大型泵站排水系統安全優化與改造方案探討與研究

魯健 倪春 胡清廉

摘 要：大型泵站排水系統不僅是工程正常運轉的技術措施，也是避免工程水淹等系列事故的關鍵措施，直接影響工程效益的正常發揮。因此，大型泵站排水系統的安全設計與管理尤為重要，對此，文章主要舉例分析大型泵站排水系統安全優化與改造可行性，促使設備設施運行可靠，保障效益正常發揮。

關鍵詞：泵站排水系統;排水安全設計;排水安全改造

由于大型泵站排水系統的設計與管理直接關系工程安全與正常運轉，現今，我國大型泵站排水系統還面臨著一些問題，導致工程排水系統故障，嚴重時會導致主廠房水淹、設備損毀等事故，整體改造由于埋設澆筑較難進行，部分改造，加之管理加強，后續工程安全設計，相對來說能夠保障正常運轉。本文主要以南水北調藺家壩泵站工程作為示例，進行探討。

1. 大型泵站排水系統安裝現狀

主電機、主水泵長期運行過程中，其水導軸承結構需水作為潤滑劑，機組葉輪滲出水經排水管道進入廊道進行集水。機組冷卻系統中，水作為冷卻介質，對主電機、軸承冷卻器、稀油站等設備進行冷卻，幾乎與整個排水管網相連，一般情況下排入流道內，除非閘閥存在故障，管理措施未到位的情況下，少量進入廊道。再者，地下電氣設備除濕裝置也排少量的水。若開展對主機組設備進行大修時，檢修閘門落下，水泵流道內的水從檢修排水系統中排出，亦可從廊道內滲漏排水系統中排除。但兩者僅有閘閥相連，整個供排水系統是一個管網。

下面，就南水北調藺家壩泵站供排水系統進行舉例。

紅色部分為技術供水系統，藍色部分為檢修排水系統，綠色部位為滲漏排水系統，整個系統利用黃色母管相連，排水功能的故障，主要圍繞綠色部分，黑框即是本文提及的廊道，與其相連的控制閘閥，為紅圈內301閘閥，一般情況下保持常閉狀態，遇到其它系統故障，可輔助進行排水。

2. 存在問題

排水系統的故障一般分為三種：一排水口設置不合理，二排水管道止回閥失靈，三自動控制失靈。現場調研中發現，藺家壩泵站等工程排水口低于下游常駐水位（31.5米）約1米，管口澆筑設置，類似的泗洪站等工程也為該情況。

一是首先要保證圖中402類似的止回閥完好，403閘閥一般而言是常開狀態，如果402止回閥在工作過程中出現故障，一定會發生401排水泵倒轉現象，下游水順著管路進入廊道。即使廊道內由液位變送器等裝置通過PLC程序對于廊道水位進行控制，也會通過來回反復啟動排水泵，不斷打開關閉止回閥等錯誤工況引起設備故障而進一步擴大。

二是要保證滲漏排水自動化裝置運行完好，目前大多數工程通過PLC進行控制排水，但是PLC系統在發生斷電，例如工程正常倒閘操作、電力部門檢修線路等情況下，容易導致PLC內程序丟失，無法實現控制作用。

上述情況存在于大部分泵站，根據現場調研，部分工程發生過類似問題，也進行了初步處理。

3. 技術對策優化與改造建議

從設計層面講，基本問題要抬高排水口高度，大于工程最高水位，且做好揚程、管路損失計算，保證排水泵揚程及汽蝕滿足要求。管口樣式建議為彎頭向下，防止雨水、雜物等進入。另外排水管路中，止回閥上游設置壓力表或者壓力變送器自動化裝置，或者止回閥下游設置示流信號器、示窺鏡等裝置，可接入信號控制，亦可簡便而言的增加運行人員的可視化管理。

另外宜采用多重保護措施，如：浮子開關直接由二次電氣自動控制，水位傳感器由泵站監控系統遠程自動控制。離心排水泵，確保底閥止水可靠及補水措施完備。

這種設計的優點是，基本上從根本解決了任何情況下水流倒灌的現象，即使出現洪澇等異常災害天氣，也能通過特殊情況下應急響應值班，人員或者自動化進行控制。

紅色圓圈即為壓力表或者壓力變送器等裝置。紅色方框為示流信號器或者示窺鏡等裝置。右側視圖為出水口模型。

從現有工程改造層面講，因各個大型泵站工程排水系統的差異化，從設計層面難以解決問題，例如出水口管口澆筑在混凝土內部，提升管口難度大，這種類似情況下，可借鑒上述做法，在止回閥上做文章，要保證止回閥完好，通過上游水壓監視或者下游水流監視，甚至改造止回閥為可視性止回閥，人員能夠及時發現排水系統故障或者倒灌現象，及時得到處理。如果部分工程管口方面加高，固然是最優方式，必要時更換排水泵，保障揚程滿足要求。

另外，大型泵站工程的廊道一般都設有液位變送器，通過水位上限位、下限位進行控制廊道水位的方式。但是PLC長期斷電丟失程序的情況仍有發生，即便內設電池也未必滿足長期情況。這種情況下，建議最好改為硬控制，不通過PLC進行控制，通過開關吸合而達到滲漏排水泵啟動的效果。

4. 管理對策優化與改造建議

在泵站工程信息化的當天，基本可做到無線覆蓋，這時，可適當對排水系統增加警示系統，設置通信裝置，通過廊道水位變化情況的上下限，采取對值班電話傳呼的方式，緊急提醒值班人員進行現場處理，避免事故發生。類似這種警示系統可應用與機組運行各個層面，改造相對簡單。

另外，加強對管理人員的培訓教育，認真對工程重點部位及風險點的安全措施進行宣貫和演練，保障每一位值班人員能夠做到及時應對，應對有效。

此外，本文偏重于滲漏排水方面倒灌這方面的方案探討與研究，管理人員應熟知整個供排水系統的工作原理和要點，熟練掌握每個操作的步驟，謹慎對待閘閥的關閉與開啟，保障工程運行安全。

結束語：綜上所述，在大型泵站工程中，排水系統尤為重要，它是整個供排水系統中的重點環節，牽一發而動全身，無論是設計、安裝、管理等各個層面出現問題，都影響工程安全運行。因此，各未動工、已建成的各個水利工程，應以安全運行為綱，強化設備設施設計，落實施工安裝質量，研究優化提升措施，嚴格人員管理行為，確保工程效益得到有效發揮，從而推進社會繁榮穩定。

參考文獻：

[1]國務院南水北調工程建設委員會辦公室.南水北調泵站工程管理規程 NSBD16-2012

[2]陳澎.泵站排水系統機械設備安裝的質量控制措施探討 2020，（36），160-161

（南水北調東線江蘇水源有限責任公司徐州分公司，江蘇 徐州221000）