馮露 劉錦雯

某縣新增千億斤糧食產(chǎn)能規(guī)劃泵站工程典型設(shè)計(jì)

馮露 劉錦雯

一、工程概況

某泵站建于20世紀(jì)80年代，現(xiàn)狀為2臺12吋混流泵站，設(shè)計(jì)流量為0.2m3/s。由于灌溉面積增加，不能滿足現(xiàn)狀灌溉要求，且現(xiàn)狀破損嚴(yán)重，擬拆除重建。

1.設(shè)計(jì)基本資料

（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

灌溉面積為2000畝，灌溉模數(shù)為2.5m3/（s·萬畝），則灌溉流量為0.5m3/s。

（2）建筑物級別

該站站設(shè)計(jì)流量為Q=0.50m3/s，泵站裝機(jī)容量55kW，根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50265-2010），泵站工程級別為5級。

（3）地震烈度

該站址所處位置地震基本烈度為7度，相應(yīng)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g。

（4）設(shè)計(jì)參數(shù)

該站的特征水位詳見表1。

表1 特征水位表

2.工程地質(zhì)

鉆探深度范圍內(nèi)的土層可分為7個(gè)工程地質(zhì)層：

1層：素填土（Q4ml）。以灰黃色、黃褐色黏土、壤土為主，局部含植物根系。

2層：輕粉質(zhì)砂壤土（Q4al）?；尹S色，濕，稍密，無光澤反應(yīng)，搖振反應(yīng)迅速，低干強(qiáng)度，低韌性。

3層：粉質(zhì)壤土（Q4al）?；尹S色，軟塑，稍有光澤反應(yīng)，低干強(qiáng)度，低韌性。

4層：輕粉質(zhì)砂壤土（Q4al）?；尹S色，濕，稍密，無光澤反應(yīng)，搖振反應(yīng)迅速，低干強(qiáng)度，低韌性。

5層：粉質(zhì)黏土（Q3al）?；尹S色，軟塑，稍有光澤反應(yīng)，中等強(qiáng)度，中等韌性。

6層：黏土（Q3al）。黃褐色，局部夾灰白色、灰綠色，硬塑局部可塑，稍有光澤反應(yīng)，高干強(qiáng)度，高韌性，含鈣質(zhì)結(jié)核、鐵錳結(jié)核，含砂姜，局部為砂姜團(tuán)，堅(jiān)硬。

7層：中砂（Q3al）?；尹S色，中密～密實(shí)狀，飽和，礦物成份有石英、長石及云母碎屑等，顆粒級配一般，局部夾有薄層硬塑狀粉質(zhì)黏土，孔深20m，該層未揭穿。

二、水泵選型

1.特征揚(yáng)程

設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程＝10.60-7.00=3.60m，初估管路損失為15%，則設(shè)計(jì)揚(yáng)程為3.60×（1+15%）=4.14m。

2.泵型選擇

選用1臺混流泵，流量為0.50m3/s，查水泵樣本初步擬定水泵型號為500HW-6，具體水泵性能曲線及性能參數(shù)見下圖1、表2。

3.水泵工況點(diǎn)校核

圖1 500HW-6型混流泵性能曲線圖

表2 500HW-6型混流泵工作性能參數(shù)表

依據(jù)管路布置，計(jì)算出管路損失揚(yáng)程：

局部損失計(jì)算（見表3）：

表3 局部損失系數(shù)計(jì)算表

計(jì)算出局部損失h局=1.50。

沿程損失計(jì)算（見表4）：

表4 沿程損失系數(shù)計(jì)算表

計(jì)算出沿程損失h沿=0.21。

所以管路總水頭損失為hf=h局+h沿=1.71。

則總揚(yáng)程為3.60+1.71=5.31m。

水泵在H=5.31m工況下，查水泵性能曲線得出，水泵在該揚(yáng)程下Q= 0.59m3/s，η=81%，滿足灌溉要求。

選用Y315M-10型電動(dòng)機(jī)，配套功率為55kW。

三、工程設(shè)計(jì)

