合阳县百良水库灌区泵站改造方案探析

刘 莉

（合阳县防汛抗旱指挥部办公室 陕西 合阳 715300）

1 概况

合阳县百良水库位于黄河一级支流徐水河中下游，坝址地处百良镇段家庄村西南3.0km处，距合阳县城12km，是一座以灌溉、供水为主，兼有防洪任务的Ⅳ等小（1）型水利枢纽工程，总库容247.18万m3。该区属暖温带大陆性季风气候区，多年平均降雨量553mm，蒸发量1214mm，日照时数2459小时，干旱缺水是最主要的自然灾害之一。

合阳县百良灌区是一座以百良水库为水源，抽水上塬进行农田灌溉的抽水灌区，面积32km2。灌区涉及百良镇莘村、段家庄、岳庄等20个自然村，工程于1974年动工修建，1977年竣工投入运行，34年来累计抽水约2600万m3，为灌区农作物增产丰收发挥了巨大的作用。经过30余年的运行，由于投入维修养护费用不足，一直未进行机电设备改造，机电设备老化，装置效率低下，压力管道锈蚀严重，急需进行改造加固，以达到提高效率减少损耗的目的。

2 存在问题

百良水库灌区一级站位于总干渠2+100处，地形扬程86m，建于1976年，目前安装6台离心泵，型号12sh-9，采用在机坑内串联工作方式，3组设备抽水流量0.66m3/s，配套电机JS126-4，电机功率225kW，电压380V，一级站内安装有3台560kVA变压器，均为SL7系列淘汰产品，一级站出水管道为3根φ325钢管，单管长168m，锈蚀严重。二级站位于总干渠3+068处，地形扬程21m，目前安装有3台离心泵，型号为12sh-13，配电机JO293-4，功率100kW，机电设备老化，机组装置效率低下，二级站出水管为3根φ325钢管，单管长66m。机电设备大部分是上世纪七十年代的产品，多属淘汰产品。现机组部分配件已不再生产，致使机组难以维修而不得不带病运行，导致工作效率低、耗能高，而且运行极不可靠。特别是一级站，原设计水泵为近距离串联布置，其中一台水泵进水侧轴向推力超过其设计推力2倍，造成水泵断轴，叶轮破坏，电机烧毁现象频繁发生。

一、二级泵站厂房均为砖木结构，建成至今已30余年，现地基不均匀沉降，墙体裂缝，木结构腐蚀变形，屋面漏水，严重影响到机电设备和人身安全。水泵进、出水管道原设计壁厚7mm，经30余年运用，部分管道现腐蚀严重，裂缝、穿孔和断裂现象时常发生，常常被迫停机。

3 泵站改造方案

3.1 工程等级及建筑物级别

根据《水利水电工程等级划分及洪水水标准》（SL252-2000）、《泵站设计规范》（GB/T50265-97），结合抽水站装机容量1200kW，确定泵站为Ⅲ等中型泵站。设计原则以节水增效为中心，依靠科技进步和实际创新，实现水资源的高效利用和可持续利用;工程设计方案坚持技术先进、经济合理、安全可靠、管理运行方便的原则。

3.2 改造方案

泵站改造有两种方案，分述如下：

方案1：对一级站、二级站、一、二级站的出水管坡、一、二级站间的800m明渠、两座站的厂房、机电设备均进行更新改造。

方案2：对二级站维持现状，采用一级抽水方案，即对一级站进行更新改造，直接抽水到二级站出水池。

两个方案的建设内容见表1。

经过上述方案比较，可以看出，方案2具有投资省、管理方便、运行费用省的优点，故推荐选用方案2。

表2 不同管径投资对比表

表3 压力管道方案比较表

3.3 机组及设备造型

3.3.1 地形扬程

出水池水位628.0m，进水池水位521.0m，地形扬程107m。

3.3.2 设计流量

经分析，设计流量选用0.5m3/s。

3.3.3 总扬程计算

压力管线长800m，为节省投资，拟对水泵各出水管进行并管。

式中，n——管道糙率，取0.013；

L——管道长度（m），L=800m；

Q——流量，Q=0.5m3/s；

D——管道内径（m）。

局部水头损失取沿程水头损失的10%计算，初拟管径 Dg426、Dg478、Dg529进行试算，得到不同管径的损失扬程，总扬程见表2。

从表2中看出，采用DN426钢管，一次投资较小，但年运行费用大，经技术经济比较，选用DN478钢管。

3.3.4 水泵选型

根据水泵流量0.5m3/s，总扬程128m，拟选用6台多级离心泵，规格为200DL43×4，流量0.09m3/s，水泵扬程 148m，水泵自重1070kg，配套电机 Y355-34-4，n=1480r/min，电机重1260kg。水泵进出口管径为DN200。

