夹岩毕大泵站装机方案及调度运行方式分析

葛 曦，黄正财，杨 超，张建勋

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002)

1 概述

毕大供水泵站是毕大供水工程中为毕大新城区供水的水源泵站，输水线路总长约27.6km，泵站采用库内有压取水的方式，泵房布置于坝后下游700m处。泵站主要参数见表1。

表1 泵站主要参数

毕大泵站是给重要城镇供水的大型泵站，具有大流量，高扬程的特点，因此在确定装机方案时需对台数进行技术经济比较，同时，各工况下泵站的调度运行也要满足长输水系统的安全运行。

2 装机方案分析

泵站的台数关系到厂房土建投资、机电设备投资与运行管理等方面，如装机台数多，则泵站运行灵活，能更好地进行流量匹配，但厂房土建与机电设备投资都会增加；反之，装机台数少，单泵过流量大，泵组效率较高，土建及机电设备投资较省，但运行不够灵活，因此，台数应根据工程规模及建设内容进行技术经济比较后确定。备用机组的台数应根据工程的重要性、运行条件及年运行小时数确定，对于重要的供水泵站，工作机组3台及3台以下时，宜设1台备用机组；多于3台时，宜设2台备用机组。

泵站的提水流量为6.0m3/s，泵站最高扬程174.74m，为节约投资和便于枢纽布置，通过对目前运行的泵站及设备制造厂进行调查，确定泵站采用一级提水。选用了三用一备、四用二备、五用二备3种装机方案进行比较，随着装机台数的增加，投资不断增加，其中四用二备与五用二备的差距较小，根据对国内外制造厂调研情况，装机3台工作泵时单泵流量较大，国内生产厂家较少，该规模的水泵业绩较少，虽然投资省，但设备采购有较大风险且运行没有4台工作泵灵活，4台工作泵方案已有类似业绩。采用五用二备时，虽然单泵功率减小，投资增加不多，但由于工作泵台数为单数，输水管路布置比较复杂。因此兼顾考虑最大单机制造能力以及枢纽布置，因此设4台工作泵。由于泵站功能是向毕大新城区供水，根据资料可以看出：毕大城区年供水量为29868万m3，而夹岩水利枢纽向毕大供水16169万m3(终端净供水量)，占毕大供水总量的54.13%，因此泵站属重要的供水泵站，规划水平年泵站供水人口约为111万，供水对象为百万以上人口城镇，属特别重要工程。且泵站年运行小时达8000h以上，因此设2台备用泵，既能保证供水的可靠性，又便于管路布置。装机方案采用四用二备方案，每三台为一个输水单元，共用一根输水管至高位水池。

3 调度运行方式分析

毕大泵站是重要的水源泵站，通过水泵取水后供至终端七星关区山家寨连接池，再供给不同的水厂，输水线路较长，有近20km的无压隧洞和近7m的管道。泵站采用2台变频泵进行流量调节，增加泵站供水的灵活性，主要从以下2点考虑。

3.1 不同供水时期需水流量差别大

根据《毕节—大方城市总体规划》(2010—2030)及最新的《毕节市中心城区给水工程专项规划》(2013—2030)成果，规划区将有13个水厂，其中新建水厂8座，总供水量为76.6万m3/d，设施服务人口为160.0万人。根据给水规划，夹岩水库拟将向梨树、小坝、双山、甘河、大方等5个片区新建水厂提供源水。水量分配见表2。

表2 夹岩水库原水量分配一览表 万m3/d

由于各规划水厂尚未进行主体工程设计，方案存在变化的可能，且建设进度难以预计，城区建设是一个循序渐进的过程，目前七星关区城区人口约45万，至规划水平年时，泵站供水人口才能达到111万，因此在建设初期与规模完成时，不同的供水时期，对毕大泵站的需水流量有较大的变化。

毕节-大方城区2012年实际总用水量6796万m3，人均综合用水量仅为299L/(人·d)，远低于同期贵州省会贵阳市人均用水量540L/(人·d)，该用水水平是不能满足毕节-大方城区现状用水需求的。毕大泵站建设初期供水规模是达不到规划水平年2030年的供水流量的，城区对泵站的需水量会存在一个递增的趋势。

3.2 泵站低扬程时的流量对输水系统的影响

根据所选的卧式单级双吸中开泵性能参数，水泵运行工况能覆盖扬程范围，但最高扬程和最低扬程之间的流量差异较大，如设计扬程满足1.5m3/s，则最低扬程时，流量达到1.89m3/s，即最低扬程的流量是最高扬程的1.26倍。对流量进行统计见表3。

表3 4台定速流量统计

如采用4台定速泵，在低扬程工况下，输水系统过流能力不足，则输水隧洞及管道的直径均要增加，增加的直接工程投资远远高于设置2台变频泵组的投资。

针对所选泵型的工作泵，进行1台机变频与2台机变频方案设置见表4、5。

表4 3定速+1变频配置

表5 定速+2变频配置

可以看出，如采用3台定速泵搭配一台变频泵的配置方案，基本可满足流量调节要求，但是在平均扬程、最低扬程工况效率均低于2台定速泵搭配2台变频泵的配置方案。根据水库水位统计，库水位长期运行的正常蓄水位到多年平均水位之间，即泵站运行中平均扬程到最低扬程较为常见，2个方案最高扬程工况流量达到5.88m3/s，比额定流量小0.12m3/s，最低扬程工况1台变频泵方案中变频泵流量需0.33m3/s，此时超出了水泵规定的运行范围，水泵不能运行，而2台变频泵方案中变频泵流量1.11m3/s，此时效率可达到82.3%，且在水泵稳定运行的范围之内。在工程实际运行中，变频装置的频率低于30HZ后，水泵运行工况很差，因此推荐采用2台定速泵搭配2台变频泵的配置方案，该方案具有较好的流量调节能力和高效的水泵运行范围。

综上所述，泵站考虑设置2台变频机组，其中一根上水管相连的3台机组中有1台是采用变频运行的方式，这样每一输水单元都能灵活调节供水流量的变化，当水厂用水量与泵站单台水泵流量范围不匹配时，可启动变频泵适应流量需求，当水厂用水规模与泵站设计流量匹配时，可采用泵组启动4台机组的运行方式。

当1根上水管相连的3台机组中有1台泵事故停泵时启动定速备用泵。当替换定速泵时可按原运行方式，当替换变频泵时，可通过输水隧洞、连接池、水厂等进行短暂调节，以满足流量的需要。当2根上水管中的其中一根检修时，启动另一根上水管相连的3台机组，流量满足总流量70%的要求。

4 结语

毕大泵站单泵流量达到了1.5m3/s，最大扬程达到174.74m。属于大流量、高扬程的泵站，目前国际国内的运行业绩都很少，因此在装机方案的比选过程中，重点对供方市场进行了分析，结合水力模型、制造难度和运行业绩等制约因素，在机组台数满足功能的前提下，保证投资节约、运行灵活，便于采购，最终选用了装机6台四用两备的装机方案。由于泵站有近30km的输水线路，在水泵低扬程工况下，流量大于输水系统的过流能力，因此在一个输水单元的3台机组中各配置了一台变频调速机组，保证各工况下的输水流量满足系统要求。