劉 莉

（合陽(yáng)縣防汛抗旱指揮部辦公室 陜西 合陽(yáng) 715300）

1 概況

合陽(yáng)縣百良水庫(kù)位于黃河一級(jí)支流徐水河中下游，壩址地處百良鎮(zhèn)段家莊村西南3.0km處，距合陽(yáng)縣城12km，是一座以灌溉、供水為主，兼有防洪任務(wù)的Ⅳ等?。?）型水利樞紐工程，總庫(kù)容247.18萬(wàn)m3。該區(qū)屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均降雨量553mm，蒸發(fā)量1214mm，日照時(shí)數(shù)2459小時(shí)，干旱缺水是最主要的自然災(zāi)害之一。

合陽(yáng)縣百良灌區(qū)是一座以百良水庫(kù)為水源，抽水上塬進(jìn)行農(nóng)田灌溉的抽水灌區(qū)，面積32km2。灌區(qū)涉及百良鎮(zhèn)莘村、段家莊、岳莊等20個(gè)自然村，工程于1974年動(dòng)工修建，1977年竣工投入運(yùn)行，34年來(lái)累計(jì)抽水約2600萬(wàn)m3，為灌區(qū)農(nóng)作物增產(chǎn)豐收發(fā)揮了巨大的作用。經(jīng)過(guò)30余年的運(yùn)行，由于投入維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用不足，一直未進(jìn)行機(jī)電設(shè)備改造，機(jī)電設(shè)備老化，裝置效率低下，壓力管道銹蝕嚴(yán)重，急需進(jìn)行改造加固，以達(dá)到提高效率減少損耗的目的。

2 存在問(wèn)題

百良水庫(kù)灌區(qū)一級(jí)站位于總干渠2+100處，地形揚(yáng)程86m，建于1976年，目前安裝6臺(tái)離心泵，型號(hào)12sh-9，采用在機(jī)坑內(nèi)串聯(lián)工作方式，3組設(shè)備抽水流量0.66m3/s，配套電機(jī)JS126-4，電機(jī)功率225kW，電壓380V，一級(jí)站內(nèi)安裝有3臺(tái)560kVA變壓器，均為SL7系列淘汰產(chǎn)品，一級(jí)站出水管道為3根φ325鋼管，單管長(zhǎng)168m，銹蝕嚴(yán)重。二級(jí)站位于總干渠3+068處，地形揚(yáng)程21m，目前安裝有3臺(tái)離心泵，型號(hào)為12sh-13，配電機(jī)JO293-4，功率100kW，機(jī)電設(shè)備老化，機(jī)組裝置效率低下，二級(jí)站出水管為3根φ325鋼管，單管長(zhǎng)66m。機(jī)電設(shè)備大部分是上世紀(jì)七十年代的產(chǎn)品，多屬淘汰產(chǎn)品?，F(xiàn)機(jī)組部分配件已不再生產(chǎn)，致使機(jī)組難以維修而不得不帶病運(yùn)行，導(dǎo)致工作效率低、耗能高，而且運(yùn)行極不可靠。特別是一級(jí)站，原設(shè)計(jì)水泵為近距離串聯(lián)布置，其中一臺(tái)水泵進(jìn)水側(cè)軸向推力超過(guò)其設(shè)計(jì)推力2倍，造成水泵斷軸，葉輪破壞，電機(jī)燒毀現(xiàn)象頻繁發(fā)生。

一、二級(jí)泵站廠房均為磚木結(jié)構(gòu)，建成至今已30余年，現(xiàn)地基不均勻沉降，墻體裂縫，木結(jié)構(gòu)腐蝕變形，屋面漏水，嚴(yán)重影響到機(jī)電設(shè)備和人身安全。水泵進(jìn)、出水管道原設(shè)計(jì)壁厚7mm，經(jīng)30余年運(yùn)用，部分管道現(xiàn)腐蝕嚴(yán)重，裂縫、穿孔和斷裂現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，常常被迫停機(jī)。

3 泵站改造方案

3.1 工程等級(jí)及建筑物級(jí)別

根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）、《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50265-97），結(jié)合抽水站裝機(jī)容量1200kW，確定泵站為Ⅲ等中型泵站。設(shè)計(jì)原則以節(jié)水增效為中心，依靠科技進(jìn)步和實(shí)際創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用和可持續(xù)利用;工程設(shè)計(jì)方案堅(jiān)持技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、管理運(yùn)行方便的原則。

3.2 改造方案

泵站改造有兩種方案，分述如下：

方案1：對(duì)一級(jí)站、二級(jí)站、一、二級(jí)站的出水管坡、一、二級(jí)站間的800m明渠、兩座站的廠房、機(jī)電設(shè)備均進(jìn)行更新改造。