3.3.5 管路系统附件

管路系统自喇叭口始，依次为喇叭口→直钢管→伸缩节→偏心大小头→水泵→正心大小头→伸缩节→闸阀→多功能水泵控制阀→压力钢管→出水池。喇叭口选用Dg350～Dg250定型产品，长30cm。进水管径选用DN250×6钢管，管内流速2.0m/s，进水管与水泵进口采用偏心大小头连接，长300mm，在进水管路上安装KRH型卡箍式柔性接头1个。出水管采用 DN250×8钢管，管内流速2.0m/s，出水管与水泵出口采用正心大小头连接，长300mm。在出水管路上安装闸阀、多功能水泵控制阀，闸阀选型为Z45T-16手电两用闸阀DN250。多功能水泵控制阀选型为JD741X-16，DN250，其具有水力自动控制，启泵时缓开，停泵时先快闭后缓闭的特点，同时兼有水泵出口处水锤消除器、止回阀的作用，是一种新型两阶段关闭的阀门。6台水泵出水管出厂房后进行并管，由一条压力管线输水到出水池。

3.3.6 真空系统

采用真空泵抽真空启动水泵，抽真空时间按5～10分钟控制，选用SK-1.5型真空泵，具体参数为：每分钟抽气量1.5m3/min，真空度为-450mmHg，压缩机功率P=4kW，耗水量10 L/min～15L/min，转速 1450r/min，计算得抽真空时间为2分钟。真空管路系统干管选用DN57×4钢管，支管选用DN25×3钢管。

3.4 机组平面布置

机组布置在厂房内，一字形布设，机组间距4.0m，厂房跨度6.0m，高5.5m，厂房一端为配电间，另一端为检修间，厂房共8间，长28.8m，机坑尺寸22.7m×4.8m。

3.5 出水压力管道设计

出水压力管道有3种布设方案，分述如下：①单机单管出水；②3台机组合并成一根压力钢管出水；③6台机组合并成一根压力钢管出水。对上述3个方案进行水力计算，确定3个方案的管径、水头损失、总扬程见表3。

通过上述比较可以看出，选用DN478钢管具有投资省、施工管沟土方开挖量小的特点，故推荐方案3，即6台水泵出水管合并成一条压力管线送水到出水池。经分析计算，采用DN478×8钢管，钢材型号Q235。

3.6 管理站设计

结合地形，设计百良水库抽水管理站1座，需新征地1.5亩，管理站内布设抽水泵房、管理用房、厕所、变电站等设施。管理房及库房采用一层砖混结构，开间3.6m，进深6.6m，层高3.6m，窗采用铝合金材料，外墙砌白色瓷片，管理房及库房面积共计151m2。

厂房基础采用M7.5水泥砂浆砌砖条形基础，底宽84m，其下部为3:7灰土，宽1.4m，厚45cm，厂房基础圈梁C20砼现浇，尺寸24cm×24cm，构造柱尺寸30cm×30cm，柱下基础尺寸1.4m×1.4m，中圈梁位于窗顶，尺寸24cm×18cm，顶圈梁与挑檐砼板现浇在一起，尺寸24cm×50cm。厂房屋面梁采用C25砼现浇，尺寸30cm×60cm，其下部顶埋螺栓安装22a工字钢，作为单轨吊车的轨道。

4 抽水站供配电设计

一级泵站采用10kV单回路供电，装设2台变压器，在变压器高压侧采用高压跌落式熔断器操作，且可作为短路保护和过负荷保护；低压侧设进线开关，可带负荷电动操作合、分闸。变压器低压侧用电力电缆与低压进线屏联接。电气主接线采用单母线不分段接线方式，该接线简单、清晰、操作检修方便，投资省，运行费用低，能够满足泵站用电可靠性要求。

考虑到泵站机组台数较多，共同运行的时间有限，结合灌溉规律，拟采用2台变压器，一台变压器控制3台机组，并考虑站用变压器1台，3台变压器容量为3×200=600kW。依据设计规范，选用S9-M型系列产品。该变压器系全密封的新型节能产品。具有内部结构合理、噪音低、稳定性强、空载损耗低，空载电流小，负载损耗小以及免维护、重量轻的特点，适宜于该工程的应用。经查阅相关产品手册，拟定变压器为1台S9-M-800/10800kVA，其参数为：u=10±5%/0.4kV，Yyho接线组，uk=4%。

5 结语

依据《泵站设计规范》，确定百良水库灌区泵站为3等中型泵站，主要建筑物为3级，通过比较设计选用6台200DL43×4多级离心泵，配套Y系列低压电动机，功率200kW，机组间距3.6m，管路附件有喇叭口、进水钢管、偏心大小头、正心大小头、闸阀、多功能水泵控制阀等。厂房设计为砖混结构，建筑面积207m2。对现状前池、出水池进行改造，并完善管理站砖围墙、大门、厕所、厂区道路、绿化等附属设施。通过改造建设，使得工程设施、机电设备完好率达到95%以上；泵站装置效率达到60%以上，机组效率达到82%；灌溉保证率50%。陕西水利