引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性指标评价方法研究

赵晓东

(山东省调水工程运行维护中心 滨州分中心，济南 250100)

0 引 言

星石泊泵站为山东省胶东地区引黄调水工程新建七级泵站中的第七级泵站，位于烟台市牟平区龙泉镇星石泊村东南约400 m处，泵站机组中心线设计桩号为219+190.020，960.760，上下均接压力钢管，泵站设计流量为4.8 m3/s，设计扬程73 m，总装机容量6 800 kW。引黄调水工程星石泊泵站作为我国大规模泵站，其运行特性指标为跨流域调水工程运转的关键环节。针对引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性指标进行评价，是确保引黄调水工程星石泊泵站处于最佳运行状态的有效手段。目前，我国已有学者提出引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性指标评价方法，并通过遗传投影寻踪模型进行泵站运行综合评价[1]。在此基础上，本文提出一种新型引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性指标评价方法，目的在于通过精准分析得到更客观的评价结果。

1 新型评价方法

1.1 泵站最佳运行特性评价指标

结合引黄调水工程星石泊泵站实际运行情况，开展引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性指标评价方法研究[2]。泵站最佳运行特性评价指标可宏观表示泵站最佳运行特性，且可分析泵站最佳运行特性，基础的泵站最佳运行特性评价指标由运行电费、开停机次数、叶片调节次数、运行时间、平均效率、消耗功率及总抽水量构成。由于泵站最佳运行特性评价指标受多种因素影响，为此应在经济许可的条件下，合理通过少数综合变量取代原有多维变量，用于解决泵站最佳运行特性评价指标存在多解性的问题。引黄调水工程星石泊泵站由于地质层所受干扰较大，且涉及的边界问题较多，因此在确定泵站最佳运行特性评价指标过程中，利用最小二乘法，拟合得到最终结果。

1.2 泵站最佳运行特性指标评价风险值

将引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性相关联，作为直接影响评价标准的关键因素，这在评价过程中发挥着重要作用。综合考虑特殊地质条件，计算得到泵站最佳运行特性指标评价风险值，从而实现对泵站最佳运行特性指标的评价。本文采用早期瑞典科学家Hakanson提出的生态指标评价方法，根据引黄调水工程星石泊泵站实际运行情况，对泵站最佳运行特性指标进行有效评价，结合多方面风险评价经验，计算泵站最佳运行特性指标评价风险值[3]。计算公式如下：

R=β×(Tm-f)

(1)

式中：β为多种影响泵站最佳运行特性指标的外界因素；T为评价隐患；m为泵站最佳运行特性指标；f为泵站最佳运行特性指标评价主控因素。

根据式(1)，可判定泵站最佳运行特性指标评价数据中潜在的风险。当计算结果能达到引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性时，证明评价结果具有可实施性；当超出或低于该范围时，需修正泵站最佳运行特性指标评价数据后进行重新计算，直至满足泵站最佳运行特性指标评价要求。

1.3 评价因子荷载矩阵

通过明确泵站最佳运行特性指标评价风险值，提取最佳运行特性指标评价关键评价因子，采用构建评价因子荷载矩阵的方式，进行新型评价方法的设计[4]。①建立相应的数据样本矩阵，将该组矩阵表示为Z，则Z对应的样本组合可表示为Zi={Zi1,Zi2,…,Zij}，其中j为泵站最佳运行特性指标评价主成分的数量。②采用云端数据处理的方式对收集到的数据进行前期预处理，统一存储数据格式，实现对泵站最佳运行特性指标的有效分析。③选择可实现数据动态化分析的线性函数，定义函数TEC设计标准，保留传统评价方法中数据处理优势，将特征空间数据进行正交方向转换，按数据特征值大小，将最佳运行特性指标重要程度由高至低依次排列，前m组数据集合是保留数据变异结构最多的数据组[5]。④进行特性指标数据代表成分方差数值计算，计算公式如下：

(2)

式中：λ为泵站最佳运行特性指标对应的映射数据；I为多种特征元素单向矩阵。

根据式(2)可进行泵站最佳运行特性指标投影评价，结合投影单位及覆盖范围，实现对应评价因子荷载矩阵的建立，以满足数据的综合性评价。

1.4 泵站最佳运行特性指标评价赋值

新型评价方法最后一步为泵站最佳运行特性指标评价赋值。根据德尔菲数据处理方法进行多组数值权重程度对比，采用专家评分的方式，针对技术投入与净化效果，进行泵站最佳运行特性指标评价数据评价模拟化检测。结合基础对比指标，将区间赋值数据分为0～60、60～75、75～85及>85分，整合泵站最佳运行特性指标评价赋值的数值。采用动态化评价方式，对多种泵站最佳运行特性评价指标进行综合性赋值[6]。此外，采用建立核函数的方式进行多级指标变量统计，对权重值较大的泵站最佳运行特性评价指标赋予较高的权值，分析数据间的权值占比以及权值间的动态化关系，实现泵站最佳运行特性指标评价。由大至小对权值数据进行排序，数值越大表示泵站最佳运行特性指标越重要。

2 试验概况

为便于对比本文设计的新型评价方法与传统评价方法的差异，验证新型评价方法的适用性，进行仿真试验，将传统评价方法设为试验对照组。在引黄调水工程星石泊泵站均匀布设8个测试点，测试点间距约为300 m，依次编号为1-8，将采集到的数据利用仿真试验软件MyCloud进行归一化处理，试验环境配置情况见表1。

表1 试验环境配置Tab.1 Specific parameters of experimental environment configuration elements

3 试验结果与分析

两种评价方法评价矢量对比结果见表2。

表2 评价矢量对比结果Tab.2 Comparison of evaluation vectors

由表2可知，本文设计的新型评价方法净化效果评价矢量最高为0.96，而传统评价方法净化效果评价矢量最高为0.55，由此可见新型评价方法评价能力更强，可实现引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性指标的精准评价。

4 结 语

通过试验来验证本文设计的新型评价方法的适用性。试验结果表明，由新型评价方法得到的净化效果评价满足设计总体要求，可实现引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性指标的精准评价，不仅能完成传统的评价方法不能完成的任务，还能以评价因子荷载矩阵为导向，为引黄调水工程星石泊泵站最佳运行特性指标评价方法的设计提供借鉴。