張 鐸

（大同市供水有限責任公司，山西 大同 037000）

1 工程概況

大同市冊田水庫引水工程，是20世紀80年代末期，為緩解大同市水資源緊缺建設(shè)的第一項地表調(diào)水工程，于1989年開工，1993年建成投運。工程從冊田水庫壩下取水，經(jīng)過四級泵站加壓，采用48.7km長的DN1200預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道輸水，經(jīng)文瀛湖水庫調(diào)蓄后向大同二電廠和市區(qū)供水。一至三級泵站設(shè)計引水流量1.7m3/s，采用專用供電線路，各站建有35kV變電站1座，2000kVA變壓器2臺，24SA-10型水泵3臺，2用1備；一至三級泵站總揚程155.19m，工作揚程207.04m。四級站設(shè)計供水流量1.5m3/s，年供水量4730萬m3，供水保證率95%，建有10kV變電站一座，1000kVA變壓器2臺，16SA-9型水泵6臺，4用2備，地形揚程4.9m，工作揚程32.4m。四級泵站裝機總?cè)萘?130kW，工作總揚程239.44m。

引水工程運營20多年來，不僅向大同二電廠、同煤集團等工業(yè)企業(yè)供水，同時兼顧向文瀛湖和御河生態(tài)補水。工程為充分利用冊田水庫地表水，置換供水區(qū)地下水，有效緩解地下水資源過度開采，發(fā)揮了重要作用，取得了良好的社會效益、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

2 工程內(nèi)容與標準

冊田水庫引水工程運營多年來，泵站的機電設(shè)備和引水管道老化嚴重，運行效率低下，事故隱患較多，嚴重影響泵站運行的安全性。

2.1 泵站安全鑒定

2017年11月，大同市水務(wù)局組織專家對冊田引水工程進行泵站安全鑒定，鑒定結(jié)論為大同市冊田水庫引水工程一至三級泵站主副廠房為三類建筑物，四級泵站主副廠房為四類建筑物，一至四級泵站機電設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)為四類設(shè)備，混凝土壓力管道為四類建筑物，冊田水庫引水工程泵站綜合安全類別評定為四類泵站，按照國家《泵站安全鑒定規(guī)程》（SL316-2004）規(guī)定，應(yīng)進行更新改造。

2.2 改造工程任務(wù)和規(guī)模

工程建設(shè)任務(wù)是對冊田水庫引水工程泵站和引水管道進行更新改造，恢復(fù)原供水能力，置換供水區(qū)地下水。設(shè)計供水流量1.5m3/s，年供水量4730萬m3，供水保證率95%。

2.3 改造內(nèi)容

工程主要建設(shè)內(nèi)容是對一至三級泵站廠房及輔助建筑物進行維修加固，四級泵站廠房重建，泵站機電設(shè)備更換，將46.8km長DN1200混凝土管道更換為球墨鑄鐵管。

2.4 改造工程設(shè)計標準

工程等別為III等，主要建筑物級別為3級，引水管道及閥室防洪標準為30年一遇，100年一遇校核。抗震設(shè)防烈度為VIII度。

3 改造工程設(shè)計

泵站改造設(shè)計依據(jù)《泵站更新改造技術(shù)規(guī)范》（GB/T50510-2009）規(guī)定，確保安全可靠運行、充分發(fā)揮效益、提高裝置效率，達到安全、高效、經(jīng)濟運行的目的。更新改造后泵站工程完好率達90%以上，設(shè)備完好率達95%以上，離心泵站設(shè)計工況的裝置效率達到55%以上。

3.1 建筑物

為了滿足建筑節(jié)能保溫要求，對泵站建筑物原結(jié)構(gòu)外墻設(shè)計鋪設(shè)巖棉保溫板和噴涂外墻涂料，門窗由原來的木窗更換為斷橋鋁雙層中空玻璃窗戶，屋面重新鋪設(shè)防水保溫層，使原有建筑物滿足了節(jié)能、保溫、密封、隔音、防水等設(shè)計使用功能。

