水泵站提水受益以來(lái)，大部分工程設(shè)備經(jīng)過(guò)30多年的運(yùn)行，水泵主體及部件磨損老化嚴(yán)重、年久失修、漏水漏電，機(jī)組裝置效率僅40%左右，葉輪、導(dǎo)葉體磨蝕、銹蝕嚴(yán)重，蝕坑直徑超過(guò)5 mm，需每年更換葉輪，難以承擔(dān)抗旱灌溉任務(wù)。電機(jī)設(shè)備陳舊絕緣老化、性能降低、繞組燒壞的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，電機(jī)經(jīng)不住交流耐壓試驗(yàn)，存在很大安全隱患。

2.2 水源脫硫

黃河小北干流屬堆積游蕩型河道，河床寬淺，主流散亂，自1989年汛期以后，主流西移，使尊村一級(jí)泵站脫硫，脫硫距離800～3500m。灌區(qū)1997年曾利用世行貸款建成兩艘浮船，購(gòu)置水陸兩用挖掘機(jī)1臺(tái)，提水能力12.2m3/s，后因主流頻繁擺動(dòng)，浮船移動(dòng)困難，再未利用。尊村引黃一級(jí)提水泵站采取挖河引水辦法解決水源脫硫問(wèn)題，引水距離時(shí)長(zhǎng)時(shí)短，前池水位變幅較大，泵站機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)極不穩(wěn)定，加大了水源泥沙和有害粒含量，致使機(jī)組過(guò)流部件磨損嚴(yán)重，裝置效率低下，能源單耗嚴(yán)重超標(biāo)，同時(shí)造成渠道淤積嚴(yán)重，過(guò)水?dāng)嗝孀冃?，極易發(fā)生漫堤溢流情況，難以滿足灌溉需求。

2.3 泥沙淤積

尊村灌區(qū)的泥沙問(wèn)題是一直困擾灌區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，是機(jī)泵磨損、渠道淤積、輸水不暢、土地沙化、裝置效率降低等的根源。由于泥沙淤積嚴(yán)重，總干渠泥沙淤積量曾達(dá)到190萬(wàn)m3，特別是一級(jí)干渠，淤積厚度達(dá)3m左右，而渠深僅3.6m，加大到3.9m后過(guò)水能力不足設(shè)計(jì)流量的1/3，輸水能力大大下降，渠道處于超水位運(yùn)行狀態(tài)，決堤水毀事故時(shí)有發(fā)生，存在巨大的安全隱患。

2.4 管理粗放

尊村灌區(qū)的灌溉管理一直依靠呼叫機(jī)與各提水泵站聯(lián)系進(jìn)行調(diào)度，用人工測(cè)量方式確定流量。2002年以來(lái)逐步對(duì)各級(jí)提水管理站、管理局調(diào)度中心及主要干支渠監(jiān)測(cè)點(diǎn)配備了流量計(jì)，同時(shí)建立了渠道水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，部分實(shí)施了信息化管理工程，初步建立了泵站數(shù)據(jù)采集、通訊傳輸、數(shù)據(jù)處理、調(diào)度管理等現(xiàn)代化的信息管理功能。但現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)僅能提供簡(jiǎn)單的調(diào)度信息，泵站運(yùn)行只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，缺少科學(xué)有效的管理辦法和手段，人工調(diào)水的管理辦法難以適應(yīng)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)需要，不能按需按量及時(shí)供水。另外，全灌區(qū)的光纖通訊網(wǎng)絡(luò)尚未完善，可靠性及可擴(kuò)充性需要進(jìn)一步升級(jí)，無(wú)法適應(yīng)大型的配水管理。

3 管理措施及新節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

3.1 管理措施

一是配套自控設(shè)備，保證機(jī)組高效運(yùn)行；二是重新啟用浮船引水，減少水源泥沙含量；三是配套自排沙廊道沖沙工程，延長(zhǎng)沉沙池使用壽命；四是建立科學(xué)規(guī)范的泵站綜合管理體系和管理模式，為尊村泵站取水建立規(guī)范化管理和節(jié)能技術(shù)的示范場(chǎng)所。

