上海市奉贤区泵站系统测试评价与升级优化研究

金锡昌

(上海市奉贤区水务局，上海 201400)

奉贤区位于长江三角洲东南端，地处上海市南部，南临杭州湾，西北枕黄浦江。近年来，随着奉贤区经济社会的高速发展，奉贤区的水利系统面临着越来越大的需求与挑战。从奉贤区泵站系统的实际运行管理情况来看，由于种种原因，其中普遍存在着陈旧老化、效率低下、能耗较大的弊端，与经济社会发展的要求存在着较大差距。通过泵站系统测试来对其做出科学客观的评价，从而制定出泵站系统升级优化的总体方案，对于奉贤区水利事业的科学快速发展是十分重要的[1][2]。

1 奉贤区泵站系统现状

1.1 灌区泵站现状

灌区面积大小是配备排灌机械的重要因素之一，也是排灌工程规划的主要内容，选择灌区面积是否合理，直接关系到排灌工程的经济效益。

奉贤区在机电灌溉工程发展初期，因受客观条件的限制和主观上的认识不足，规划建造了一大批2000～3000亩、甚至上万亩的大灌区。形成管理复杂，灌水困难，成本高，浪费大，不适应奉贤区农村的具体情况，现多数已分拆，改建扩建改造。从七十年代末、八十年代初开始，因多方面原因的相互作用，区政府逐年增建了一些利用农村低压电网的固定小泵站，据有关资料大多数固定小泵站建造得很不合理，弊大利小，也不适奉贤区的实情。奉贤区灌溉泵站及灌区规模现状如表1所示。

表1 灌溉泵站及灌溉规模(单位：亩)

从表中看，灌溉规模中300～1000亩范围的灌区最多，占灌区总量的73%。根据调查资料的分析，按照灌溉模数3.74 m3/s/万亩的计算结果及适宜上海地区的轴流泵和混流泵的额定流量，比较适宜的灌区范围是400～800亩，最大不超过1000亩，最小不低于300亩。

对部分泵站的机型及配套设施的改造，设计最佳扬程，选择适宜泵型，使其适合奉贤区的农业灌溉所需，降低成本，将是提高农业经济效益的重要手段和途径。

1.2 圩区泵站现状

自1977年始建圩区以来，8个圩区现有21座泵站中，使用30年以上的8座。这一类泵站始建时选用的电机水泵，早已属淘汰产品，维修用另配件早已停产，理应更新改造。但实际情况是维修无配件可供，更新改造资金乏力。因此，这一批陈旧老化失修的泵站，仍在带病运行，泵站综合装置效益锐降，水泵实际出水量不足额定理论出水量的50%，排涝效益严重下降，在2008年梅雨期涝灾中，暴露出尖锐矛盾，据区农田水利工程鉴定小组鉴定，现有21座泵站中，有6座为4类工程。

此外：个别圩区排涝设备不完善，排涝能力明显不足，如张云圩区，控制面积2300亩，而排涝能力仅1.3m3/s。

2 奉贤区泵站系统的测试与评价

2.1 泵站工况测试方法

从目前运行管理情况看，奉贤区的各类泵站由于种种原因，普遍存在着经济效益低、能源消耗大的问题，与我国目前的科学技术水平相比，存在较大差距。。通过泵站效率测试摸清泵站耗能现状和存在的主要问题，以便采取技术上可行、经济上合理的节能措施，为泵站提供经济运行和优化调度方案。

泵站工程装置效率测试包括流量测量、扬程测量和输入功率测量。根据奉贤区实际，制定如下测试方法[3]：

(1)流量测量

根据对区内泵站的现场考证，奉贤区泵站情况较为复杂，泵站管道的条件不能满足《泵站工程装置效率测试操作指南》(以下简称指南)中超声波流量计法测量的要求，故采用流速仪法根据不同泵站的实际情况，采用一点法进行流速测量与流量计算，每台水泵流速测量5次取平均值，断面测量一次。

(2)扬程测量

对于灌溉泵站，有进出水池，淹没出流的采用水准仪测量进水池及出水池的水位高程，并计算水位差作为水泵实际扬程。对于排涝泵站，非淹没出流的出水池，采用水准仪测量入水池水位及出水管中心高程，并计算两者之差作为水泵实际扬程，每台水泵测量6次取平均值。

