某小（1）型水庫供水泵站技術改造及能效分析

賈偉建

（濰坊市市政工程設計研究院有限公司 山東濰坊 261061）

1 工程概況

供水泵站為水源地水庫的主要建筑物之一，擔負向城區供水的任務，位于大壩樁號8+100 處。泵站工程由進水閘、前池，主、副廠房，切換間等建筑物組成。為壩后式吸水泵站，進水流道為喇叭口式，出水流道為長直管，斷流方式為電動蝶閥。隨著城區人口、工礦企業數量的增加，經濟的迅速發展，城區需水量越來越大，該供水泵站將要擔負起為新建水廠和工業園供水的任務。為完成供水任務，提高供水可靠性，決定對該泵站進行升級改造。

2 泵站改造設計分析

2.1 泵站改造前狀況

泵站改造主要從供水能力、水泵機組、電氣以及值班運行等4 個方面展開，改造前存在的問題和缺點［1-2］詳述如下：

（1）供水能力方面。供水泵站原設計供水能力為13 萬m3/d，設計揚程46 m，只能滿足城區部分區域的用水需求，供水管路單獨運行，無法與城區其他泵站實現互為備用，供水可靠性低。

（2）水泵機組方面。原泵站機組配備KQSN350-M13-406雙吸式離心泵6 臺，4 用2 備，單機流量1 355 m3/h，配套Y355-4 高壓電機6 臺，額定功率220 kW，功率因數0.86，總裝機容量1320 kW。

（3）電氣方面。2 臺主變是S7 系列，額定容量為1600 kVA，該系列變壓器損耗較大。無功補償方面，改造前原設計的手動人工投切6 kV 電容補償裝置由于運行時間較長已無法運行，功率因數約為電動機本身功率因數，不能滿足供電部門對無功補償的要求。

（4）值班運行方面。為保證設備安全運行，值班人員每隔半小時需要按既定路線對設備運行情況進行巡視和記錄，巡視工作量較大且有間隔，造成設備突發故障無法及時處理。

2.2 泵站改造設計原則

本次供水泵站改造設計中應遵循以下2 個原則：

（1）應維持泵站原有總體布置不變，泵站工程原有站址、管線布置等維持不變，僅對泵站工程原供水系統、機組選型、管徑等進行技術改造。

（2）泵站已運行多年，應對泵站老化失修、性能落后的機電及電氣設備重新計算復核，對不滿足現狀性能或者已經淘汰的設備進行更新、更換。

2.3 改造設計分析

借此次供水泵站改造的機會，在完成提高泵站供水能力任務的同時也要解決泵站發現的問題和不足，進一步提高泵站運行的可靠性，降低泵站運行成本。

（1）更換供水管道。原供水管道采用DN406 螺旋鋼管，設計流量由原來的1 260 m3/h 提高至2 400 m3/h 后，現狀管徑無法滿足設計要求。經復核后，供水管道采用DN630 螺旋鋼管，管線長度保持不變。

（2）水泵和電機更新。將原來的KQSN350-M13-406 雙吸式離心泵更新為KQSN600-N13/574（T），配套電動機由原來的Y355-4/6 kV/220 kW 電動機更新為YX400-4/6 kV/400 kW 電動機。改造后單機流量由原來的1 260 m3/h 提高至2 400 m3/h，供水能力由原來的13 萬m3/d 提高至23 萬m3/d，完全能夠滿足自來水廠和工業園區的用水需求，同時更新水泵和電機以后，提高了A 供水泵站供水能力，降低電機損耗。

（3）更新高壓電容柜，提高功率因數，實現無功功率自動補償。功率因數合理選擇既減少變壓器運行損耗，又能增加變壓器有功輸出，提高其利用率。為了提高功率因數，一方面必須合理選擇無功補償電容的容量，另一方面要合理選擇無功補償的控制方式。

①電容容量的選擇。電動機更新后電機容量為400 kW，電動機初始功率因數為cosφ1=0.84，6 臺電機，4 用2 備。按供電部門要求功率因數不應低于0.9，將功率因數補償目標定為cosφ2=0.95，據此計算電容容量。

