博斯騰湖東西泵站運行效率差異分析及對策思考

尚喻

（塔里木河流域巴音郭楞管理局博斯騰湖管理處，新疆 巴音郭楞 841000）

1 引言

博斯騰湖位于天山南麓，焉耆盆地東南，屬于中生代斷陷湖，是我國第一大內(nèi)陸淡水湖，既是開都河尾閭，也是孔雀河的源頭，是一座天然集調(diào)洪、灌溉、發(fā)電等綜合效益的多年調(diào)節(jié)水庫。東西長達55 km，南北平均寬20 km。在水位1 048.5 m時，水面面積為1 210.5 km2，容積為90×108m3，平均水深為7.5 m，最深處16 m。

博湖引水工程主要由博斯騰湖東泵站和西泵站組成，位于博斯騰湖東南角，兩座泵站間相距650 m，均為大Ⅱ型電力揚水泵站，設計流量均為45 m3/s，分別于1980年和2008年建成投運，其中西泵站于2011年12月完成全面技術改造，兩座泵站自1980年投運至2017年年底累計運行90.223萬臺時，揚水3.086 65×1010m3，安全運行10 688 d。通過東、西泵站揚水，不但為下游孔雀河、塔里木墾區(qū)提供了充足的灌溉用水，而且起到了加速了博湖水循環(huán)、保護塔里木河下游生態(tài)環(huán)境、開孔河流域防洪抗旱、增加已建電站的發(fā)電量等多方面的綜合效益，為巴音郭楞地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供了強大的助力。

2 基本情況

西泵站于1978年11月破土動工，1980年投入運行，1983年進行工程竣工驗收，榮獲國家優(yōu)質(zhì)工程銀質(zhì)獎。工程總投資3 023.2萬元。2009年，西泵站被列入國家大型泵站更新改造“十一五”規(guī)劃，批準概算投資6776萬元。工程于2010年03月08日開工，2011年12月22日投入運行。更新改造后西泵站，裝機容量為6×800 kW，設計抽水流量45 m3/s，加大抽水流量54 m3/s，設計揚程4.18 m。主要建筑物攔污橋、主廠房、副廠房等為2級建筑物，引水渠和次要建筑物為3級，臨時性建筑物為4級。設計洪水重現(xiàn)期50 a一遇，校核洪水重現(xiàn)期200 a一遇，工程抗震設防烈度為7度。工程主要由主、副廠房、中控樓、攔污橋、真空室、進水池、出水池、廠區(qū)附屬工程等組成。機組最低運行水位1 044.70 m，最高運行水位1 048.00 m。

東泵站距西泵站東側650 m，是塔里木河流域綜合治理項目中的標志性工程，于2003年06月開工建設，2008年12月投入運行。2011年11月通過工程竣工驗收，東泵站及其配套工程決算投資2.3億，資金來源為中央預算內(nèi)西部專項資金。東泵站工程裝機容量5×1 100 kW，設計抽水流量45 m3/s，加大抽水流量54 m3/s，設計揚程6.07 m。工程主要由引水渠、欄污橋、進水池、主廠房、出水池、副廠房、廠區(qū)圩堤護岸組成。工程設計防洪標準為50年一遇，校核防洪標準為200年一遇，工程 抗震設防烈度為7度。機組最低運行水位1 044.75 m，最高運行水位1 048.00 m。

3 東西泵站效率分析

泵站效率是考核泵站技術管理工作的重要經(jīng)濟技術指標。泵站的運行效率是否符合GB/T 30948—2021《泵站技術管理規(guī)程》的要求也是衡量泵站運行管理水平的重要參考。博湖引水工程管理單位博斯騰湖管理處按月編制的泵站揚水量的報表，翔實地記錄了泵站運行臺時數(shù)、揚水量、耗電量、平均揚程等泵站基礎運行數(shù)據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計計算，自西泵站全面改造完成后從2013年到2017年連續(xù)5年博湖東泵站和西泵站運行效率如表1所示。

表1 泵站效率表%

從表1可以很直觀看出兩個現(xiàn)象：

1）東西泵站運行效率有差異，東泵站始終大于西泵站，2013年相差最小為3.06%，2016年相差最大為14.29%；

2）東西泵站效率均出現(xiàn)了先上升后下降的情況，并且呈現(xiàn)出的是慢升快降的現(xiàn)象。

4 造成效率區(qū)別及變化的原因

1）經(jīng)查閱東西泵站技術資料可知，竣工驗收文件中確定的東西泵站設計揚程不同，西泵站2011年改造后設計揚程為4.18 m，東泵站設計揚程為6.07 m。