(3)输入功率测量

为保证测量的精度及工作进程，聘用专业电工，采用GDW3001A三相电参数测量仪进行输入功率测量。

泵站装置效率测试流程如图1所示。

图1 泵站装置效率测试流程图

2.2 泵站测试点的选取

根据《泵站工程装置效率测试操作指南》要求，泵站测试在全区泵站总数中选取5%作为测试泵站，选点包括排涝泵站、灌溉泵站；包括运行10年以上及10年以下；包括轴流泵、混流泵等不同泵型；不同村镇按比例选取。按照要求选取了全区29个泵站共计52台机组，其中26个灌溉泵站和3个排涝泵站，分布在全区7个镇、3个工业区的29个村组，如表2所示。

表2 测试泵站一览表

2.3 泵站系统测试结果与分析评价

通过此次泵站效率抽样测试分析，测得灌溉泵站的平均装置效率为40.5%，其中最高为51.3%，最低为30.3%。排涝泵站平均装置效率为16.9%，其中最高为33.2%，最低仅为7.8%。

根据泵站装置效率测试结果，针对泵站的类型、水泵的型号及运行年限进行分类汇总，见表3、表4、表5及表6。

表3 排涝泵站工作效率与运行年限

表4 混流泵工作效率与运行年限

表5 圬工泵工作效率与运行年限

表6 轴流泵工作效率与运行年限

从上表可以看出，按水泵的类型进行分析，轴流泵的工作效率最高，其次为混流泵，而圬工泵的工作效率最低，按水泵的工作年限进行分析，除个别水泵外，十年以上轴流泵、混流泵的工作效率普遍比十年以下的轴流泵、混流泵的工作效率偏低。总体来说，按照《泵站更新改造技术规范》(GB/T50510-2009)的规定，轴流泵或混流泵净扬程小于3m，工作效率应大于55%，净扬程为3-5m，工作效率应大于60%的规定。奉贤区的泵站装置效率明显低于规范所规定的要求。

总结奉贤区泵站系统中主要存在的问题为：

(1)排涝泵站圬工泵工作效率极低。

(2)个别泵站水泵扬程与实际扬程不相匹配，所选水泵扬程偏高。

(3)有些泵站测试功率大于电动机配套功率，说明泵站建设时或水泵更新时所选水泵电动机功率较小，对电动机的运行产生一定影响。

(4)有些泵站建设年代久远，加上维修养护不力，造成效率明显下降。

3 奉贤区泵站系统升级优化方案研究

3.1 泵站系统升级改造原则

(1)灌溉泵站改造原则

奉贤区气候温和，雨量充沛，地势平坦，河网稠密，农业生产的自然条件比较优越。按现有灌溉工程设施的拥有量，考虑到农业发展的战略目标，确保灌溉设计保证率达95%以上，将以“坚持科学态度，加强管理工作，讲究经济效益，抓好内涵挖潜，提高设备完好率”为灌溉泵站改造治理原则。选择优质、高效、低耗水泵，促进灌溉工作的可持续发展。

(2)排涝泵站改造原则

以完善配套、合理调整为原则。在圩区现有水利工程设施的基础上，根据治理标准，通过更新、改造、调整、补缺等措施。达到圩区布局完善，圩内工程完善，功能配置完善的改造目标，从而在规划期内，把除涝标准由现在的5年一遇逐步提升到20年一遇。突出重点，统筹兼顾。以提高圩区防洪除涝能力为治理总目标，工程举措以圩区泵站、水闸等结构工程更新改造为重点，统筹考虑必要的配置调整与布局补充。基本上改变有些圩区现有排涝能力明显不足，有的低洼区尚未建圩的滞后状况。

