南水北调金湖泵站运行效率研究

（江苏省洪泽湖水利工程管理处 淮安 223100）

1 工程概况

金湖泵站是南水北调东线工程的第2 梯级站，抽引下游宝应湖金宝航道水入淮河入江水道，再由下级洪泽泵站抽入洪泽湖150m3/s。泵站安装5 台套3350ZGQ37.5-2.45 型液压全调节灯泡贯流泵，配套2200kW 同步电机，水泵叶轮直径3.35m，设计扬程2.45m，单机设计流量37.5m3/s。

工程自2012年建成投运以来，已累计运行23700 台时，抽水32 亿m3。受下游宝应湖生态水位和金宝航道通航水位的影响，多年来，工程一直处于偏离设计工况运行，泵站运行效率偏低，均在40%左右。这与《泵站设计规范》中“净扬程低于3m 的泵站，其装置效率不低于60%”的标准相差较大。因此，如何提高泵站运行效率，对工程经济运行、降低能耗和节约成本有着十分重要的意义。

2 运行效率影响原因和分析计算

2.1 计算方法

在泵站工程中，一般用水泵装置效率η泵装来衡量泵站的运行效率，计算公式如下：

式中：ρ 为水的密度，取常数1000kg/m3；g 为重力加速度，取常数9.8m/s2；Qz为水泵瞬时流量，单位m3/s；H泵装为抽水扬程，单位为m；P泵为电机瞬时有功功率，单位为kW。

公式简化后如下：

2.2 因素分析

由计算公式可以看出，泵站装置效率受水泵流量、抽水扬程和电机运行功率三个因素影响。而导致金湖泵站常年运行效率较低原因主要是以下三个方面：

2.2.1 扬程变大是效率提高的关键因素

金湖泵站下游设计水位为5.45m，上游设计水位为7.90m，设计扬程2.45m，属于低扬程泵站。因特殊的地域原因，泵站下游引河金宝航道未能与宝应湖隔离开，而宝应湖平均湖底高程为5.20m，湖区是大面积围网水产养殖，养殖所需水深一般为1.50～2.00m，最小水深要求不低于1.00m。

为保证湖区养殖水位不受影响，泵站抽水运行时，要控制下游水位在6.30～6.50m 之间，泵站抽水扬程就只有1.30～1.60m，远低于设计扬程2.45m，从而导致机组装置效率偏低。装置效率与扬程关系表和变化曲线分别见表1和图1。

表1中选取了2019年泵站抗旱运行不同时段代表性数据，可以看出运行期间上下游水位变化较大，扬程变化范围较宽，装置效率变化幅度也较大，为分析计算提供了丰富的有价值的数据。

表1 装置效率与扬程关系表

计算选取了相同的开机台数，确保泵站总流量相同条件下进行分析。结果可见，泵站装置效率随着抽水扬程的增大而不断提高，装置效率的提高与扬程的增大基本上成正比例线性增长趋势。当扬程小于1.35m 时，装置效率较低，偏离设计规范要求较多。当扬程大于1.86m 时，装置效率显著增加，且超过60%，最高为67%，满足《泵站设计规范》中装置效率的要求。

2.2.2 流量增大导致效率降低

金湖站水泵为液压全调节型，电机转速不变，通过调节叶片角度来调整水泵流量，叶片角度调整范围为-6°～+6°。由于水泵功率与流量之间存在关联关系，无法单独将水泵功率或总流量作为变量进行分析。表2和表3分别选取了1.50m 扬程和1.30m扬程的条件下，单机流量不同的数据，分析装置效率随单机流量变化呈现的趋势。

图1 装置效率与扬程变化曲线图

图2 装置效率与流量变化曲线图（1.50m）

图3 装置效率与流量变化曲线图（1.30m）

表2 装置效率与流量关系表（1.50m）

图4 水泵试验性能曲线图

在表2和表3中，选取的数据中开机台数、总流量和开启的机组并非完全相同，在不考虑各台机组本身状况和进出水池水流影响的前提下，由图2、图3中装置效率变化趋势可以得出：当扬程一定时，装置效率随单机流量增加总体成降低趋势。图2中单机流量大于40m3/s，图3中单机流量大于42.5m3/s时，装置效率下降趋势更加明显。

表3 装置效率与流量关系表（1.30m）

通过查询水泵试验性能曲线（图4）可知，水泵高效区为35～42m3/s，与表中计算出的装置效率较高的单机流量基本吻合。由流量曲线可以推算，η最高前，单机流量随主机功率增大迅速增加，η 达到最高后，单机流量随主机功率的增加继续增加，但是流量的增大幅度远低于主机功率增加的幅度，在η泵装计算公式中，即Q 与P 的比值迅速变小，装置效率迅速降低，与图2和图3中的装置效率下降趋势基本相同。

当水泵在低扬程大角度运行时，流量超过设计流量，由于流道水头损失h 与流量Q 平方成正比，即h=kQ2，水头损失随着单机流量增大而增大，加之扬程H 低于设计扬程，流道水力效率=1-h/H 大幅度降低，也成为了运行效率降低的主要原因。

3 提高运行效率的措施

3.1 提高泵站扬程

根据江苏省政府批复的《淮安市金湖县高邮湖宝应湖退圩还湖专项规划》，金湖县将清除宝应湖湖区内围网养殖，待退圩还湖完成后，调水运行时，金湖站站下水位可控制在设计水位5.45m 左右，对工程运行效率提升作用巨大，从根本上解决了运行效率偏低的现状。

3.2 优化机组运行

当现状上下游水位组合无法达到设计水位，实际运行时扬程偏低，管理单位可通过调整机组流量和功率的方式来提高装置效率。在满足调度流量前提下，优化配置运行台数和单机流量，依据水泵性能曲线，调整最佳叶片角度，尽可能保证机组在高效区域运行，避免长时间大流量高功率的运行工况，从而提高工程运行效率，降低能耗。

3.3 强化运行管理

管理单位在日常维护管理中，定期进行水泵和流道的水下检查，开展进出水流道淤积物清理，定期清理水泵进水口拦污格栅，及时打捞河面水草和漂浮物。这些管理措施在一定程度上可以减小局部的水力损失，为提高机组运行效率提供了保障。

4 结语

作为南水北调大型的调水泵站，工程运行时间长，抽水量大，开展泵站运行管理研究，提高机组运行效率是非常有必要的。通过工程运行实践和技术研究，得出提高装置效率措施不仅在于工程设计与设备本身，还与科学的调度、合理的运行以及日常的维护管理息息相关■