于賢磊，孫 濤，倪 春，魯 健，王 飛，石麗建

（1.南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司，江蘇南京 210029；2.江蘇省江都水利工程管理處，江蘇揚(yáng)州 225200；3.揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225000）

1 工程概況

邳州站位于江蘇省邳州市八路鎮(zhèn)劉集村徐洪河與房亭河交匯處，是南水北調(diào)東線工程第六梯級［1］，其主要任務(wù)是通過徐洪河抽引上一梯級泵站睢寧站來水進(jìn)入房亭河下段送入中運(yùn)河入駱馬湖，同時結(jié)合抽排房北地區(qū)澇水。邳州站裝設(shè)4 臺套（含1 臺備機(jī)）液壓全調(diào)節(jié)豎井貫流泵組，主泵直徑3.3 m，揚(yáng)程3.1 m，單機(jī)流量33.4 m3/s，邳州站設(shè)計流量為100 m3/s。配套10 kV高壓同步電機(jī)，轉(zhuǎn)速750 r/min，功率1 950 kW，總裝機(jī)容量7 800 kW［2］。邳州站自2013年試通水以來，多次參與出省調(diào)水及省內(nèi)抗旱運(yùn)行，工程效益發(fā)揮顯著。

在2020—2021年第一階段出省調(diào)水運(yùn)行期間，邳州站下游徐洪河出現(xiàn)較多被修剪丟棄的樹枝以及垃圾袋、塑料水瓶等，部分小的樹枝及垃圾穿過下游清污機(jī)柵條后匯集于進(jìn)水池?？紤]到機(jī)組運(yùn)行期間進(jìn)水池水流湍急，無法及時劃船進(jìn)行打撈導(dǎo)致進(jìn)水池污物積聚，部分污物被水流吸入卡滯于安全柵上，阻水形成水頭損失導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行效率降低。經(jīng)測流對比，第一階段調(diào)水末期，全站在設(shè)計流量100 m3/s 工況運(yùn)行時（上位機(jī)數(shù)據(jù)），實測流量為90 m3/s，減少10 m3/s。

泵站調(diào)水運(yùn)行期間，產(chǎn)生的費(fèi)用支出絕大部分是運(yùn)行電費(fèi)，根據(jù)歷年來的運(yùn)行情況，邳州站在整個調(diào)水期基本是按照設(shè)計流量100 m3/s運(yùn)行。每月（按照30 d計算）消耗電量約為300萬kW·h，產(chǎn)生電費(fèi)約186萬元。根據(jù)對邳州站以往運(yùn)行期間調(diào)水電費(fèi)的梳理，發(fā)現(xiàn)支付的電費(fèi)中存在力調(diào)電費(fèi)的情況。徐州地區(qū)線路的功率因數(shù)按照0.9 進(jìn)行考核，當(dāng)線路功率因數(shù)低于0.9時，會額外收取力調(diào)電費(fèi)作為補(bǔ)償，當(dāng)功率因數(shù)超過0.9時，將進(jìn)行電費(fèi)獎勵［3］。查閱邳州站往年電費(fèi)核查聯(lián)單據(jù)顯示，110 kV專線功率因數(shù)維持在0.89左右，電費(fèi)中包含了0.5%的力調(diào)電費(fèi)。當(dāng)月調(diào)水運(yùn)行天數(shù)較少時，功率因數(shù)更低，功率因數(shù)僅為0.82，需額外支付力調(diào)電費(fèi)達(dá)4%。由于邳州站工程現(xiàn)場無法實時查看到線路的功率因數(shù)，故調(diào)水過程中無法通過數(shù)據(jù)有效控制和避免力調(diào)電費(fèi)的產(chǎn)生。

因此，研究邳州站進(jìn)水口安全柵是否存在阻流現(xiàn)象，采取措施減少運(yùn)行過程中進(jìn)水池垃圾在安全柵上的吸附效應(yīng)，提高供電線路整體功率因數(shù)可以有效提高調(diào)水效率，減少電費(fèi)支出達(dá)到降本增效的目的，為同類工程降本增效研究提供依據(jù)。

2 實施方案

2.1 啟提安全柵測流對比及防淤堵實施方案

針對邳州泵站流道進(jìn)水口安全柵阻流的情況，在安全柵未淤堵的情況下，通過測量啟提安全柵前后的全站功率、調(diào)水流量相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)對比分析，得出安全柵本身對機(jī)組運(yùn)行效率的影響大小。通過在清污機(jī)后、進(jìn)水口前設(shè)置攔網(wǎng)，將漏過清污機(jī)的水草垃圾攔蓄下來，防止調(diào)水運(yùn)行過程中流道堵塞造成效率降低，從而保證機(jī)組運(yùn)行效率。

