慕愛(ài)軍

(陜西省寶雞峽水利水電設(shè)計(jì)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

泔河二庫(kù)泵站電機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行原因探析

慕愛(ài)軍

(陜西省寶雞峽水利水電設(shè)計(jì)院，陜西咸陽(yáng) 712000)

泔河二庫(kù)泵站擔(dān)負(fù)禮泉縣7.8萬(wàn)畝農(nóng)田灌溉任務(wù)，由于泵站揚(yáng)程變化幅度大，配套電機(jī)功率小，單機(jī)運(yùn)行工況電機(jī)過(guò)負(fù)荷嚴(yán)重，難以確保泵站安全運(yùn)行。在泵站工程改造中，有針對(duì)性?xún)?yōu)化了機(jī)組設(shè)計(jì)，使機(jī)組揚(yáng)程高效區(qū)從9 m擴(kuò)大為45.89 m，增大配套電機(jī)功率，目前投入抽水運(yùn)行后性能穩(wěn)定出水量足，說(shuō)明原因分析正確，改造設(shè)計(jì)對(duì)路。

水泵揚(yáng)程;電機(jī)功率;過(guò)負(fù)荷運(yùn)行;原因分析

泔河二庫(kù)泵站是寶雞峽塬上東六支渠灌溉抽水站。于1985年建成，設(shè)計(jì)灌溉面積7.8萬(wàn)畝、流量1.90 m3/s、揚(yáng)程61m，泵站總裝機(jī)容量1 600 kW;安裝兩臺(tái)24Sh－9型臥式離心泵，配800 kW 6 kV異步電動(dòng)機(jī)，兩水泵并聯(lián)運(yùn)行;匯流引水母管長(zhǎng)158.6 m，出水壓力管道為 DN1000砼管，長(zhǎng)3 531 m;泵站建有35 kV變電站1座，主變?yōu)镾L7－2000 kVA －35/6.3 kV。

1 泵站運(yùn)行存在問(wèn)題

由于原泵站建設(shè)時(shí)設(shè)計(jì)缺陷，加之設(shè)備運(yùn)行多年，機(jī)組老化嚴(yán)重，灌區(qū)灌季起步和掃尾階段用水量較小，水泵單機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)處于嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷狀態(tài)。對(duì)此必須調(diào)節(jié)閥門(mén)，減小流量，以確保電機(jī)安全運(yùn)行，但揚(yáng)程損失增加、水泵及閥門(mén)劇震現(xiàn)象增多，機(jī)組檢修頻率增加，給正常安全運(yùn)行帶來(lái)諸多問(wèn)題，嚴(yán)重影響泵站運(yùn)行效能發(fā)揮。

2 原因分析

2.1 泵站特征水位

泔河二庫(kù)泵站由寶雞峽泔河二庫(kù)抽水，進(jìn)水池水位取水庫(kù)特征水位，其中設(shè)計(jì)水位取水庫(kù)加權(quán)平均水位，最高水位取水庫(kù)正常蓄水位，最低水位取水庫(kù)死水位。水庫(kù)的加權(quán)平均水位發(fā)生在水庫(kù)開(kāi)、停機(jī)水位之間庫(kù)容重心水位，由水庫(kù)庫(kù)容曲線(xiàn)(見(jiàn)表1)加權(quán)平均求得，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 水庫(kù)庫(kù)容曲線(xiàn)表

泔河二庫(kù)泵站出水池接寶雞峽輸水六支渠，無(wú)外來(lái)水源補(bǔ)充，最低、最高水位由輸六支渠分別通過(guò)單臺(tái)水泵流量和泵站總流量1.76 m3/s來(lái)確定。經(jīng)復(fù)核計(jì)算，各特征水位見(jiàn)表2。

表2 特征水位

2.2 管路曲線(xiàn)計(jì)算

因水庫(kù)水位變化幅度大，管路曲線(xiàn)計(jì)算按水庫(kù)正常蓄水位單機(jī)運(yùn)行工況、水庫(kù)加權(quán)平均水位時(shí)水泵并聯(lián)運(yùn)行工況、水庫(kù)最低水位時(shí)水泵并聯(lián)運(yùn)行工況分別計(jì)算。

管路總揚(yáng)程由特征凈揚(yáng)程計(jì)入損失揚(yáng)程求得，損失揚(yáng)程由下式計(jì)算:

