简析扬程变幅大的供水泵站设备优选配置

□黄正财（贵州省水利水电勘测设计研究院）

1 工程概况

德江县观音滩水库位于贵州省铜仁地区德江县龙泉乡马蹄河上游河段。建成后将成为德江县城供水的一座骨干水源工程，基本解决2030年以前德江县城的供水问题。观音滩水库总库容3651万m3，坝址以上流域面积81.80 km2，多年平均流量1.94m3/s，多年平均年径流量6114万m3，设计正常蓄水位511.00m，相应库容2917万m3，死水位482.00m，相应库容211万m3，调节库容2706万m3。主要枢纽建筑物有大坝、溢洪道、放空隧洞、取水管、泵站、出水管线及高位水池等，大坝为面板堆石坝，坝顶高程516m，坝轴线长207.852m，坝顶宽8m，底宽155m，最大坝高57m。向德江县城年供水总量3630万m3，最大引用流量1.50m3/s。提水泵站布置于坝后，水泵进口通过取水管在库内取水，水泵出口经输水总管提水至EL.527m高程的高位水池后，自流至水厂。

2 水文及水能资料

水文资料：上游：死水位482.00m，正常蓄水位511.00m，多年平均库水位505.35m，水库设计洪水位513.57m（P=2%），水库校核洪水位514.84m（P=0.1%）；下游：设计下游洪水位：467.68m（P=2%），设计下游校核洪水位469.66m（P=0.1%）。

泵站进水池水位：最高运行水位513.57m，最低运行水位482.00m；出水池水位：最高运行水位527.00m，最低运行水位523.00m。

输水管道水力损失：4m（含泵站内各阀门及管道水力损失）最大扬程：49.00m；最小扬程：13.43m；平均扬程:23.65m泵站设计流量：1.50m3/s

3 取水方案选择

为充分利用水能，该泵站从库内有压取水，受水库水位变幅影响，净扬程范围为13.43~49.00m，最大扬程与最小扬程的比值，即Hmax/Hmin=3.65，范围太大，经过调研国内外水泵生产厂家，目前生产的水泵均无法覆盖如此大的扬程范围。针对这一难题可以考虑2个方案。

方案一：在水库校核洪水位至死水位之间分两层取水，按照两个扬程范围选择两种不同水泵，运行期按水库水位进行水泵运行调度，以满足供水要求。

方案二：采取对水泵进行变频调速措施以满足工程供水要求。

经分析，方案一在水库分层取水，势必设置两个取水口、两套取水系统、两套不同水泵及电气控制设备，泵房尺寸也将增加，工程土建及设备投资均增加较大。方案二有2个方面优势：一是土建及机电设备投资少；二是对水泵机组变频调速，可以保证在不同扬程下输出恒定设计流量，降低了运行成本，达到节能目的。

4 变频运行方式下水泵设备选择

4.1 全扬程范围变频

该泵站主要功能为城镇供水，设计总流量为1.50m3/s，设计扬程按49.00m，流量不大，扬程不高，制造难度不大。对于机组台数选择，考虑单机设计流量尽可能大，以减少机组台数，减少厂房尺寸、机组造价和检修运行维护工作量。现阶段考虑工作泵2台，单泵流量为0.75m3/s，另设备用泵1台。经选型，所选水泵变频性能参数如下表：

表1 水泵参数表（水泵型号：RDLO400-525B）

从表1可知，水泵在变频调速措施下，能满足13.43～49.00m的全扬程范围，但随着水泵转速的降低，水泵效率随之降低，在最小扬程13.43m的工况下，效率仅能达到68%。根据运行期该水库库水位出现频率表可以看出，水泵长期运行在低扬程段，采取全扬程变频将因长期处于低效率下，节能效果不明显，运行成本较高。

4.2 区域变频结合流量补给

根据4.1节中分析，全扬程范围内变频保证不了水泵在低扬程段内运行处于高效区，此时可以考虑降低设计扬程进行选泵，根据表2“观音滩水库运行期库水位出现频率表”可以看出，水泵长期（95%出现几率）运行于扬程（净）34.50m到最小扬程（净）13.43m之间，可以考虑变频调速装置在此范围内进行变频调速，在变频范围内水泵出水流量为设计流量，按34.50m作为设计扬程进行水泵机组选型。所选水泵变频性能参数如表3。

表2 观音滩水库运行期库水位出现频率表

表3 水泵变频性能参数表（水泵型号：RDLV500-640A1）

从表3可以得知，水泵在34.50~13.43m内变频，转速从990 r/min降至775 r/min，效率从89.30%降至81.50%，均处于高效区，并保证了设计流量的稳定输出。但当水泵处于34.60~49.00m（出现几率5%）时，水泵流量输出将小于设计流量，由于该工程为城镇供水水源工程，供水要求高，此时可考虑备用泵启动补给流量。但在最大扬程至设计扬程之间（5%出现几率）时流量不能满足供水要求，最大扬程49m下流量输出仅为0.32m3/s，此时考虑备用泵投入工作补给流量，以满足供水要求。备用泵的选择原则是：第一，以最大扬程49m为设计扬程，在设计扬程下输出0.75m3/s流量，参与应急供水；第二，该泵通过变频调速措施覆盖49~13.43m全扬程，并输出额定流量0.75m3/s，且在全扬程范围内均能稳定运行，能满足作为工作泵检修时的备用功能要求。

根据以上原则，可选RDLO400-525B型水泵为备用泵机型，该泵能满足上述备用泵的选择原则，运行工况较好，水泵的运行特性优良。

5 优选配置方案

根据以上分析，该工程供水泵站水泵机组最佳优选配置为部分扬程变频结合备用泵流量补给的方式。此方式将减少土建及机电设备投资，保证稳定流量输出，减少高位水池弃水，节约提水电量，工程性节能效果明显。该泵站水泵机组主要参数：（1）工作泵：台数为2台；型号RDL500-640A1；设计扬程34.50m；额定流量0.75m3/s；额定转速：990 r/min；配套电机YXKK450-6（变频）；电机额定功率400 kW；额定电压10 kV。（2）备用补给泵：台数为1台；型号RDLO400-525B；设计扬程49.00m；额定流量 0.75m3/s；额定转速：1488 r/min；配套电机 YXKK450-4（变频）；额定功率560 kW；额定电压10 kV。

6 结语

目前，贵州省正积极推动实施水源工程、提灌工程、地下水利用工程等“三大会战”，到2020年全省水利工程年供水能力达到169.8亿m3,可从根本上解决长期以来制约贵州省经济社会发展的工程性缺水难题。贵州省所处西南山区地形地貌复杂，水源工程中较多受地形影响，水库水位变幅较大，且大部分受水对象均需提水方式解决，结合工程实际特点，合理选择泵站取水方式及水泵优选配置将大大提高运行期经济效益。

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