新、老混凝土的連接，是泵站更新改造常見問題，應(yīng)通過科學(xué)處理使新老混凝土結(jié)合成一個整體，否則達不到設(shè)計要求。要注意新老混凝土的連接除了鑿毛外，必要時還要增加錨筋或采用新工藝，才能有效避免結(jié)構(gòu)受力的破壞。

3.2 泵站參數(shù)設(shè)計

根據(jù)工程現(xiàn)狀，本次改造設(shè)計泵站位置和設(shè)計流量不變，只對原管道進行重新優(yōu)化。通過調(diào)整三級站出水池位置，降低地形高程，重新計算管路系統(tǒng)水頭損失，從而確定水泵的工作揚程。通過水力計算，一至三級泵站工作揚程由原來的207.04m降到179m，詳見表1。

表1 一至三級泵站工作揚程統(tǒng)計表單位：m

3.3 主水泵

泵站主水泵選擇，根據(jù)其使用條件不同，需滿足抗汽蝕、抗磨損和耐腐蝕要求，泵型根據(jù)泵站參數(shù)復(fù)核的結(jié)果優(yōu)化選擇。一至三級泵站選用臥式單級雙吸離心泵，葉輪、泵軸、軸套、密封環(huán)選用不銹鋼材質(zhì)，軸承選用進口SKF軸承，水泵密封由原來使用填料密封變?yōu)闄C械密封，通過采用變速調(diào)節(jié)技術(shù)措施來滿足泵站間流量匹配需要，改變原來通過調(diào)節(jié)出水閥開度來改變流量的操作方法，提高了水泵運行效率和使用壽命。

3.4 電氣設(shè)備

泵站原有電氣設(shè)備均已不能滿足安全運行需要，因此，本次改造工程對泵站及其變電站電氣設(shè)備全部進行優(yōu)化設(shè)計，重新選擇。結(jié)合原變電站布置位置和設(shè)備基礎(chǔ)情況，將原35kV露天變電站改造為室內(nèi)變電站。

高低壓配電設(shè)備考慮廠房實際情況下全部更換，其中，高壓開關(guān)柜型號為KYN28A-12，內(nèi)配ZN63-12型真空斷路器、LZZBJ9-12型電流互感器等，低壓配電屏型號為MNS型。電容補償柜選用比較先進的成套無功自動補償裝置，采用分部投切方式。主變壓器原來為SL7型-2000/35型號，該設(shè)備為高耗能淘汰產(chǎn)品，現(xiàn)改造為節(jié)能環(huán)保的S13型。站變選用SCB型干式變壓器。主電機原來為工頻電機，在運行中通過壓出水閥的開度來調(diào)節(jié)流量，機組工作效率較低。為了利于多級泵站的調(diào)度運行，設(shè)計主電機為變速調(diào)節(jié)，來改變主水泵轉(zhuǎn)速，擴大主機組的揚程和流量運行范圍。同時，將主電機電壓等級由原來6kV變?yōu)?0kV，提高機組運行效率，降低能源損耗。

4 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計

4.1 水錘防護

原來泵站水錘防護使用水錘消除器，泄水量較大，時有動作不靈敏問題。本次設(shè)計重新計算水錘，為了防止系統(tǒng)突然斷電，機組倒轉(zhuǎn)對部件造成破壞，在水泵出水管上采用液控蝶閥和壓力泄放閥聯(lián)合防護，作為水泵事故水錘防護閥。當停機或斷電時采用兩階段關(guān)閉，能有效防止破壞性水錘，將倒轉(zhuǎn)速度限制在規(guī)定范圍內(nèi)。

根據(jù)水泵特性參數(shù)、供水管線布置、管道長度、管徑、管材、閥件組成及排氣閥設(shè)置等參數(shù)，利用水錘分析軟件進行計算，最終確定出口閥門關(guān)閉規(guī)律和防護方式。一至三級泵站水泵事故停機瞬時計算見表2。

