取水泵站节能设计及评估管理探讨

叶邓豪

(东莞市江库联网工程中心，广东 东莞 523808)

1 工程概况

某水电站新建取水泵站，设计供水量规模为2.0万t/d，主要建设任务为新建圆筒内空深井取水泵站一座，钢筋混凝土筒体结构在泵站±0以下，钢筋混凝土框架结构在泵站±0以上。包含基础底板在内的泵站总高度57.5m，圆筒内空深井内径15m，外径17.5m，筒体混凝土结构抗渗强度等级W6，圆筒筒壁厚1.2-2.0m，基础底板厚2.5m。筒底通过锚杆与基底锚固，泵站上部设置配电室，其框架结构主要由高低压配电系统、机电设备控制系统等构成，设计使用年限50a。取水泵站建成运行后，能解决下游150hm2农田灌溉及1.5万人次的日常生活用水问题，经济效益和社会效益十分显著。

2 取水泵站节能设计

2.1 输水线路设计

本水电站工程一级取水泵站向二级泵站输水线路的确定必须结合工程地质、施工条件及工程选址及地形特征，经确定，主要通过DN350管并按照“竖井+引水隧洞”方式从一级泵站直接提水达高位水池后实现输水，输水管出口高程1983.60m，再通过一级泵站高位水池输水管线将水输送至二级泵站进水池内，进水池水位设计值1950m，管线水损4m。根据机组运行实际情况以及节能效果、工程投资等方面进行分析，该提水方案设计较为合理，且输水全过程中供水完全凭借重力自流，无能耗，供水从泄洪口引出后用于人畜饮用和农田灌溉。输水干管采用最大压力值1.0MPa、管径Φ280mm、长度11.342km的PE管，支管包括直径Φ200mm、Φ160mm和Φ125mm的PE管，根据沿途村镇用水需要在输水管线上设置多个放水阀门[1]。

2.2 混凝土重力坝设计

1)防渗设计：

上坝址防渗层采用常规混凝土会增加防渗层横缝，干扰碾压混凝土坝体施工，且交界面存在较大的力学性能差异，防渗层极易出现结构裂缝加重渗漏。为此，本水电站取水泵站上坝址断面按照全断面碾压设计，常规混凝土仅用于垫层、溢流面层、导流底孔及闸墩等处，且在挡水坝下坝面内廊道等处使用预制混凝土构件，以减少模板架立工程量，保证施工进度。本水电站取水泵站上坝址碾压混凝土工程量11.54万m3，在坝体混凝土施工总工程量中占比84.21%。

此外，将掺加设计配比胶凝材料的二级配碾压混凝土防渗体设置于坝面，并通过喷水泥砂浆以确保混凝土层间抗渗性能显著提升，增设防渗体后基础部位和坝顶部位厚度应至少达3.0m和1.0m。为加速渗水沿廊道排出，还应在防渗体之后增设竖向排水管。

2)混凝土标号分区：

水电站取水泵站坝体内混凝土标号必须严格按照设计要求及安排进行分区，坝体及坝身分别采用设计强度R180200、R180100且抗渗标号等级S60、S20的二级配和三级配碾压混凝土，不同强度等级及抗渗标号的混凝土龄期均为150d，并通过混凝土后期强度的充分利用，节省材料用量、降低水化热[2]。基础垫层、帷幕灌浆廊道及溢流堰和闸墩分别采用强度标号R90150、R90150和R90250的常规混凝土，设计厚度均为1.5m。

3)施工缝设置：

本水电站工程取水泵站碾压混凝土内水泥用量较少，粉煤灰用量多，水化热温度升高速度快，应力小，机械化碾压施工过程主要采用大仓面薄层摊铺碾压工艺。拦河坝坝基多为硬质完整厚层石英砂岩，岸坡平缓，不均匀沉降小，为此，对于拦河坝工程主要实行全断面碾压混凝土方案，不设施工缝。

该水电站工程拦河坝坝顶长157.5m，根据设计方案中基于坝体体型差异和功能所进行的坝段划分，左岸挡水坝段为0+000-0+054段，河床溢流坝段为0+054-0+110段，右岸挡水坝段为0+110-0+157.5段，并在0+054和0+110处分别设置两道横缝。基础垫层、帷幕灌浆廊道及溢流堰和闸墩等处常规混凝土横缝间距控制在15-20m。为阻止混凝土碾压施工过程中裂缝持续扩展，还应在非贯穿缝侧增设2排并缝钢筋。

4)降压处理：

水电站取水泵站拦河坝下游存在较大尾水深度，水深设计值18.5m，校核值20.6m，在扬压力荷载下导致拦河坝坝体横断面面积及能耗增大，失去经济性。为此，应考虑设置顺水流向和横向廊道于坝基面以形成网状坝基抽排降压处理系统，并在河床增设容积100m3的集水井+2台自动排水泵，以进行坝体渗水的抽排处理，并提升廊道处碾压混凝土施工进度。

2.3 面板堆石坝设计

本水电站新建取水泵站工程面板堆石坝设计主要依据取水泵站整体设计方案，从输水管道和泄洪管道边墙引出，并在堆石坝出口增设调流阀接消力池，整个管道借助水重力自流，无能耗。泵站提水是面板堆石坝设计方案中唯一的能耗工序，按照设计要求，一级泵站和二级泵站提水工序年耗电量分别达157.41×104kWh和299.52×104kWh，提水流量均值分别为0.167m3/s和0.196m3/s。分析结果表明，本次新建取水泵站能耗程度基本符合设计及相关标准[3]。

2.4 辅助生产设施

本水电站取水泵站工程包括一级泵站主变、二级泵站厂变、坝区变压器、放空隧洞出口闸门液压启闭机、引水隧洞拦污格栅电动葫芦、室外照明及空调系统等在内的主要辅助设备设施能耗情况具体见下表，经统计，辅助设施年耗电量为58400 kW，年能耗量为7165.45 kW。

表1 水电站取水泵站辅助设施能耗统计

3 评估管理

本水电站新建取水泵站工程系统变压器主要采用低能耗电力变压器，能降低变压器用电量，而且工程设计方案严格按照国家相关能耗标准制定。照明灯具主要采用荧光灯、卤化物等等节能灯具；设备供电线路及照明线路均按照分支回路走线，通过分区管控，加强对不必要照明的管理；为控制容量450kW的单台电动机启动对取水泵站系统造成较大冲击，工程还引入高压分级变频启动控制装置，将启动电流控制在稳压设计范围，增强节能效果。

泵站工程还建立起较为完善的节能管理制度体系，具体包括三级能源管理机构的建立和能源计量设备的配备使用。管理机构组长由县水利局局长兼任，制定并落实严格的能源管理计划，准确评定节能技术推广落实情况，采集、分析、评价能源计量设备性能、运转及能耗节约程度等基础数据，为节能管理制度有效落实提供依据。

4 结 论

水电站取水泵站是供水系统的核心部分，其建造及运行能耗占工程总运行能耗的60%以上，所以加强取水泵站节能设计对于加强能耗控制、降低工程运行成本，提升工程经济效益和社会效益意义重大。本水电站新建取水泵站工程投入运行以来，节能效果良好，其建设及运行过程中所采用的输水线路设计、混凝土重力坝防渗设计、混凝土标号分区、施工缝设置、网状坝基抽排降压处理系统设计、面板堆石坝设计等节能降耗措施应进一步推广。