方案2：對(duì)二級(jí)站維持現(xiàn)狀，采用一級(jí)抽水方案，即對(duì)一級(jí)站進(jìn)行更新改造，直接抽水到二級(jí)站出水池。

兩個(gè)方案的建設(shè)內(nèi)容見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)上述方案比較，可以看出，方案2具有投資省、管理方便、運(yùn)行費(fèi)用省的優(yōu)點(diǎn)，故推薦選用方案2。

表2 不同管徑投資對(duì)比表

表3 壓力管道方案比較表

3.3 機(jī)組及設(shè)備造型

3.3.1 地形揚(yáng)程

出水池水位628.0m，進(jìn)水池水位521.0m，地形揚(yáng)程107m。

3.3.2 設(shè)計(jì)流量

經(jīng)分析，設(shè)計(jì)流量選用0.5m3/s。

3.3.3 總揚(yáng)程計(jì)算

壓力管線長(zhǎng)800m，為節(jié)省投資，擬對(duì)水泵各出水管進(jìn)行并管。

式中，n——管道糙率，取0.013；

L——管道長(zhǎng)度（m），L=800m；

Q——流量，Q=0.5m3/s；

D——管道內(nèi)徑（m）。

局部水頭損失取沿程水頭損失的10%計(jì)算，初擬管徑 Dg426、Dg478、Dg529進(jìn)行試算，得到不同管徑的損失揚(yáng)程，總揚(yáng)程見(jiàn)表2。

從表2中看出，采用DN426鋼管，一次投資較小，但年運(yùn)行費(fèi)用大，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選用DN478鋼管。

3.3.4 水泵選型

根據(jù)水泵流量0.5m3/s，總揚(yáng)程128m，擬選用6臺(tái)多級(jí)離心泵，規(guī)格為200DL43×4，流量0.09m3/s，水泵揚(yáng)程 148m，水泵自重1070kg，配套電機(jī) Y355-34-4，n=1480r/min，電機(jī)重1260kg。水泵進(jìn)出口管徑為DN200。

3.3.5 管路系統(tǒng)附件

管路系統(tǒng)自喇叭口始，依次為喇叭口→直鋼管→伸縮節(jié)→偏心大小頭→水泵→正心大小頭→伸縮節(jié)→閘閥→多功能水泵控制閥→壓力鋼管→出水池。喇叭口選用Dg350～Dg250定型產(chǎn)品，長(zhǎng)30cm。進(jìn)水管徑選用DN250×6鋼管，管內(nèi)流速2.0m/s，進(jìn)水管與水泵進(jìn)口采用偏心大小頭連接，長(zhǎng)300mm，在進(jìn)水管路上安裝KRH型卡箍式柔性接頭1個(gè)。出水管采用 DN250×8鋼管，管內(nèi)流速2.0m/s，出水管與水泵出口采用正心大小頭連接，長(zhǎng)300mm。在出水管路上安裝閘閥、多功能水泵控制閥，閘閥選型為Z45T-16手電兩用閘閥DN250。多功能水泵控制閥選型為JD741X-16，DN250，其具有水力自動(dòng)控制，啟泵時(shí)緩開(kāi)，停泵時(shí)先快閉后緩閉的特點(diǎn)，同時(shí)兼有水泵出口處水錘消除器、止回閥的作用，是一種新型兩階段關(guān)閉的閥門(mén)。6臺(tái)水泵出水管出廠房后進(jìn)行并管，由一條壓力管線輸水到出水池。

3.3.6 真空系統(tǒng)

采用真空泵抽真空啟動(dòng)水泵，抽真空時(shí)間按5～10分鐘控制，選用SK-1.5型真空泵，具體參數(shù)為：每分鐘抽氣量1.5m3/min，真空度為-450mmHg，壓縮機(jī)功率P=4kW，耗水量10 L/min～15L/min，轉(zhuǎn)速 1450r/min，計(jì)算得抽真空時(shí)間為2分鐘。真空管路系統(tǒng)干管選用DN57×4鋼管，支管選用DN25×3鋼管。

3.4 機(jī)組平面布置

機(jī)組布置在廠房?jī)?nèi)，一字形布設(shè)，機(jī)組間距4.0m，廠房跨度6.0m，高5.5m，廠房一端為配電間，另一端為檢修間，廠房共8間，長(zhǎng)28.8m，機(jī)坑尺寸22.7m×4.8m。

3.5 出水壓力管道設(shè)計(jì)

