小布电排站建设运行情况测试分析

杨家强

（佛山市顺德区乐从镇城建和水利办公室,广东 佛山 528300）

0 序言

小布电排站位于佛山市顺德区乐从镇南顺第二联围北线乐从堤段、英雄河与潭洲水道的汇口处,为防洪排涝泵站。工程总装机容量2400 kW,设计流量27.93 m3/s,设计净扬程4.37 m,装3 台1700 ZXB9.3-4.7 斜式轴流泵,水泵设计工况下单机流量Q=9.31 m3/s,配套电动机为TXZ800-24/2150（TH）斜式高压同步电动机。该工程采用50年一遇防洪标准设计；根据《佛山市排涝规划（中心组团片区）》,乐从排灌区（不含新城区）可达到20年一遇最大24 小时设计暴雨一天排完、且内河涌最高水位≤1.20 m 的排涝标准,其主要任务是按照规划要求提高乐从镇的排涝能力,实现排水减灾,为当地及邻近区域经济和社会发展提供有力保障。

为了检验小布电排站机组设备的制造和安装水平,检测水泵机组的综合性能,并为工程验收、运行管理和优化调度提供技术依据[1],作者针对泵站的机组结构类型和流道特点确定试验方法,结合现场水文条件和运行调度要求制定测试方案,现场测量水泵机组的各项运行参数,并计算汇总实际运行特性曲线。

1 试验方法和试验过程

本次试验旨在测试小布电排站的运行情况,检测其水泵机组的综合性能,并对机组设备的制造和安装水平予以评价,根据现场相关设计参数、水文条件和运行调度要求,对机组噪声与振动和机组装置效率进行了不同工况下的数据测试[2]。

1.1 噪声测试

噪声测量量为等效A 声级（Leq）,单位：dB（A）。依据厂房的空间分层和声源位置,按照不同方向分散布置测点。基本测点按照检修层4 点、电机层2 点、水泵层2 点、中控室1 点布置,共计9 个噪声测点,测点布置见图1。

图1 环境噪声点布置

1.2 振动测试

机组振动测量机组关键部位在运行中的振动强度,测量量为速度有效值（Vrms）、幅度峰值（Speak）,单位分别为mm/s 和mm。测点沿机组主要固定座及轴承布置,每台机组5 点,共计15 个测点,测点布置见图2。

图2 振动检测点布置

1.3 机组装置效率测试

检测内容参照《泵站现场测试与安全检测规程》（SL 548-2012）进行,计划每台机组检测 7 个工况。每个工况在读数前保证足够的机组稳定运行时间。为了确保参数同步,各读数点均配备专职人员,每个工况在统一命令下,按2 分钟间隔读取并记录三次数据,取平均值作为测量值。

由于测量期间外江水位低且变化小,为了能较完整的测量机组在排涝状态下的工作性能,试验时通过控制机组出口防洪闸的开度来调节出口水位,从而人为创造运行扬程,以最大限度满足检测要求。

1.3.1 过机流量测试

根据检测要求和现场实际条件,选择流速仪法进行流量测量。流速仪法是成熟的流量测量方法,具有测值稳定,准确度高的优点。

结合泵站的水工建筑物布置情况,测流断面选择在泵站内涌侧各机组的流道口处,利用设在流道口的检修闸门门槽安放并固定测流支架。流道为渠道式,断面为矩形,宽为4.70 m,测量期间水深约4.10 m~5.0 m,根据《泵站现场测试与安全检测规程》（SL 548-2012）的规定,流速仪的测点数应满足下式要求：

式中：F 为测流断面面积；Z 为测点数。

经计算,可取Z=70,按水平10 点,垂向7 点布置,实测中可随着进水前池水深的变化按照h ≤4.6 m、h>4.6 m 两种情况调整测点在垂向的分布位置,以满足最大的测量精度。断面测点分布分别见图3 和图4。

图3 内涌水深h ≤4.6 m 时的流速测点布置

图4 内涌水深h>4.6 m 时的流速测点布置

1.3.2 电动机的输入功率测量

电机输入功率为定子输入功率和转子输入功率之和。采用双瓦特法测量电机输入功率,测量仪器为D26-W 型0.25级精度的瓦特表,测量在电压互感器和电流互感器的二次侧进行。

