引黃濟青改擴建工程棘洪灘泵站更新改造實踐與思考

戴 康 楊同文 劉厚愛 薦 威

引黃濟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、遠距離調(diào)水工程，工程建成32年來，累計調(diào)水47.23 億m3， 為青島市和工程沿線各市經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮了巨大作用，社會效益、環(huán)境效益、生態(tài)效益顯著。目前工程已超過了設計年限，機電設備工程設施老化、損毀嚴重，調(diào)水能力降低，無法滿足安全運行和設計調(diào)水規(guī)模要求。特別是南水北調(diào)工程實施后，承擔著向膠東地區(qū)輸水的任務，受泵站老化嚴重限制，在規(guī)定時間內(nèi)調(diào)水任務無法高效完成。

一、工程概況

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

二、更新改造主要問題

棘洪灘泵站建于1989年，受當時經(jīng)濟水平、技術(shù)條件限制，工程建設標準偏低，配套設施不完善，且長期擔負著繁重的青島城市供水任務，泵站工程存在機電設備老化嚴重、故障頻發(fā)、能源單耗嚴重超標、工程效益逐步衰減等諸多突出問題，嚴重影響泵站的安全運行和效益發(fā)揮。

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

三、泵站更新改造目標和主要任務

1.更新改造目標

通過對引黃濟青工程改擴建將棘洪灘泵站建設成為功能完備、高效運行、管理先進的現(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：調(diào)水能力恢復到工程設計標準;泵站機電設備完好率達到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，同時實現(xiàn)泵站綜合自動化管理。

2.更新改造的主要任務

主要包括：①6kV 電機全部增容改造成10kV 電機；②電機增容改造及5 臺同步電動機勵磁裝置，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增設計算機監(jiān)控系統(tǒng)，增加微機保護單元；⑥增設視頻監(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通信及自動化設施更新建設等。

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)機構(gòu)應用

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)和機械調(diào)節(jié)，棘洪灘泵站3#、5#機組采用內(nèi)置式BYT 型葉片調(diào)節(jié)機構(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、葉片角度機械控制部分集成于一體，安裝于水泵電動機的頂端隨機組一塊旋轉(zhuǎn)。整體設計采用內(nèi)供油的設計方式，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)動角度能實時傳輸?shù)缴衔粰C顯示。在機組正常運行時，上位機可根據(jù)抽水量的變化給定葉片角度，使水泵保持最佳工況運行；啟動和停機時控制裝置能自動將葉片調(diào)至適當?shù)慕嵌?，保證啟動與停機的需要。

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

（1）泵站自動化監(jiān)控系統(tǒng)

棘洪灘泵站計算機監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班，少人值守”的原則進行總體設計和配置，在中控室實現(xiàn)對所有現(xiàn)地設備的遠方控制及監(jiān)視。

系統(tǒng)采用全計算機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現(xiàn)地控制層組成。監(jiān)控系統(tǒng)形成一個完整的、先進的開放網(wǎng)絡型分層分布的實時閉環(huán)過程控制系統(tǒng)，為管理人員提供可靠、穩(wěn)定、安全與高效的運行環(huán)境和監(jiān)控手段?，F(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LCU 也不會因主控級發(fā)生故障而影響LCU 各自承擔的監(jiān)控功能。在功能的完善性和監(jiān)控平臺的統(tǒng)一性方面，整個系統(tǒng)配備完善的應用功能，能穩(wěn)定可靠地實現(xiàn)對設備及信息的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能，各個現(xiàn)地控制單元LCU 與中央控制室計算機監(jiān)控系統(tǒng)平臺間進行可靠的通信，形成統(tǒng)一的自動監(jiān)控網(wǎng)絡和同一個監(jiān)控平臺?，F(xiàn)地手動操作與控制，可滿足泵站運行維護的安全、可靠要求?，F(xiàn)地泵站監(jiān)控控制單元具有主要設備狀態(tài)現(xiàn)地顯示及必要的常規(guī)操作功能，使運行人員在現(xiàn)地能完成必要的運行和調(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)，運行人員能夠?qū)ΜF(xiàn)場關(guān)鍵設備的運行狀態(tài)進行實時觀察，作為對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的補充，可幫助運行人員進行綜合判斷。同時該系統(tǒng)能夠與自動控制系統(tǒng)相連，實現(xiàn)信號傳輸。

3.泵站節(jié)能降耗效果顯著

棘洪灘泵站7 臺機組更新改造工程完成后，泵站流量恢復到原設計標準，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；泵站安全運行率、設備完好率達到100%，泵站機電設備運行的安全性、可靠性、穩(wěn)定性得到保障；各項指標均達到設計標準值，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、出水口并設置伸縮縫，采用預埋式橡膠止水帶密封，兩端設置混凝土鎮(zhèn)墩，管道中間設置混凝土支墩。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，同時減少管路的水頭損失，通過對管道內(nèi)壁防腐處理保證管道的耐久性，還不會對水質(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”的理念指導泵站更新改造。泵站工程規(guī)模應與城市發(fā)展相適應，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。加大老化工程及設備更新改造，加強泵站水量測量、水文水質(zhì)觀測、建筑物觀測、運行調(diào)度水平和能力建設。

2.前期設計中要充分考慮泵站設備比選

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

3.重視電氣設備的改造

涉及供電線路、變電所等電氣設備的改造項目，要與供電部門充分協(xié)調(diào)溝通，在設備選型采購、電氣試驗、供電工程驗收等環(huán)節(jié)上應主動征求供電部門意見或邀請相關(guān)專家參與審査，以利于供電工程建設質(zhì)量安全、達標驗收和正常運行。

4.強化泵站運行管理人員培訓

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