具体工作是：

①科学规划，抓好泵站技术改造工作。

②稳步发展地下渠道与推广渠道衬砌防渗工程，提高灌溉水的利用率。

③合理调整灌区布局，因地制宜地搞好泵站分拆、移位、改建、新建工程，完善工程配套设施。

④完善服务体系，加强技术培训，不断提高管理人员的业务素质。

⑤要加强对泵改工作的技术指导和规范化管理，对各机站的泵改项目要逐项审定，并按规定项目实施。

⑥健全管理制度，提倡科学管水，科学用水，计划用水，节水灌溉。

3.2 泵型的选配与分析

泵型的选配是泵站改造工程中得重要环节，泵型的选取既要有合理的流量，又要满足提水扬程的要求，提高水泵的运行效率；要有利于节约投资，有利于提高效益和降低成本[4]。

根据奉贤区多年的时间经验，在选配泵型时提出了五条原则：

(1)水泵额定扬程与泵站实际工作扬程基本相符；

(2)水泵额定流量能满足灌区作物需水量；

(3)通过泵站综合技术改造保证水泵综合装置效率达到水利部部颁标准；

(4)适应性较强，安装维修保养简便易行；

(5)价格相对较低。

根据泵站工作效率研究及用户反映及泵站效率测试结果，轴流泵的工作效率优于混流泵，另外维修保养也较为方便。因此在以后的泵站改造中建议选用轴流泵，同时尽快淘汰圬工泵。

3.3 泵站系统升级优化的经济效益分析[5]

奉贤区全区灌溉泵站统计共712座，为48.51万亩耕地服务，装机容量17167KW。根据统计，中小型泵站能耗不高于5度/千吨米，泵站装置效率不低于54.4%，未达部标。灌溉成本高达15至20元/亩。灌溉增产总值每年达1048.75万元，净效益每年670万元，灌溉泵站的改造将使得灌溉保证率在丰水年达到80%左右有效地改善灌溉区域、面积及渠系配套等，每亩增产可达50斤，每年可多收151万元，且保证了农田用水。

奉贤区域内有圩区8个，21座泵站，主要集中在西部低洼地区，为48951亩耕地服务。由于规划治理尚有缺陷，因而目前乃是各自为战的局面，一旦暴雨来临，则很容易积水成灾，圩区的粮、棉、菜、果树等，如果没有很好的排涝保证，则要受到很大影响。所以圩区水利工程的排水泵站，就是为减轻涝渍。迅速排除暴雨积水而建设的。从目前的情况看，排涝保证率估计只达50%左右，一旦有特大暴雨，日雨200mm以上，还是要受灾。根据90 年规划资料，单位面积效益静态分析，复耕指数取1.80，工程运营费为每年1000万元计，亩产按水稻490KG，小麦220KG，棉花60KG计，面积分别87%，60%，13%，则总效益3700万元。一次受淹损失估算为2000万元以上。排涝泵站的改造将直接减少暴雨等洪涝灾害造成的农业及种植业损失，降低工程运营费用，提高经济效益。

4 研究小结

其中普遍存在着陈旧老化、效率低下、能耗较大的弊端，与经济社会发展的要求存在着较大差距。

通过泵站效率测试摸清泵站耗能现状和存在的主要问题，以便采取技术上可行、经济上合理的节能措施，为泵站提供经济运行和优化调度方案。

泵站系统的优化升级应科学的原则，并将技术改造与加强管理、完善制度等方面结合起来。

泵型的选配是泵站改造工程中得重要环节，泵型的选取既要有合理的流量，又要满足提水扬程的要求，提高水泵的运行效率；要有利于节约投资，有利于提高效益和降低成本。效率测试表明，轴流泵的工作效率优于混流泵，另外维修保养也较为方便。因此在以后的泵站改造中建议选用轴流泵，同时尽快淘汰圬工泵。

对于泵站系统的优化升级工程，其推动农业发展的间接效益明显大于其直接经济效益。

[1]朱红耕.提高提水灌区能源利用率的措施和途径[J].江苏水利科技，1995.01.

[2]马彦起，刘佳祥，孟侠.邳州市泵站改造的效果及经验[J].中国农村水利水电，2005.05.

[3]李彦军，黄良勇，严登丰，袁寿其.上桥泵站改造泵装置模型试验研究及现场测试[J].水利水电科技进展，2008.01.

[4]何钟宁，陈松山，严登丰，冯守均，陈乃庚.大型泵站改造中的水泵选型预测[J].排灌机械，2006.04.

[5]方永旗.泵站改造时效益和费用计算方法分析[J].山西水利科技，2001.02.