1.3.3 装置扬程测量

分别在机组流道内涌进出水口和外江进出水口防洪闸前的水位平稳处,用钢尺测量水面与工作平台的距离,进而换算出机组进、出口的水位和装置扬程。

在完成初期准备工作后,在测试前一天进场进行仪器设备的安装和调试,并于当天完成安装调试进入待测状态。按照实际水情规律,测试当天选择日间涨、退潮时段进行现场检测。根据试验要求并结合实际情况,测试条件选择在装置扬程0.94 m~5.17 m 范围内,1#~2#~3#机按顺序进行。每次开机前对机组设备、测量装置和仪表进行测前检查,确认各部分工作状态良好后,开始试验。每个试验工况,在统一指令下,同时进行各参数的测量和记录。排涝状态通过调节防洪闸开度控制出口水位,当水位调整到要求值时,经过3~5 分钟的延迟,确定机组运行状态稳定后。每个参数测量3 次,每次间隔2 分钟。现场检测工作于当日晚结束。

2 测量数据与分析

2.1 噪声测试结果与分析噪声测试数据见表1、表2、表3。

表1 1#机组不同位置不同工况噪声测试结果

表2 2#机组不同位置不同工况噪声测试结果

表3 3#机组不同位置不同工况噪声测试结果

参照《水利水电工程劳动安全与工业卫生设计规范》（DL 5061-1996）,将泵站各场所的环境噪声限制值与实测最大值对比[3]见表4,可见1#、2#机组实测值均小于噪声限制值,满足噪声强度要求；3#机组在实测中控室噪声强度满足要求,而检修层、电机层和水泵层的噪声强度大于噪声限制值,不满足噪声强度要求。

表4 场所的环境噪声限制值与实测最大值对比

2.2 振动测试结果与分析

1#、2#、3#机组振动实测最大值与规范允许值对比见表5。

表5 1#、2#、3#机组振动实测最大值与规范允许值对比

参照《泵站安装及验收规范》（SL 317-2004）,1、2#机组实测值均小于限制值,满足振幅要求。3#机组检修前的振动实测值较1、2#机组明显偏大,但仍满足振幅要求。

2.3 机组效率测试结果与分析

对三台机组不同位置的过机流量、输入功率和装置扬尘进行了测量,每台机组实测 7 个排涝工况,共计 21 个工况,其数据见表6、表7、表8。

表6 1#机组测量数据及计算结果汇总表

表7 2#机组测量数据及计算结果汇总表

表8 3#机组测量数据及计算结果汇总表

三台机组实测装置效率最大值分别为1#机67.12%、2# 机66.24% 及3# 机 59.99%，此时对应的流量分别为1#机9.07 m3/s、2#机8.65 m3/s 及3#机8.69 m3/s。其中1#、2#机组性能具有一致性,主要指标良好,水泵机组的性能达到该工程的设计要求；3#机组运行性能表现异常：在高扬程运行区域电机有过载的趋势,低扬程区域电机功率未随扬程降低而减小,说明存在较大的水力损失,装置效率整体偏低,同时运行中的噪声强度超标、振动幅度偏大。

初步分析,3#机组运行性能异常的可能因素如下：1）进水池流态紊乱,因轴流泵对进水流态的要求较高,造成水泵吸水量不足,导致汽蚀等；2）水体中的外来异物造成水泵的流道堵塞或叶轮缠绕,导致运行异常；3）水泵的自身部件缺陷导致运行异常等。

测试团队针对可能因素对机组进行检修排查,发现水泵叶片卡入一段木质异物,严重影响其正常运行。经排除异物后再次对3#机组进行效率检测,此时3#机组实测装置效率最大值为64.03%,对应的流量为8.69 m3/s,与1#和2#机组性能具有一致性,主要指标相符,3#水泵机组的性能也达到该工程的设计要求。

2.4 测试结论

对分布于厂房不同功能区域的9 个噪声辐射强度测点进行了共计28 组测量,最终检测值均低于《水利水电工程劳动安全与工业卫生设计 规范》（DL 5061-1996）中规定的限制值,厂房环境的噪声辐射水平正常。

对位于三台机组电机和水泵轴承固定结构的水平或竖直方向上5 个振动强度测点进行了共计28 组测量,最终振幅检测值均小于《泵站安装及验收规范》（SL 317-2004）中规定的限制值,机组振动水平正常。

机组效率检测严格按照《泵站现场测试与安全检测规程》（SL 548-2012）的操作要求进行。机组效率最终检测结果表明：三台机组 实测装置效率最大值分别为 1#机67.12%、2#机66.24% 及3# 机64.03%，此时对应的流量分别为1# 机9.07 m3/s、2#机8.65 m3/s 及3#机8.69 m3/s。性能具有一致性,主要指标良好，水泵机组的综合性能达到该工程的设计要求。

3 结语

小布电排站已经建成并投入运行使用多年,经受住了多场暴雨的考验,受益区内没有发生过严重的涝灾现象,捍卫了人民群众的生命财产安全,确保了经济社会的稳定持续发展,可见其设计方案和设备机组选型是可行的,为电排站的建设和设备选型提供了现实参考样本。