引黄济青改扩建工程棘洪滩泵站更新改造实践与思考

戴 康 杨同文 刘厚爱 荐 威

引黄济青工程是国家为解决青岛水资源短缺于1989年建成的大型跨地区、跨流域、远距离调水工程，工程建成32年来，累计调水47.23 亿m3， 为青岛市和工程沿线各市经济社会发展发挥了巨大作用，社会效益、环境效益、生态效益显著。目前工程已超过了设计年限，机电设备工程设施老化、损毁严重，调水能力降低，无法满足安全运行和设计调水规模要求。特别是南水北调工程实施后，承担着向胶东地区输水的任务，受泵站老化严重限制，在规定时间内调水任务无法高效完成。

一、工程概况

山东省引黄济青工程棘洪滩泵站是已建引黄济青工程的最后一级泵站，位于青岛市棘洪滩街道。泵站为堤后式结构，肘形进水流道，直管出水流道，油压快速门断流。前池设计水位4.02m，出水池设计水位12.00m，泵站设计净扬程7.98m，设计流量23m3/s。5 台无锡水泵厂生产的1.6HL-50B 型立式导叶式混流泵，配套TL800-24/2150 型800kW 6kV 同步电动机，2 台900HD-11.5 型立式混流泵为调节机组，配JSL-15-12 型330kW 6kV 异步电动机，泵站总装机容量4660kW。

二、更新改造主要问题

棘洪滩泵站建于1989年，受当时经济水平、技术条件限制，工程建设标准偏低，配套设施不完善，且长期担负着繁重的青岛城市供水任务，泵站工程存在机电设备老化严重、故障频发、能源单耗严重超标、工程效益逐步衰减等诸多突出问题，严重影响泵站的安全运行和效益发挥。

泵站更新改造要解决的主要问题：①机电设备老化严重、工程设施年久失修，安全运行无保障。②机组流量不匹配，运行效率降低，能源消耗严重超标。③泵站管理设施、管理手段落后，缺少自动化监控和基本的信息化设施。④电缆为铝制电缆，老化严重。⑤混凝土出水流道存在安全隐患。

三、泵站更新改造目标和主要任务

1.更新改造目标

通过对引黄济青工程改扩建将棘洪滩泵站建设成为功能完备、高效运行、管理先进的现代化泵站体系，为青岛城市供水及工农业发展提供支撑。主要技术指标：调水能力恢复到工程设计标准;泵站机电设备完好率达到95%以上；泵站装置效率提高到60%以上；泵站能源单耗由现状的2.5kWh/（kt·m）降低到2.1kWh/（kt·m）以下，同时实现泵站综合自动化管理。

2.更新改造的主要任务

主要包括：①6kV 电机全部增容改造成10kV 电机；②电机增容改造及5 台同步电动机励磁装置，电缆配套更换；③泵站35kV 变电站增容改造，电缆配套更换；④6kV 高压柜增容改造成10kV 开关柜。⑤增设计算机监控系统，增加微机保护单元；⑥增设视频监视系统；⑦主变压器室外改造为室内布置，增加变压器房三间。⑧通信及自动化设施更新建设等。

四、泵站更新改造取得的主要成果

1.水泵叶片液压调节机构应用

立式全调节水泵的叶片调节，主要有两种形式，液压调节和机械调节，棘洪滩泵站3#、5#机组采用内置式BYT 型叶片调节机构。

BYT 型水泵叶片调节系统包括接力器、油源部分、叶片角度机械控制部分和电气控制部分，其中接力器、油源部分、叶片角度机械控制部分集成于一体，安装于水泵电动机的顶端随机组一块旋转。整体设计采用内供油的设计方式，电气控制通过集电环供电，有效解决了受油器外供油渗漏的问题。叶片调节系统通过上位机监控系统给定指令调节叶片角度，通过现地控制柜来调节水泵叶片；叶片转动角度能实时传输到上位机显示。在机组正常运行时，上位机可根据抽水量的变化给定叶片角度，使水泵保持最佳工况运行；启动和停机时控制装置能自动将叶片调至适当的角度，保证启动与停机的需要。