2.2 勵磁功率因數(shù)調(diào)整實施方案

針對調(diào)水運(yùn)行用電產(chǎn)生力調(diào)電費(fèi)的情況，探討供電線路功率因數(shù)對調(diào)水運(yùn)行電費(fèi)的影響。通過對比邳州泵站工程現(xiàn)場勵磁設(shè)備在不同功率因數(shù)運(yùn)行時，供電線路的有功和無功功率變化情況，計算供電線路功率因數(shù)，綜合確定邳州站機(jī)組勵磁系統(tǒng)功率因數(shù)最佳調(diào)節(jié)狀態(tài)，最大限度獲得電費(fèi)減免獎勵，從而降低運(yùn)行成本。

功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個系數(shù)，取值為0～1 之間。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉(zhuǎn)換的無功功率大，增加了線路供電損失，因此供電部門對用電單位的功率因數(shù)有一定的標(biāo)準(zhǔn)要求。在交流電路中，電壓與電流之間的相位差的余弦叫做功率因數(shù)，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值［2-3］。

3 實施效果

3.1 啟提安全柵測流對比及防淤堵實施效果

通過開展啟提安全柵測流試驗，記錄機(jī)組運(yùn)行功率及流量數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，啟提安全柵后，實際測得泵站全站功率由3 938 kW增加至4 004 kW，增加66 kW，提高1.68%，實際測得流量（ADCP 測流）從90.70 m3/s 增加至91.25 m3/s，增加0.55 m3/s，提高0.61%?？紤]到儀器測量及儀表跳動導(dǎo)致的誤差，分析認(rèn)為在安全柵未堵塞的情況下，有無安全柵對機(jī)組流量、運(yùn)行效率影響非常小。邳州站啟提安全柵前后的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

表1 邳州站啟提安全柵前后運(yùn)行數(shù)據(jù)

為了防止進(jìn)水池水草及垃圾再次堵塞安全柵，邳州站在清污機(jī)后額外設(shè)置了一道攔河網(wǎng)，大部分漏過清污機(jī)的水草及垃圾被攔河網(wǎng)阻擋了下來，邳州泵站現(xiàn)場根據(jù)攔污情況定期清理。從后續(xù)調(diào)水期間的測流和停機(jī)后安全柵檢查清理情況來看，該措施可有效防止進(jìn)水口安全柵被堵塞造成運(yùn)行效率降低問題。

3.2 勵磁功率因數(shù)調(diào)整實施效果

因邳州站110 kV線路計量點(diǎn)位于變電所，泵站現(xiàn)場無法實時查看到線路整體的功率因數(shù)，調(diào)水過程中難以通過現(xiàn)場機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)有效控制和避免力調(diào)電費(fèi)的產(chǎn)生。同步電機(jī)運(yùn)行時調(diào)節(jié)勵磁設(shè)備的功率因數(shù)，可改變向電網(wǎng)輸送的無功功率大小，從而改變線路的功率因數(shù)［4-6］。

運(yùn)行過程中開展勵磁功率因數(shù)調(diào)節(jié)試驗，當(dāng)運(yùn)行流量為100 m3/s 時，將各臺機(jī)組功率因數(shù)調(diào)整一致，并將勵磁功率因數(shù)從0.93逐步調(diào)整至0.98，待泵站機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行30 min后，由供電公司調(diào)度室監(jiān)盤值班人員拍攝線路上有功功率、無功功率等相關(guān)數(shù)據(jù)，泵站現(xiàn)場同步記錄相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，繪制線路功率因數(shù)隨機(jī)組勵磁功率因數(shù)的變化曲線，得出最優(yōu)工況條件，從而指導(dǎo)現(xiàn)場運(yùn)行。

結(jié)果表明，泵站現(xiàn)場勵磁設(shè)備功率因數(shù)從小到大調(diào)整時，供電線路側(cè)有功功率基本不變，無功功率變小（符號為負(fù)表示向電網(wǎng)輸送無功），從而功率因數(shù)變大。當(dāng)勵磁功率因數(shù)調(diào)整至0.97時，供電線路側(cè)功率因數(shù)最高，為95.65%。通過2020—2021年第二階段出省調(diào)水期間勵磁功率因數(shù)調(diào)整操作，獲得電費(fèi)獎勵約2.05萬元，對比以往運(yùn)行電費(fèi)繳存情況，從額外支付0.5%力調(diào)電費(fèi)轉(zhuǎn)變?yōu)闇p免電費(fèi)0.6%，綜合降低成本1.1%。

4 結(jié) 語

本文針對邳州站調(diào)水運(yùn)行期間實測流量比上位機(jī)流量減少及產(chǎn)生力調(diào)電費(fèi)問題，通過測流對比試驗的方法，研究啟提安全柵對機(jī)組運(yùn)行效率產(chǎn)生的影響。同時，通過啟提安全柵及調(diào)整勵磁功率因數(shù)對比試驗的方法，確定了邳州站機(jī)組勵磁系統(tǒng)功率因數(shù)最佳調(diào)節(jié)狀態(tài)，研究成果具有一定的參考價值。