1.總體布置

泵站采用500HW-6臥室混流泵機(jī)組，采用干式型泵房，斜坡上采用混凝土護(hù)坡。泵房平面尺寸（含配電間、管理房）為10.0m×5.0m。泵站出水池直接與渠道連接。

2.主要高程的確定

（1）水泵安裝高程校核

由下列公式先計(jì)算H吸：

其中：Hx—水泵安裝高度；

hx—吸水管路中的水頭損失；

［NPSHr］—水泵的允許汽蝕余量；

常溫下直接可以采用：

代入相應(yīng)數(shù)據(jù)得：Hx=10-0.14 -5.5=4.36m

水泵最高安裝高程=最低水位+4.36=7.00+4.36=11.36m

水泵軸線高程為9.20m＜11.36m，從比較結(jié)果可以看出，符合要求。

（2）電機(jī)層樓板高程

根據(jù)規(guī)范要求，電機(jī)層高出外河防洪水位水位0.5m，并高出泵房外地面0.2～0.3m。結(jié)合室外地面高程確定電機(jī)層高程為9.80m。

（3）泵室底板高程

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地形和500HW-6型臥式混流泵的安裝要求，確定泵室底板高程為8.00m。

（4）出水池頂高程

出水池頂高程H頂〉H設(shè)＋h設(shè)計(jì)水位H設(shè)為10.60m。安全超高h(yuǎn)=0.50m。

H頂〉H設(shè)＋h＝10.60＋0.50

=11.10m。

同時(shí)結(jié)合地形，H頂取11.10m。

（5）出水池底高程

根據(jù)水泵出水管及出水側(cè)設(shè)計(jì)水位并結(jié)合地形，出水池底板高程確定為9.40m。

3.輔機(jī)系統(tǒng)

本工程選用混流泵，需要在開機(jī)前抽出水泵進(jìn)水管路中的空氣，因此配用一臺套5.5kW水環(huán)式真空泵。

4.泵室穩(wěn)定計(jì)算

穩(wěn)定計(jì)算中考慮基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦系數(shù)f=0.35，墻后回填土的物理力學(xué)指標(biāo)取值為：濕容重γ濕=19kN/m3，飽和容重γ飽和=20.0kN/m3，浮容重γ浮=10kN/m3，等值摩擦角Фd=28°。穩(wěn)定及基底應(yīng)力計(jì)算成果見表5。

表5 穩(wěn)定計(jì)算成果表

底板位于地基土第2層，土質(zhì)輕粉質(zhì)砂壤土，地基承載力為100kPa，由上表可知，泵室的抗滑安全系數(shù)及不均勻系數(shù)滿足規(guī)范要求。

四、電氣設(shè)計(jì)

1.接入電力系統(tǒng)方式

河涯灌溉站設(shè)有1臺500HW-6混流泵，配套1臺Y315M-10異步電動(dòng)機(jī)，單機(jī)功率為55kW，電機(jī)電壓等級為0.4kV。本次電氣設(shè)計(jì)用電采用附近現(xiàn)狀10kV供電線路供電，設(shè)計(jì)范圍為10kV終端桿以下的內(nèi)容，包括泵站內(nèi)電動(dòng)機(jī)控制、保護(hù)、動(dòng)力、照明等內(nèi)容。

2.電氣主接線

泵站為小型泵站，采用1臺主變，電源側(cè)采用線路－變壓器單元接線或單母線接線，電動(dòng)機(jī)低壓母線采用單母線分段接線，主變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)跌落式熔斷器，低壓側(cè)設(shè)有斷路器。

考慮到投資限制，采用油浸式變壓器。

3.主變?nèi)萘窟x擇

初選1臺80kVA油浸式變壓器向主機(jī)供電，變壓器型號為S11-M-80kVA-10/0.4kV，Ud%=4.0，D.yn11，變比為10/0.4kV。計(jì)量方式采用高供低計(jì)方式。

電動(dòng)機(jī)功率為55kW，啟動(dòng)電流為6.2倍的額定電流，根據(jù)電機(jī)樣本，查得電動(dòng)機(jī)的電氣參數(shù)如表6所示。