式中:h損為管路總的損失揚(yáng)程，m;Q為管路通過(guò)的流量，m3/s;S為管路阻力參數(shù)，包括沿程阻力系數(shù)S沿和局部阻力系數(shù)S局，(s2/m5);n為管道糙率，混凝土管取0.014，鋼管及鑄鐵管取0.013;L為對(duì)應(yīng)管段長(zhǎng)度，進(jìn)水并聯(lián)管道長(zhǎng)158.6m，出水并聯(lián)管道長(zhǎng)3531m;d為對(duì)應(yīng)管段內(nèi)徑，進(jìn)水并聯(lián)管道為Dg1000鋼管，出水并聯(lián)管道為 Dg1000鋼管和混凝土管兩種;ζ為局部水頭損失系數(shù)(主要包括進(jìn)水口閘門(mén)、彎頭、岔管、閥門(mén)、減縮漸擴(kuò)管、水泵進(jìn)口以及管路出口等)。

經(jīng)計(jì)算，進(jìn)出水管路總阻力系數(shù)S為11.25(單機(jī)運(yùn)行)和8.68(并聯(lián)運(yùn)行)。

由以上可以看出，在管材、管徑、管長(zhǎng)一定情況下，S為定值，據(jù)此給出一組Q值，求出對(duì)應(yīng)的一組h，以Q為橫坐標(biāo)，h損為縱坐標(biāo)，繪制管路特性曲線(xiàn)，詳見(jiàn)圖1和圖2。

2.3 水泵特性曲線(xiàn)繪制

泔河二庫(kù)泵站安裝兩臺(tái)24SA－10臥式雙吸離心泵，水泵技術(shù)參數(shù)(見(jiàn)表3)。根據(jù)表3，Q－H、Q－η、Q－N、可繪制出水泵高效區(qū)特性曲線(xiàn)，詳見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 24SA－10單機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖2 24SA－10關(guān)聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)計(jì)算簡(jiǎn)圖

表3 24SA－10水泵特性表

2.4 水泵工作點(diǎn)計(jì)算

工況點(diǎn)計(jì)算采用圖解法，在圖1和圖2中，管路特性曲線(xiàn)和水泵特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)即為水泵工作點(diǎn)，詳見(jiàn)表4。

表4 24SA－10水泵工作點(diǎn)計(jì)算表

由表4可知，在單機(jī)運(yùn)行工況，水泵已經(jīng)偏離高效運(yùn)行區(qū);由圖1可知，在水庫(kù)最高水位和水庫(kù)加權(quán)平均水位對(duì)應(yīng)工況，水泵已嚴(yán)重偏離高效運(yùn)行區(qū)。

據(jù)此分析，導(dǎo)致泵站電機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行原因主要有兩方面:①泔河二庫(kù)水位變化幅度大，約15.5 m，水泵進(jìn)、出水并聯(lián)管路長(zhǎng)，約3.7 km，導(dǎo)致水泵單機(jī)和并聯(lián)兩種運(yùn)行工況揚(yáng)程范圍大，約21 m，而原水泵高效區(qū)較窄，高效區(qū)揚(yáng)程范圍僅為9 m，單機(jī)、水庫(kù)高水位時(shí)機(jī)組運(yùn)行嚴(yán)重偏離高效區(qū)，水泵效率急劇下降，水泵軸功率大大增加，導(dǎo)致電機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。②原水泵配套電機(jī)功率偏小。2011年寶雞峽水電設(shè)計(jì)院對(duì)泔河二庫(kù)水泵機(jī)組重新選型設(shè)計(jì)，新選水泵采用RDLO500－835 A(φ735)水泵曲線(xiàn)，工況點(diǎn)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5，由表5可知該水泵特性曲線(xiàn)與24SA－10水泵特性曲線(xiàn)比較吻合，具有可比性，新選水泵高效區(qū)范圍較寬，在水泵單機(jī)、水庫(kù)高水位運(yùn)行時(shí)最大軸功率達(dá)846 kW。

表5 RDLO500－835 A(φ735)型水泵工作點(diǎn)計(jì)算成果表

3 結(jié)語(yǔ)

2012年在泔河二庫(kù)泵站改造中，按照設(shè)計(jì)方案對(duì)水泵機(jī)組更新，擴(kuò)大了機(jī)組高效區(qū)范圍和運(yùn)行功率，目前投入正常抽水運(yùn)行后性能穩(wěn)定出水量足，反過(guò)來(lái)進(jìn)一步證明泵站改造前水泵配800kW功率電機(jī)太小，高效區(qū)范圍較窄，影響了機(jī)組抽水運(yùn)行效能。說(shuō)明原因分析正確，改造設(shè)計(jì)對(duì)路。

TV734

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1004－1184(2013)05－0170－02

2013-05-17

慕愛(ài)軍(1975-)，男，陜西吳堡人，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。