取水泵站節能設計及評估管理探討

葉鄧豪

(東莞市江庫聯網工程中心，廣東 東莞 523808)

1 工程概況

某水電站新建取水泵站，設計供水量規模為2.0萬t/d，主要建設任務為新建圓筒內空深井取水泵站一座，鋼筋混凝土筒體結構在泵站±0以下，鋼筋混凝土框架結構在泵站±0以上。包含基礎底板在內的泵站總高度57.5m，圓筒內空深井內徑15m，外徑17.5m，筒體混凝土結構抗滲強度等級W6，圓筒筒壁厚1.2-2.0m，基礎底板厚2.5m。筒底通過錨桿與基底錨固，泵站上部設置配電室，其框架結構主要由高低壓配電系統、機電設備控制系統等構成，設計使用年限50a。取水泵站建成運行后，能解決下游150hm2農田灌溉及1.5萬人次的日常生活用水問題，經濟效益和社會效益十分顯著。

2 取水泵站節能設計

2.1 輸水線路設計

本水電站工程一級取水泵站向二級泵站輸水線路的確定必須結合工程地質、施工條件及工程選址及地形特征，經確定，主要通過DN350管并按照“豎井+引水隧洞”方式從一級泵站直接提水達高位水池后實現輸水，輸水管出口高程1983.60m，再通過一級泵站高位水池輸水管線將水輸送至二級泵站進水池內，進水池水位設計值1950m，管線水損4m。根據機組運行實際情況以及節能效果、工程投資等方面進行分析，該提水方案設計較為合理，且輸水全過程中供水完全憑借重力自流，無能耗，供水從泄洪口引出后用于人畜飲用和農田灌溉。輸水干管采用最大壓力值1.0MPa、管徑Φ280mm、長度11.342km的PE管，支管包括直徑Φ200mm、Φ160mm和Φ125mm的PE管，根據沿途村鎮用水需要在輸水管線上設置多個放水閥門[1]。

2.2 混凝土重力壩設計

1)防滲設計：

上壩址防滲層采用常規混凝土會增加防滲層橫縫，干擾碾壓混凝土壩體施工，且交界面存在較大的力學性能差異，防滲層極易出現結構裂縫加重滲漏。為此，本水電站取水泵站上壩址斷面按照全斷面碾壓設計，常規混凝土僅用于墊層、溢流面層、導流底孔及閘墩等處，且在擋水壩下壩面內廊道等處使用預制混凝土構件，以減少模板架立工程量，保證施工進度。本水電站取水泵站上壩址碾壓混凝土工程量11.54萬m3，在壩體混凝土施工總工程量中占比84.21%。

此外，將摻加設計配比膠凝材料的二級配碾壓混凝土防滲體設置于壩面，并通過噴水泥砂漿以確保混凝土層間抗滲性能顯著提升，增設防滲體后基礎部位和壩頂部位厚度應至少達3.0m和1.0m。為加速滲水沿廊道排出，還應在防滲體之后增設豎向排水管。

2)混凝土標號分區：

水電站取水泵站壩體內混凝土標號必須嚴格按照設計要求及安排進行分區，壩體及壩身分別采用設計強度R180200、R180100且抗滲標號等級S60、S20的二級配和三級配碾壓混凝土，不同強度等級及抗滲標號的混凝土齡期均為150d，并通過混凝土后期強度的充分利用，節省材料用量、降低水化熱[2]。基礎墊層、帷幕灌漿廊道及溢流堰和閘墩分別采用強度標號R90150、R90150和R90250的常規混凝土，設計厚度均為1.5m。

3)施工縫設置：

本水電站工程取水泵站碾壓混凝土內水泥用量較少，粉煤灰用量多，水化熱溫度升高速度快，應力小，機械化碾壓施工過程主要采用大倉面薄層攤鋪碾壓工藝。攔河壩壩基多為硬質完整厚層石英砂巖，岸坡平緩，不均勻沉降小，為此，對于攔河壩工程主要實行全斷面碾壓混凝土方案，不設施工縫。

該水電站工程攔河壩壩頂長157.5m，根據設計方案中基于壩體體型差異和功能所進行的壩段劃分，左岸擋水壩段為0+000-0+054段，河床溢流壩段為0+054-0+110段，右岸擋水壩段為0+110-0+157.5段，并在0+054和0+110處分別設置兩道橫縫。基礎墊層、帷幕灌漿廊道及溢流堰和閘墩等處常規混凝土橫縫間距控制在15-20m。為阻止混凝土碾壓施工過程中裂縫持續擴展，還應在非貫穿縫側增設2排并縫鋼筋。

4)降壓處理：

水電站取水泵站攔河壩下游存在較大尾水深度，水深設計值18.5m，校核值20.6m，在揚壓力荷載下導致攔河壩壩體橫斷面面積及能耗增大，失去經濟性。為此，應考慮設置順水流向和橫向廊道于壩基面以形成網狀壩基抽排降壓處理系統，并在河床增設容積100m3的集水井+2臺自動排水泵，以進行壩體滲水的抽排處理，并提升廊道處碾壓混凝土施工進度。

2.3 面板堆石壩設計

本水電站新建取水泵站工程面板堆石壩設計主要依據取水泵站整體設計方案，從輸水管道和泄洪管道邊墻引出，并在堆石壩出口增設調流閥接消力池，整個管道借助水重力自流，無能耗。泵站提水是面板堆石壩設計方案中唯一的能耗工序，按照設計要求，一級泵站和二級泵站提水工序年耗電量分別達157.41×104kWh和299.52×104kWh，提水流量均值分別為0.167m3/s和0.196m3/s。分析結果表明，本次新建取水泵站能耗程度基本符合設計及相關標準[3]。

2.4 輔助生產設施

本水電站取水泵站工程包括一級泵站主變、二級泵站廠變、壩區變壓器、放空隧洞出口閘門液壓啟閉機、引水隧洞攔污格柵電動葫蘆、室外照明及空調系統等在內的主要輔助設備設施能耗情況具體見下表，經統計，輔助設施年耗電量為58400 kW，年能耗量為7165.45 kW。

表1 水電站取水泵站輔助設施能耗統計

3 評估管理

本水電站新建取水泵站工程系統變壓器主要采用低能耗電力變壓器，能降低變壓器用電量，而且工程設計方案嚴格按照國家相關能耗標準制定。照明燈具主要采用熒光燈、鹵化物等等節能燈具；設備供電線路及照明線路均按照分支回路走線，通過分區管控，加強對不必要照明的管理；為控制容量450kW的單臺電動機啟動對取水泵站系統造成較大沖擊，工程還引入高壓分級變頻啟動控制裝置，將啟動電流控制在穩壓設計范圍，增強節能效果。

泵站工程還建立起較為完善的節能管理制度體系，具體包括三級能源管理機構的建立和能源計量設備的配備使用。管理機構組長由縣水利局局長兼任，制定并落實嚴格的能源管理計劃，準確評定節能技術推廣落實情況，采集、分析、評價能源計量設備性能、運轉及能耗節約程度等基礎數據，為節能管理制度有效落實提供依據。

4 結 論

水電站取水泵站是供水系統的核心部分，其建造及運行能耗占工程總運行能耗的60%以上，所以加強取水泵站節能設計對于加強能耗控制、降低工程運行成本，提升工程經濟效益和社會效益意義重大。本水電站新建取水泵站工程投入運行以來，節能效果良好，其建設及運行過程中所采用的輸水線路設計、混凝土重力壩防滲設計、混凝土標號分區、施工縫設置、網狀壩基抽排降壓處理系統設計、面板堆石壩設計等節能降耗措施應進一步推廣。