出水壓力管道有3種布設(shè)方案，分述如下：①單機(jī)單管出水；②3臺(tái)機(jī)組合并成一根壓力鋼管出水；③6臺(tái)機(jī)組合并成一根壓力鋼管出水。對(duì)上述3個(gè)方案進(jìn)行水力計(jì)算，確定3個(gè)方案的管徑、水頭損失、總揚(yáng)程見(jiàn)表3。

通過(guò)上述比較可以看出，選用DN478鋼管具有投資省、施工管溝土方開(kāi)挖量小的特點(diǎn)，故推薦方案3，即6臺(tái)水泵出水管合并成一條壓力管線送水到出水池。經(jīng)分析計(jì)算，采用DN478×8鋼管，鋼材型號(hào)Q235。

3.6 管理站設(shè)計(jì)

結(jié)合地形，設(shè)計(jì)百良水庫(kù)抽水管理站1座，需新征地1.5畝，管理站內(nèi)布設(shè)抽水泵房、管理用房、廁所、變電站等設(shè)施。管理房及庫(kù)房采用一層磚混結(jié)構(gòu)，開(kāi)間3.6m，進(jìn)深6.6m，層高3.6m，窗采用鋁合金材料，外墻砌白色瓷片，管理房及庫(kù)房面積共計(jì)151m2。

廠房基礎(chǔ)采用M7.5水泥砂漿砌磚條形基礎(chǔ)，底寬84m，其下部為3:7灰土，寬1.4m，厚45cm，廠房基礎(chǔ)圈梁C20砼現(xiàn)澆，尺寸24cm×24cm，構(gòu)造柱尺寸30cm×30cm，柱下基礎(chǔ)尺寸1.4m×1.4m，中圈梁位于窗頂，尺寸24cm×18cm，頂圈梁與挑檐砼板現(xiàn)澆在一起，尺寸24cm×50cm。廠房屋面梁采用C25砼現(xiàn)澆，尺寸30cm×60cm，其下部頂埋螺栓安裝22a工字鋼，作為單軌吊車(chē)的軌道。

4 抽水站供配電設(shè)計(jì)

一級(jí)泵站采用10kV單回路供電，裝設(shè)2臺(tái)變壓器，在變壓器高壓側(cè)采用高壓跌落式熔斷器操作，且可作為短路保護(hù)和過(guò)負(fù)荷保護(hù)；低壓側(cè)設(shè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)，可帶負(fù)荷電動(dòng)操作合、分閘。變壓器低壓側(cè)用電力電纜與低壓進(jìn)線屏聯(lián)接。電氣主接線采用單母線不分段接線方式，該接線簡(jiǎn)單、清晰、操作檢修方便，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，能夠滿足泵站用電可靠性要求。

考慮到泵站機(jī)組臺(tái)數(shù)較多，共同運(yùn)行的時(shí)間有限，結(jié)合灌溉規(guī)律，擬采用2臺(tái)變壓器，一臺(tái)變壓器控制3臺(tái)機(jī)組，并考慮站用變壓器1臺(tái)，3臺(tái)變壓器容量為3×200=600kW。依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，選用S9-M型系列產(chǎn)品。該變壓器系全密封的新型節(jié)能產(chǎn)品。具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理、噪音低、穩(wěn)定性強(qiáng)、空載損耗低，空載電流小，負(fù)載損耗小以及免維護(hù)、重量輕的特點(diǎn)，適宜于該工程的應(yīng)用。經(jīng)查閱相關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)，擬定變壓器為1臺(tái)S9-M-800/10800kVA，其參數(shù)為：u=10±5%/0.4kV，Yyho接線組，uk=4%。

5 結(jié)語(yǔ)

依據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定百良水庫(kù)灌區(qū)泵站為3等中型泵站，主要建筑物為3級(jí)，通過(guò)比較設(shè)計(jì)選用6臺(tái)200DL43×4多級(jí)離心泵，配套Y系列低壓電動(dòng)機(jī)，功率200kW，機(jī)組間距3.6m，管路附件有喇叭口、進(jìn)水鋼管、偏心大小頭、正心大小頭、閘閥、多功能水泵控制閥等。廠房設(shè)計(jì)為磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積207m2。對(duì)現(xiàn)狀前池、出水池進(jìn)行改造，并完善管理站磚圍墻、大門(mén)、廁所、廠區(qū)道路、綠化等附屬設(shè)施。通過(guò)改造建設(shè)，使得工程設(shè)施、機(jī)電設(shè)備完好率達(dá)到95%以上；泵站裝置效率達(dá)到60%以上，機(jī)組效率達(dá)到82%；灌溉保證率50%。陜西水利