2.泵站自动化监控系统、视频监视系统提升

（1）泵站自动化监控系统

棘洪滩泵站计算机监控系统按“无人值班，少人值守”的原则进行总体设计和配置，在中控室实现对所有现地设备的远方控制及监视。

系统采用全计算机控制的分层分布开放式系统结构。系统由中央主控制层及各级现地控制层组成。监控系统形成一个完整的、先进的开放网络型分层分布的实时闭环过程控制系统，为管理人员提供可靠、稳定、安全与高效的运行环境和监控手段。现地控制单元采用PLC 直接上网的结构，取消中间环节，提高整体可靠性能，各个LCU 也不会因主控级发生故障而影响LCU 各自承担的监控功能。在功能的完善性和监控平台的统一性方面，整个系统配备完善的应用功能，能稳定可靠地实现对设备及信息的遥测、遥信、遥控、遥调功能，各个现地控制单元LCU 与中央控制室计算机监控系统平台间进行可靠的通信，形成统一的自动监控网络和同一个监控平台。现地手动操作与控制，可满足泵站运行维护的安全、可靠要求。现地泵站监控控制单元具有主要设备状态现地显示及必要的常规操作功能，使运行人员在现地能完成必要的运行和调试中的操作。

（2）视频监视系统

通过中控室视频监视系统，运行人员能够对现场关键设备的运行状态进行实时观察，作为对计算机监控系统的补充，可帮助运行人员进行综合判断。同时该系统能够与自动控制系统相连，实现信号传输。

3.泵站节能降耗效果显著

棘洪滩泵站7 台机组更新改造工程完成后，泵站流量恢复到原设计标准，年供水保证率由改造前的95%提高到98%以上，极大地缓解了青岛城市供水紧张局面；泵站安全运行率、设备完好率达到100%，泵站机电设备运行的安全性、可靠性、稳定性得到保障；各项指标均达到设计标准值，装置效率由改造前的45%提高到60%，能源单耗由改造前的2.5kWh/（kt·m）以上下降到2.1kWh/（kt·m），单方水耗电量由更新改造前0.35kWh降低至0.27kWh，在相同调水量条件下，年节约电量 40 万kWh，泵站节能降耗效果显著。

4.出水流道优化改造

现有管道为现浇钢筋混凝土管道，管道外包封为钢筋混凝土，两端连接进、出水口并设置伸缩缝，采用预埋式橡胶止水带密封，两端设置混凝土镇墩，管道中间设置混凝土支墩。共有7 根管，2#～6#出水管内径180cm，1#、7#出水管内径120cm，壁厚为20cm。本次改造为DN1800，壁厚22mm 无缝钢管和DN1200，壁厚16mm 无缝钢管，大大提高了承载能力，同时减少管路的水头损失，通过对管道内壁防腐处理保证管道的耐久性，还不会对水质产生影响。配套安装不锈钢减震器、钢制法兰等，有效承载各级荷重及变形量和多向减震。

五、泵站更新改造思考建议

1.泵站更新改造应与城市用水相关规划相协调

要以“人水和谐、人与自然和谐”的理念指导泵站更新改造。泵站工程规模应与城市发展相适应，并充分考虑城市生态用水需求，把生态用水纳入泵站工程供水范围。加大老化工程及设备更新改造，加强泵站水量测量、水文水质观测、建筑物观测、运行调度水平和能力建设。

2.前期设计中要充分考虑泵站设备比选

对水泵及电机选型配置要充分考虑级间水量匹配问题，防止改造完成后级间水量不匹配造成效率低、频繁开机等问题；在各类主设备的购置上应注重设备成套性、统一性、一体化要求，选择技术创新能力强的品牌，厂家选择不宜过多，以免设备型号繁杂不利于后期管理和维修。

3.重视电气设备的改造

涉及供电线路、变电所等电气设备的改造项目，要与供电部门充分协调沟通，在设备选型采购、电气试验、供电工程验收等环节上应主动征求供电部门意见或邀请相关专家参与审査，以利于供电工程建设质量安全、达标验收和正常运行。

4.强化泵站运行管理人员培训

泵站运行管理技术人员应全程参与更新改造和设备安装调试，全面掌握设备的结构原理和安装方法，组织设备厂家及时开展各阶段现场技术培训，提升运行人员技能操作水平、 维护检修技能能力，以利于后期的运行管理