大砂沟电灌工程泵站改造方案及泵房设计探究

张伟英

（兰州市水电勘测设计院，甘肃 兰州 730000）

1 引言

水是十分重要的自然资源，水利工程是对水资源进行综合利用、推动国民经济持续发展的重要手段，对于经济建设的不断推进以及实现人民生命财产安全的保障有着重要作用。近些年来，国家对于水利工程的建设力度不断加大，大砂沟电灌工程泵站改造项目也在持续推进，切实采取有效措施尽可能地消除工程中存在的安全问题，在很大程度上改善了相关工作人员的人身安全及生活条件。

2 工程概况

大砂沟灌区位于兰州市以北，皋兰县的西南部；灌区受益区有兰州市皋兰县的中心、忠和、水阜及永登县的树屏四乡十八个行政村85 社，有3.5 万人口，土地面积58 666 公顷，耕地面积7 046.7 公顷。大砂沟提灌工程始建于1966 年，之后经过多次续建和改扩建，使该灌区灌溉面积达到6 333.3 公顷，属三等中型工程，主要由泵站、总干渠、干支渠和渠系建筑物组成。共有泵站31 座，总装机109 台套，总容量26 601 kW。工程的建成，促使灌区的工农业生产以及人们的生活条件得到了很大程度上的改善，对于兰州北大门和中川机场绿色通道的生态环境进行了一定的改变，对于灌区经济社会的发展起到了极大的推动作用。

3 大砂沟电灌工程泵站更新改造的必要性

泵站更新改造后将改变灌区作物种植单一、品种差、结构不合理的现象；大力推广节水灌溉，调整粮经比例、粮菜比例、夏秋比例，提高粮食品质和产量，提高经济效益，促进传统农业向现代农业转变，由数量型增长向质量型增长转变，有效增加农民收入，促进农民收入的快速增长，实现农业的现代化。同时通过泵站更新改造和泵站监控技术的运用，将进一步提高灌溉保证率，完善量水设施和管理设施，为灌区的管理提供有力保障，促进灌区水价体制、用水机制、人事管理的改革和灌区经济的发展，确保农业的可持续发展。另外，主体泵站工程能否正常运行，是保持和发展兰州市南北两山绿化成果的先决条件，是兰州市生态环境能否进一步改善的基础条件。

4 电灌工程泵站更新改造方案及泵房设计措施

4.1 工程改造方案

4.1.1 泵站改造方案

文中主要将大砂沟电灌工程总干七泵站为例，对其更新改造及泵房的设计进行探讨。本次实施方案设计总干七泵站在原址拆除重建，由于原站址场地位于大砂沟主沟东侧高速公路边，场地邻山并在深挖方地段，场区面积小而且厂区内排水困难，洪水淹没泵站的情况时有发生，因此本次设计将泵房场院地坪整体抬高，使场区外地坪与泵房西侧道路高程基本一致。总干七泵站4 台水泵出水管在室内汇总为一条压力主管道后穿出泵房爬坡布设至七泵出水池，总干七泵站共需敷设压力管道166 m。

4.1.2 基础处理方案

总干七泵房为原址拆除重建，根据地勘报告，总干七泵房基础覆盖层为第四系冲洪积含砾中细砂层，厚度5.0~7.4 m，持力层以第白垩系红色砂岩为主，泵房基础条件较差。因此本次设计总干七泵站泵房以钢筋砼钻孔灌注桩基础为设计方案。

4.2 工程总体布置

原初步设计新建总干七泵站站址位于现总干七泵站西侧约600 m 的总干六级渠侧，压力管道沿大砂沟洪道西侧向北布置至七泵出水池。由于该位置的上水压力管道管线需要占大砂沟排洪沟道或者耕地，征地难度大，项目实施困难；其次初步设计总干七泵站站址紧邻大砂沟排洪道，对泵站防护要求高。考虑以上因素，本次实施方案将总干七泵选择在原址拆除重建。初步设计批复主副厂房为地面式泵房，基坑深2.3 m，进深9.9 m，建筑面积为426.9 m2，其中主厂房建筑面积257.3 m2，副厂房建筑面积169.7 m2。由于总干七泵站原址位于深挖方地段，由于现七泵站站址位于深基坑内，需要将场院地坪抬高5.6 m，因此基坑深度需加深至8.3 m，4 台水泵出水汇总管需放置在室内汇总，因此本次实施方案主厂房进深改为13 m；由于现有场地面积限制，根据现场实际布置情况，副厂房由初步设计一层改为三层，其中增加一层电缆层。本次实施方案设计泵房采用“一”字型布置方式，分为主厂房和副厂房两部分，总建筑面积729 m2，其中主厂房建筑面积340.87 m2，副厂房建筑面积388.13 m2，副厂房在主厂房右侧布置。总干七泵站4 台水泵出水管在室内汇总为一条压力主管道后穿出泵房之后爬坡布设至七泵出水池，总干七泵站共需敷设压力管道166 m。进水前池与泵房主厂房平行布置，为1 座椭圆形钢筋砼水池，水池容积400 m3。在场院东南侧位置新建管理房1 座，为二层框架结构，总建筑面积335.8 m2。将泵房场院地坪分层夯填至高程1 803.60 m，场院地坪进行砼硬化处理，面积3 700 m2。场院北侧和东侧两周均需修建M10 水泥砂浆砌块石挡土墙，高1.5~5 m，总长度150 m。修建围墙160 m，铁艺大门1 座。