GB/T 30948—2021《泵站技術管理規(guī)程》中要求泵站效率要求如表2所示。

表2 泵站效率規(guī)定值

根據(jù)表2可查出，東西泵站按照設計揚程工作在符合泵站效率的規(guī)定的情況分別應為：（東泵站≥64%，西泵站≥60%，存在4%的差值。實際中東泵站效率大于西泵站效率是符合設計性能的。

2）泵站效率計算公式如式（1）所示：

式中，ηbz為泵站效率；ρ為水的密度，kg/m3；g為重力加速度，m/s2；Qz為泵站流量，m3/s；Hbz為泵站凈揚程，m；Pi為第i臺電動機輸入功率，k W。

分析式（1）可以發(fā)現(xiàn)，影響泵站效率變量因素為：流量Q功率P和揚程H。對于水泵來說流量Q和功率P變化是基本同步的，或者同時增大，或者同時減小，對泵站效率影響較小。而揚程H和泵站效率在有效范圍內(nèi)是同步變化的算術關系，即揚程H變化率和泵站效率變化率同步，就要認真分析2013年至2017年泵站揚程的變化情況才能解釋東西泵站泵效率逐年變化的原因[1]。

3）經(jīng)查博斯騰湖管理處記錄的2013年至2017年的博斯騰湖月水位記錄，如表3所示。

由表3得到月水位折線圖如圖1所示。

表3 博斯騰湖2013—2017年月水位表 m

圖1 博斯騰湖2013—2017年月水位圖

從圖1可以清晰看出，博斯騰湖水位從2013—2017年是一個由慢到快抬升狀態(tài)，從2015年起每年上升約1 m，從而直接影響了泵站揚程，利用博斯騰湖管理處月?lián)P水量報表逐月統(tǒng)計2013—2017年泵站揚程并通過時間加權計算出東西泵站年工作揚程如表4所示。

表4 博斯騰湖東西泵站2013—2017年泵站加權平均揚程表 m

從表4可見，東西泵站揚程是隨著博斯騰湖水位變動，而且變動趨勢和幅度基本一致，以致東西泵站運行效率出現(xiàn)以上變化情況。

5 上述現(xiàn)象導致的影響

1）因為東西泵站之間因為設計揚程存在差異所以水泵選型有所不同，東泵站主電機單機容量1 100 kW，西泵站主電機單機容量為800 k W，在實際運用過程中因為西泵站有主電機耗電少，且水泵揚程低，振動小的優(yōu)點，且東西泵站的功能一致，都是給下游孔雀河、塔里木墾區(qū)供水，因此，管理單位博斯騰湖管理處傾向于使用西泵站揚水，出現(xiàn)了泵站效率低的西泵站運行臺時遠遠超過東泵站的情況，雖然從泵站發(fā)揮功能角度看這樣運用泵站并沒有問題，但是始終存在低運行效率泵站運行時間大于高運行效率泵站的情況[2]。

由表5可以看出，這幾年間西泵站比東泵站多運行臺時數(shù)多出27.05%～228.23%不等，出現(xiàn)了嚴重不均衡的現(xiàn)象。

表5 博斯騰湖東西泵站2013—2017年運行臺時表

2）隨著博斯騰湖水位變動，東西泵站運行效率不斷變化，但博斯騰湖水位近年來有持續(xù)升高的態(tài)勢，受此影響東西泵站按設計揚程考核運行效率已于2017年低于國家標準。在水位持續(xù)攀升的情況下，東西泵站運行效率勢必會進一步下降，但下游用水量必須保證，泵站運行將處于兩難境地。

6 結語

鑒于以上情況，試分析幾條建議，以供參考。

1）做好博斯騰湖大小湖水量調(diào)度工作，通過合理分配大小湖入湖和出湖水量保證博斯騰湖大湖水位可控，并降至泵站高效運行區(qū)，保證泵站效能。在高水位情況下多使用東泵站運行提高泵站運行效率，西泵站運行時盡量調(diào)整水泵葉片角度，加大出水量，提高水泵利用效能。

2）在可能的情況下泵站引水渠設置可調(diào)節(jié)設施或裝置調(diào)節(jié)過流能力人為制造出泵站前池低水位的情況，以降低泵站前池水位和博斯騰湖大湖水位的相關性，使得泵站前池水位可控，在一定范圍內(nèi)不會隨著博斯騰湖水位升高或降低。