總電容容量QC=P（tanφ1-tanφ2）=4×400×（0.63-0.33）=480 kvar，故本次選擇500 kvar 電容進行無功補償。

每臺電動機所需電容容量Q單=QC/4=480/4=120 kvar，故本次將500 kvar 電容采用200+150×2 的組合方式進行配置，以便更好地進行功率因數的調節。

②控制方式的選擇。改造前無功補償裝置采用人工控制的方式，根據運行經驗分析人工控制方式存在易出現工作人員誤操作和功率因數過補償的情況。為克服人工控制方式存在的缺點，采用ZRWKG-3500 型高壓無功功率自動補償控制器［3］。

ZRWKG-3500 型高壓無功功率自動補償控制器對電容的控制是根據系統中所需無功功率進行的，而不是根據功率因數的大小，可以很好地解決無功過補償的問題；自動補償控制器采用32 位ARM 微處理器芯片、多任務操作系統內核，在內部編程時將5 min 的放電時間放入其內，從而可以避免誤操作的發生。

（4）高損耗變壓器更換，節能降耗。改造前A 泵站的主變是S7 系列，該系列產品于1980 年設計，1995 年已被國家列為淘汰產品［4］。目前業內變壓器的主流S11-M 系列全密封變壓器采用新型鐵芯材料，鐵芯為全斜三接縫結構，磁路分布均勻，大大降低了空載激磁電流和空載損耗。供水泵站變壓器運行損耗參數對比見表1。

表1 供水泵站變壓器運行損耗參數對比表

從表1 中可以看出選用S11-M 系列變壓器比S7 系列變壓器損耗的大幅降低。

（5）增建總切換間，實現A 泵站和城市泵站的互為備用。改造前供水泵站和其他城市泵站各自擁有獨立的供水管線，當發生意外情況時，無法保證持續供水。為改變這一現狀，結合實際情況決定增加1 個連接2 個泵站的總切換間。2 個泵站的出水管道都匯集到總切換間的匯集管，然后再通過1#、2#、3# 閥門進行調節，2 個泵站可以實現互為備用，大大提高供水的可靠性。

3 能效分析

為滿足城區自來水廠、工業園用水需求，對A 供水泵站進行升級改造，水泵更新為KQSN600-N13-574（T），配套電機更新為YX400-4/6 kV/400 kW。改造后單機流量提高了1 倍，供水能力提高10 萬m3/d，總裝機容量提高到2 400 kW，因此，泵站升級改造后提高了供水能力，降低了電機損耗。

供水泵站改造后設雙回路35 kV 高壓線，泵站變配電裝置均為戶內式，變壓器型號S11-M-3150/6 代替原來的S7-3150/6，同時新加1 臺200 kVA 變壓器，每年可減少電能損耗5.6 萬kWh，20 年將減少電能損耗近百萬千瓦時。

為改善供水泵站35 kV 開關柜室陰暗潮濕的環境，提高高壓配電室的安全可靠性，對A 供水泵站35 kV 開關柜室土建基礎進行改造，對35 kV 開關柜及其元件、電纜分接箱、直流屏、主變保護屏等設備進行改造更新。改造后，大大提高了A泵站的用電可靠性。

供水泵站改造設計采用了現代新技術、新設備，提高了機泵設備的效率，降低了能源損耗，使得城區生活用水和工業用水得以改善及充分保障。

4 結語

供水泵站綜合改造的實施，一方面大大提高了A 泵站的供水能力，完全可以滿足目前城區對水資源的需求，另一方面解決了A 泵站運行中存在的問題，提高了泵站運行的可靠性，同時降低了運行中的電能損耗、減輕了值班人員的勞動強度，創造了經濟效益、社會效益和環境效益。建議其他泵站設計和改造過程中，充分考慮水泵機組裝置的調節及控制方案，進行經濟技術比較后，確定最經濟合理的設計方案。