3.1.1 配套自控設(shè)備，保證機(jī)組高效運(yùn)行

更新改造一級(jí)泵站水泵、電機(jī)，配套新型電氣開(kāi)關(guān)和自控設(shè)備，完善泵站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。通過(guò)傳感器、視頻攝像等工具，全方位采集機(jī)組、設(shè)備及周圍環(huán)境的信息，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和邏輯判斷功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站設(shè)備和輸配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。建立專用的通信傳輸線路、高效的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)的信息采集系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)視監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和實(shí)用的專家決策支持系統(tǒng)，設(shè)立泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，配置和開(kāi)發(fā)相關(guān)應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)調(diào)度通信和視頻監(jiān)控等綜合性自動(dòng)化功能。

3.1.2 重新啟用浮船引水，減少水源泥沙含量

自1999年以來(lái)，尊村灌區(qū)通過(guò)實(shí)施續(xù)建配套與節(jié)水改造工程，灌區(qū)灌溉面積不斷恢復(fù)，灌溉用水量逐年增長(zhǎng)。同時(shí)為提高水源保證率，重新啟用了2條浮船泵站從河道取表層水，減少源水泥沙含量。即離開(kāi)主流，修建相對(duì)固定的“自然湖泊”，湖前挖河引水，湖內(nèi)浮船泵站抽水供水。

3.1.3 沉沙池配套自排沙廊道沖沙工程

2003年在一級(jí)站出水池后修建了1座湖泊型沉沙池，庫(kù)容290萬(wàn)m3，投入運(yùn)行以來(lái)累計(jì)進(jìn)水3.31億m3，沉積泥沙223萬(wàn)m3，配套的自排沙廊道采用“偏側(cè)進(jìn)水、側(cè)槽溢流”的布置方式，由引水渠、排沙廊道、控制閘門、增旋排沙孔、導(dǎo)流板及排沙帽組成。在沉沙池進(jìn)口至治黃護(hù)岸壩之間沿新筑1號(hào)壩南修建引渠和自排沙廊道沖沙工程，將粗顆粒泥沙排出沉沙池到黃河護(hù)岸堤壩內(nèi)，并設(shè)溢流堰，將清水溢流到沉沙池輸?shù)揭患?jí)干渠。

3.1.4 建立規(guī)范化泵站綜合管理體系和管理模式

利用信息化管理平臺(tái)，不斷強(qiáng)化制度管理和完善管理自動(dòng)采集系統(tǒng)。對(duì)《開(kāi)停機(jī)制度》《運(yùn)行值班制度》《交接班制度》《設(shè)備巡查和停水值班制度》實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄、警示。不斷強(qiáng)化機(jī)組管護(hù)和機(jī)組狀態(tài)自動(dòng)查詢系統(tǒng)。要求對(duì)機(jī)組設(shè)施設(shè)備實(shí)行分組承包，責(zé)任到人，提高人員節(jié)能意識(shí)。養(yǎng)護(hù)與維修上實(shí)行臺(tái)時(shí)費(fèi)制度，按機(jī)組實(shí)際運(yùn)行臺(tái)時(shí)下?lián)苜M(fèi)用，專款專用，使機(jī)組有一個(gè)良好的管理和運(yùn)行環(huán)境，以提高機(jī)電設(shè)備效率。

3.2 新節(jié)能技術(shù)

3.2.1 更新節(jié)能設(shè)備，提高節(jié)能水平和能源利用效率

尊村水源泵站將水泵電機(jī)更新為節(jié)能產(chǎn)品，并根據(jù)臨河水源泵站河道水位變幅較大的特點(diǎn)，水泵一律改造為全調(diào)節(jié)式軸流泵，水量可從3.5m3/s調(diào)節(jié)到7.5m3/s，更好地適應(yīng)了水源水位變化情況，保持穩(wěn)定高效運(yùn)行。電氣設(shè)備按照國(guó)家和行業(yè)規(guī)范選擇節(jié)能型產(chǎn)品，電力變壓器選擇空載損耗小的節(jié)能型變壓器，開(kāi)關(guān)設(shè)備選擇使用壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品，平均使用壽命10萬(wàn)h。同時(shí)配套變頻調(diào)速裝置，保證機(jī)組在高效區(qū)運(yùn)行，減少耗電量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