表2 一至三級泵站水泵事故停機瞬時計算表

4.2 自動化系統(tǒng)

針對各級站原有控制、保護、測量、通訊等設(shè)備陳舊落后，根據(jù)泵站的規(guī)模、地位和作用以及實際運行管理需要，按照安全可靠、方便實用、技術(shù)先進、經(jīng)濟運行的原則，設(shè)計采用計算機監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)泵站綜合自動化和全線信息化管理，對泵站進行綜合自動化系統(tǒng)改造，該系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)、微機保護、計量、通訊等幾個部分組成，將實現(xiàn)集信息采集、傳輸、優(yōu)化調(diào)度與自動監(jiān)控于一體的現(xiàn)代化泵站管理功能，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)安全運行，提高泵站運行管理水平和工作效率。

4.3 引水管道設(shè)計

引水管道原來為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道，承插口連接。經(jīng)過20多年生產(chǎn)運行，O形膠圈老化易脫落，管身鋼筋銹蝕嚴重，承壓能力降低，在運行中經(jīng)常發(fā)生決口漏水事故。

本次設(shè)計管材使用耐防腐、強度高、壽命長的球墨鑄鐵管，管道接口采用T型防滑脫橡膠密封圈連接，內(nèi)防腐采用水泥砂漿保護層，外防腐采用噴鋅和瀝青漆，通過鋅與鐵的電化學(xué)作用，對管道外壁起到主動保護作用，增強管道的防腐性能。設(shè)計改造管線在穿越高速公路和鐵路時，為了降低投資費用，利用路下原有DN1200混凝土管道為套管，通過內(nèi)穿DN1100鋼管進行改造，水頭損失滿足設(shè)計流量和壓力要求。

4.4 排氣閥設(shè)計

原來DN1200引水管道上安裝為DN100雙口自動排氣閥，由于線路上排氣閥整體數(shù)量偏少、排氣量偏小。在管道空管充水時排氣慢，易形成壓縮空氣，或者搶修泄水時在管道內(nèi)易形成負壓，造成管口膠圈漏水事故。本次改造通過重新計算，確定使用DN200組合式空氣閥，加大進氣量和排氣量，避免在管道內(nèi)形成負壓、斷流、排氣不暢等現(xiàn)象，確保管道運行安全。

同時，結(jié)合工程管理實際經(jīng)驗對排氣裝置進行優(yōu)化設(shè)計，在主管道頂面開DN500人孔，焊DN500鋼制短管，與DN500盲板法蘭連接，將DN200空氣閥安裝在DN500盲板（開DN200孔）上面，這樣排氣井不僅能夠具有進氣、排氣功能，還能夠打開DN500盲板排除管道內(nèi)積水或者進入管內(nèi)進行維修，排氣井兼具排氣、排水、維修三種功能。

在管道上蝶閥的兩側(cè)各設(shè)計安裝一套排氣裝置，蝶閥井兼具控制、排氣、排水、維修四種功能，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)一井的多功能使用。

5 結(jié)語

冊田水庫引水更新改造工程目前已完成80%以上，工程全部實施完成后，可恢復(fù)原設(shè)計供水能力，工業(yè)供水和生態(tài)補水全年可達到5010萬m3，生態(tài)補水占總供水量的72%。預(yù)計全年供水總收入可達到1.4億元，上交各項稅金0.14億元，利潤0.3億元。冊田水庫引水更新改造工程不僅能夠?qū)崿F(xiàn)提質(zhì)增效，而且社會效益也相應(yīng)提高。按照市委、市政府提出的大力實施治“五河”、連“五庫”、延“兩線”的生態(tài)治理要求，逐步延伸冊田引水支線，充分利用當?shù)氐乇硭Y源，優(yōu)化水資源配置，提升水生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)市區(qū)河道水量豐起來、水質(zhì)好起來、風光美起來的生態(tài)環(huán)境，為大同市的綠色發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展、跨越發(fā)展做出新的更大貢獻。