表6 電動(dòng)機(jī)參數(shù)表

電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)容量計(jì)算公式如下：

電動(dòng)機(jī)總裝機(jī)視在功率Sc= 80.78kVA，有功功率P=59.78kW。

根據(jù)《35kV及以下客戶端變電所、居住區(qū)供配電設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》（DGJ32/J 14-2007）中相關(guān)規(guī)定，本泵站不需要進(jìn)行無功補(bǔ)償。

另在選擇變壓器時(shí)考慮到變壓器自身的損耗，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程及設(shè)計(jì)手冊，將計(jì)算過程列表如表7所示。

表7 全泵站負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)計(jì)算出來的視在功率，需要92.02kW，但是考慮到泵站的所有電氣設(shè)備非同時(shí)啟動(dòng)，故選擇主變的型號為S11-M-80 kVA-10/0.4kV，Ud% =4.0，D.yn11，變比為10/0.4kV。

4.電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方式的確定

根據(jù)已確定的設(shè)備配置和接線方案，按一臺80kVA的變壓器拖動(dòng)一臺電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的最不利的條件進(jìn)行計(jì)算，母線啟動(dòng)壓降為：

由于采用低壓異步電機(jī)，電機(jī)采用直接啟動(dòng)方式啟動(dòng)電流很大，對電網(wǎng)的沖擊非常大，根據(jù)上述母線壓降計(jì)算，母線壓降為25.04%，大于容許的15%。因此電機(jī)無法直接啟動(dòng)，為此電機(jī)配套軟啟動(dòng)裝置以滿足啟動(dòng)要求。

5.控制、保護(hù)與測量

電動(dòng)機(jī)額定電流為122.7A，電壓等級0.4kV，則變壓器高、低壓側(cè)總額定電流為：

根據(jù)控制柜內(nèi)電氣設(shè)備元件的外形尺寸，低壓控制柜型號選用固定式GGD標(biāo)準(zhǔn)柜，具體電氣設(shè)備規(guī)格型號可查泵站的電氣主接線圖。

泵站機(jī)組運(yùn)行采用手動(dòng)控制方式，直接在開關(guān)柜上進(jìn)行操作。

控制柜內(nèi)裝設(shè)軟起動(dòng)裝置，確保電機(jī)順利起動(dòng)。軟起動(dòng)裝置配有缺相、短路、過載保護(hù)等裝置。

電氣測量根據(jù)《電測量儀表裝置技術(shù)規(guī)程》要求設(shè)置，測量表計(jì)選用數(shù)字顯示儀表。

6.過電壓保護(hù)及接地

接地網(wǎng)由自然接地體組成，自然接地體由泵站站身內(nèi)鋼筋、出水池底板、梁內(nèi)鋼筋及其他金屬構(gòu)件組成。同時(shí)泵站主廠房屋面四周裝設(shè)避雷網(wǎng)，中間形成網(wǎng)格，利用建筑物柱內(nèi)的主筋引下與泵站底板下的接地網(wǎng)相連，形成整個(gè)防雷接地系統(tǒng)，整個(gè)接地網(wǎng)接地電阻不大于4Ω。泵站內(nèi)所有電氣設(shè)備的外殼均須與接地網(wǎng)可靠焊接。

7.電工試驗(yàn)設(shè)備

泵站配置必要的電氣試驗(yàn)設(shè)備供平常使用，而每年的電氣預(yù)防性試驗(yàn)，可委托有電氣試驗(yàn)資質(zhì)的單位進(jìn)行完成。

8.消防設(shè)施

站房內(nèi)設(shè)置1套手提式干粉滅火器，在電纜溝設(shè)防火分隔物，進(jìn)出廠房的電纜通道用防火包封堵，以隔絕火源。

9.電氣設(shè)備布置

變壓器采用室外桿式安裝方式，做法應(yīng)滿足《35kV及以下客戶端變電所建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》。低壓開關(guān)柜布置在站房內(nèi)，布置方式應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求■

（作者單位：安徽省大禹水利工程科技有限公司230088南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司210000）