4.3 主要建筑物设计

4.3.1 泵房

在总干七泵站泵房主要采用“一”字型布置方式，分为主厂房和副厂房两部分，泵站副厂房为于主厂房右侧布置。

主厂房为半地下负压进水形式，泵站机组布置采用品字型双列布置，机组间距按规范要求确定。机组前后均设工作平台，宽度1.5 m。出水管室内汇总后穿泵房后墙后爬坡布设至出水池，压力管道汇总管上安装电磁流量计1 个，布置电磁流量计控制井（室）1 座。副厂房由高、低压配电室、中控制室和电缆层组成，设备安装尺寸满足规范要求。

泵房主厂房上部结构体系为框架结构，下部为现浇钢筋砼结构，副厂房为框架结构。泵站主厂房采用轻型钢屋架，泵站副厂房采用现浇钢筋混凝土屋面。总干七泵站为原址拆除重建，泵房主厂房基础采用钢筋砼筏板基础，基础下设10%水泥土垫层100 cm 厚，再原土翻夯100 cm，要求压实度大于0.95。副厂房基础采用混凝土钻孔灌注桩基础，桩径0.8 m，桩长10 m。

4.3.2 引水渠道

根据泵站总体布置和地形地质条件，总干七泵站从现有涵洞至泵站前池需修建引水渠，长度为10 m。引水渠采用C25 现浇钢筋砼矩型箱涵结构，设计流量1.03 m3/s，比降1/1000；侧墙厚0.3 m，顶板厚0.3 m，地板厚0.3 m。基础为10%水泥土垫层50 cm，其下原土翻夯150 cm，要求压实度大于0.95。

4.3.3 进、出水池

4.3.3.1 进水池

总干七泵站设1 座进水池。进水前池单座容积400 m3，长17 m，宽6 m，池净深4.7 m。顶板以上覆土厚5 m，顶板采用C25 钢筋砼梁板结构，板厚0.3 m，梁高0.5 m，梁宽0.3 m。进水前池底板和侧墙为现浇C25 钢筋砼结构，侧墙厚0.3~0.5 m，底板厚0.4 m，底板下铺设厚10 cm 的C15 砼垫层，基础为10% 水泥土垫层50 cm 厚，再原土翻夯100 cm，要求压实度大于0.95。

4.3.3.2 出水池

总干七泵站共布设出水池1 座，为现浇C25 钢筋砼矩形出水池。矩形出水池平面尺寸10×3.6 m，池深2.0 m，侧墙为直墙式结构，厚0.25 m，底板厚0.3 m。底板下铺设厚10 cm 的C15 砼垫层，基础为10%水泥土垫层50 cm 厚，再原土翻夯150 cm，要求压实度大于0.95。

4.3.4 压力管道

压力管道厂房后墙平段采用埋设，爬坡段采用明设的方式。明设压力管道管床采用30 cm 厚C20 砼护砌，两侧设现浇C15 砼排水边沟及检修踏步。明设钢管外防腐底漆为环氧富锌，涂刷一道，厚度约50 μm，中漆为环氧云铁，涂刷两道，厚度约80 μm，面漆为脂肪族聚氨酯面漆，涂刷两道，厚度约60 μm。埋设钢管外防腐采用两布三油，两布采用玻璃纤维布，三油底漆为环氧富锌，涂刷一道，厚度约50 μm，中漆为环氧云铁，涂刷两道，厚度约80μm，面漆为环氧防腐面漆，涂刷两道，厚度约70 μm。室内管道除锈后刷底漆一道，面漆二道。明设上水压力钢管设伸缩节，以消除管路热胀冷缩影响。由于水泵进水管埋深将近8m 深，为延长吸水管使用寿命，降低维修几率，因此进水管内壁也进行防腐处理。内防腐采用环氧树脂（无毒），内壁防腐级别为普通级，采用二底二面，漆膜干膜厚80~100 μm。