3.2.2 信息化建設(shè)，為實(shí)時(shí)管理提供技術(shù)保障

尊村引黃信息化綜合管理系統(tǒng)是一個(gè)集視頻監(jiān)控、配水調(diào)度、支渠流量計(jì)管理等信息為一體的綜合軟件。尊村引黃一級(jí)提水管理站視頻監(jiān)控主要完成對(duì)一級(jí)站內(nèi)的工業(yè)電視監(jiān)控，通過(guò)顯示器同時(shí)顯示多點(diǎn)畫面。在控制室內(nèi)可以實(shí)時(shí)看到各監(jiān)控點(diǎn)的圖像，并可控制云臺(tái)動(dòng)作。尊村引黃灌溉管理局調(diào)度中心的信息化建設(shè)主要包括機(jī)房應(yīng)用軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等，并在泵站信息調(diào)度中心安裝監(jiān)控系統(tǒng)。信息化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)使各級(jí)管理站相連，并通過(guò)ADSL公網(wǎng)連接至尊村引黃灌溉管理局的調(diào)度中心。改造后的信息化網(wǎng)絡(luò)具有實(shí)時(shí)采集功能、長(zhǎng)距離、高寬帶的網(wǎng)絡(luò)傳輸和冗余備份等特性，可全面系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)反映供水配水信息，為實(shí)時(shí)管理提供技術(shù)保障。

3.2.3 監(jiān)控系統(tǒng)，保證泵站機(jī)組高效運(yùn)行

尊村水源泵站的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，選取了與自動(dòng)化相配套的智能性設(shè)備，除在現(xiàn)場(chǎng)顯示外，還接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，與管理局調(diào)度中心及上下級(jí)的水泵控制需求進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。采集處理的信息包括泵站流量、水泵進(jìn)出口壓力、閥后壓力、集水井及前池出水池水位等監(jiān)測(cè)，以及水泵技術(shù)供排水示流信號(hào)，壓力測(cè)量和溫度測(cè)量等。網(wǎng)絡(luò)控制級(jí)別分為站控級(jí)、現(xiàn)地自動(dòng)/手動(dòng)控制級(jí)?，F(xiàn)地控制級(jí)按被控對(duì)象配置機(jī)組現(xiàn)地控制單元、公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元，構(gòu)成高可靠的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用于工程實(shí)時(shí)控制，以根據(jù)運(yùn)行工況隨時(shí)加減機(jī)組，保證泵站機(jī)組高效運(yùn)行。

4 效益分析

管理與節(jié)能技術(shù)示范區(qū)完成后，尊村引黃第一提水泵站的提水能力大幅提高，能源單耗降低30%以上；泵站能源單耗由過(guò)去的6.1 kW·h/m3降低為4.1 kW·h/m3，單機(jī)提水量由0.8m3/s提高到8.7m3/s，裝置效率由44.6%提高到71%。

排沙廊道建成后，沉沙池進(jìn)池沙量年減少30萬(wàn)～50萬(wàn)m3，粗顆粒泥沙年排除量達(dá)到25萬(wàn)～60萬(wàn)m3（其中建筑用沙不小于25萬(wàn)m3），沉沙池壽命延長(zhǎng)10年以上，每年可減少渠道淤積60萬(wàn)～100萬(wàn)m3。經(jīng)檢測(cè)，沉沙池出水口的含沙量?jī)H0.0879 kg/m3，入渠泥沙粒徑控制在0.05 mm以內(nèi)，一干渠的輸水能力達(dá)到了設(shè)計(jì)流量46.5m3/s，二干渠的淤積厚度達(dá)到80 cm左右，輸水能力達(dá)到20m3/s，實(shí)現(xiàn)了水、沙、泥資源的合理利用，減輕了泵站過(guò)流部件的磨損，提高了泵站機(jī)泵效率。

采用現(xiàn)代化的管理措施后，在尊村引黃灌溉管理局調(diào)度中心就能看清各提水泵站機(jī)組的運(yùn)行狀況并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，提高了灌溉調(diào)度的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。實(shí)現(xiàn)了機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行，提高了裝置效率，節(jié)約了能源，較好地做到了級(jí)間流量配合，減少了溢流棄水，提高了渠系水利用率，節(jié)約了水資源。同時(shí)減少了運(yùn)行管理人員，降低了提水成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代化管理系統(tǒng)實(shí)施后，渠系水利用率提高了3%，泵站機(jī)組效率提高了6%，運(yùn)行管理人員減少了10%～20%。

5 結(jié)論

通過(guò)尊村灌區(qū)節(jié)水灌溉水源泵站管理與節(jié)能技術(shù)示范區(qū)工程的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度科學(xué)合理、機(jī)組運(yùn)行自動(dòng)控制、在線監(jiān)測(cè)，確保泵站工程高效、可靠運(yùn)行，為科學(xué)管理和灌溉決策提供依據(jù)。