4.4 机电设备及金属结构

4.4.1 水力机械

根据泵站设计流量、扬程的实际情况进行机组选型。水泵选型根据水泵输送的黄河水浊度高、泥砂含量大，对水泵叶轮、主要过流部件具有较高的抗汽蚀、耐泥沙磨损能力的特点，设计优先选用S 系列中开式双吸泵，该系列泵在原有水泵结构基础上，压水室采用了梯形断面，进一步提高壳体的刚性；在密封环外表面增加两道O 型密封圈，杜绝高低压腔的串水现象，提高易损件寿命，稳定水泵的容积效率；采用结构对称的双蜗室压水室，能基本平衡径向力，消除因轴产生挠度而引起的问题，扩大泵的运行范围，提高容积效率；在进口倒灌情况下，填料处取消水封环装置，避免因杂质堵塞水封环而发生填料干磨。在提高水泵汽蚀性能方面，适当增加叶轮进口直径和叶片包角，降低进口流速、避免进口产生涡流，减少进口水力损失。在增加水泵使用寿命方面，水泵壳体材质采用高强度球墨铸铁，泵壳喷涂耐磨德福康涂料，叶轮材质采用钢板焊接Q235，轴采用40Cr，轴套采用0Cr18Ni9。

4.4.2 电气设计

4.4.2.1 电气设计方案

总干七泵站安装水泵机组为4 台：2×630 kW+1×355 kW+1×280 kW=1 895 kW， 机 组 最大运行负荷：1 265 kW，备用1 台机组额定功率为：630 kW，额定电压均为10 kV。根据泵站的总装机容量和机组的单机功率以及额定电压，确定总干七泵站为高压机组泵站。

4.4.2.2 电气主接线

（1）10kV 电气主接线方案。总干七泵站的10 kV 电气主接线采用单母线接线方式，由5 台KYN28A-12 型 高 压 开 关 柜 和4 台RYZQ-12 型 高压干式一体化软起动柜、1 台WSTBB10 型高压无功自动补偿柜及1 台站用变压器柜组成。分为：电源进线柜、电能计量柜、电压互感器柜、过电压保护柜、1#～4#高压电动机软起动柜、电容器控制柜、高压无功自动补偿柜、站用变压器柜。

（2）厂用电接线。泵站厂用电负荷主要有：排污泵、启闭机、LCU 屏、电动闸阀、轴流风机、起吊设备、照明、操作、检修及管理房用电等。

厂用变电容量，按最大厂用电负荷计入功率因数及线路损失后确定，泵站选配1 台SC13 型50 kVA干式变压器，为了便于操作及维护泵站厂用变压器装在开关柜内，10 kV 电源接在泵站系统线路进线侧。泵站厂用电接线采用单母线不分段接线方式，电压等级为：10/0.4 kV。

4.4.2.3 自动控制保护

泵站采用计算机综合自动化二次控制保护设备，保护选用微机型装置。直流电源选用高频开关组合电源、免维护铅蓄电池组。

4.4.2.4 电气设备布置

泵站副厂房分为高压配电室、电缆层、低压配电室及中控室，高压开关柜、高压无功补偿柜布置在同一室内，采用单列布置形式，柜前、后操作及维护走廊距离均满足“规程规范”要求。低压配电屏、LCU 屏、通信屏、视频柜等均采用单列布置形式，屏前、后操作及维护走廊距离均满足“规程规范”要求。

4.5 金属结构

通过管材比选水泵室内外进出、水管选用直缝钢管，上水压力管道选用螺旋钢管。为防止水锤对机组及压力管路造成破坏，设计在水泵出水管设置多功能控制阀及检修电动闸阀，泵进、出水管路均设置伸缩节。为清污、拦污方便，泵站前池进口均增设钢制拦污栅。本工程共布设电动闸阀8 个，缓闭式止回阀4 个，电磁流量计1 个，压力波动预止阀1 个。铺设上水压力管道1 条，总长166 m，总重34.86 t，管材为钢管。安装钢制拦污栅1 面，重约0.4 t。

4.6 节能设计及其措施

4.6.1 节电措施

第一，各类建筑照明应与相关规章制度中的照明功率密度值相符合；第二，对高效电光源和灯具进行选择；第三，将电容器安装在混凝土搅拌机等用电设备前，进行无功补偿，促使变压器利用率及其无功损耗得以切实提升；第四，对节能高效型的电器设备与产品等进行选择；第五，对用电管理规章制度进行建立健全，并对节能奖励及相应的能源浪费处罚制度进行制定。

4.6.2 节水措施

第一，对节水阀门进行应用，在水循环系统、消防给水中，对具有节水性能的供水设备进行应用。同时，对用水泵的型号进行科学选择，对于水泵运行期间的压力、扬程等指标，应尽可能地选择在接近额定值的范围内；第二，对优质的供水、排水管道进行采用，避免发生跑冒滴漏的问题；第三，对雨水收集系统进行建立。

5 结语

大砂沟电灌工程泵站由于长时间运行存在一系列的问题，所以对其进行更新改造，做好相关的设计工作十分必要。同时，在实际工作开展期间，采取有效措施，针对泵房设计工作进行，促使大砂沟电灌工程得以更加稳定地运行。