固海揚水工程梯級泵站優化運行調度管理

周玉國

（寧夏回族自治區固海揚水管理處，寧夏 中寧 755100）

固海揚水灌區位于寧夏回族自治區中部干旱帶的核心區域，沿清水河兩岸中下游分布，屬于寧夏地區嚴重的缺水區域。當地地表水量少，且含鹽量高，地下水埋藏深，灌溉利用價值較低。因此，寧夏固海揚水灌區所覆蓋區域的經濟社會高質量發展全部依靠固海揚水工程梯級高揚遠送黃河水解決。

梯級泵站優化運行調度是根據泵站實際工作條件的變化調整泵站運行方式，使泵站在高效狀態下運行，同時也是有效提高水資源利用效率和泵站運行效率的關鍵，通過梯級泵站優化運行調度實現能耗最低、泵站級間水量平衡、機組平穩匹配安全運行目標。

1 梯級泵站優化運行調度存在問題

泵站的優化運行調度是系統平穩高效運行、提高灌溉供水持續適時的基礎，如果優化運行調度不合理，級間不匹配將出現以下問題：

（1）前池水位高于最高水位，產生棄水降低水資源利用效率，同時影響渠道安全運行。

（2）前池水位低于設計水位，水泵運行工況偏離高效區運行，單臺機組流量減小，運行效率降低，能源單耗增大。

（3）前池水位低于最低水位，進水口產生漩渦進氣使水泵機組產生氣蝕、振動，葉片及泵殼氣蝕穿孔或磨損嚴重，影響設備的安全與使用壽命。

（4）渠道來水量扣除水量損失、配水量后與泵站上水量不平衡，將造成級間機組不匹配，開停機補水次數頻繁，干渠水位不穩定、變幅較大。

（5）級間匹配不當，會產生干渠配水量頻繁調整，影響農田的持續恒定供水。

2 梯級泵站優化運行調度方案編制

2.1 渠首泉眼山泵站流量、開機臺數的確定

根據系統各干渠灌溉面積、作物種植結構及灌水定額確定各級渠道的階段用水量及配水流量，綜合考慮各級干渠水量損失，確定各級泵站的取水流量、開機臺數。

式中，Wi表示某一級干渠總用水量（m3）；Si表示作物種植面積（畝）；Mi表示作物灌水定額（m3/s）；Ti表示供水時間（s）；Qi表示某一級泵站上水流量（m3/s）。

2.2 各級渠道水量損失計算

渠道水量損失包括水面蒸發損失、渠床滲漏損失、閘門滲漏及退水。

渠道水量損失一般按照渠道流量值的5%進行計算。

渠床滲漏損失：

式中，σ：每公里渠道輸水損失系數；A：渠床土壤透水系數，一般取值為A=3.4；m：渠床土壤透水指數，一般取值為0.5；Qn：渠道凈流量（m3/s）；Q1：渠道輸水損失（m3/s）；L：渠道長度（km）；β：滲水量折算系數。

閘門滲漏損失及退水可以通過工程措施和加強用水管理予以限制，不予考慮。

2.3 渠道水量損失實際測算值

因渠道襯砌、土質類別等因素的影響，渠道水量損失的理論值與實際值有一定的偏差，對系統的精準優化運行調度有一定的影響，因此采取實測流量的方法確定渠道水量損失。各干渠渠道水損、利用率實際測量值如表1所示。

表1 各干渠渠道水損、利用率實際測量值表

在系統平穩運行的狀態下，采用LS68型旋杯式流速儀實測各級干渠進口流量，扣減渠道配水流量后，綜合分析計算渠道損失水量，作為編制梯級泵站優化運行調度方案的依據，同時也核定了各級干渠渠道水利用系數的考核指標。

按照首級泵站3臺、4臺、5臺運行狀態分別測定，綜合考慮3臺、4臺、5臺機組的運行時間為23d、40d、107d，以及事故停機、水質影響、天氣變化、同一干渠配水量在不同時段不同等因素后采用加權平均計算確定各干渠損失水量。

2.4 準確測定分析各泵站機組單機上水流量

單機流量是合理編制單個泵站優化運行調度方案的基礎，通過電磁流量計或管道測流儀等設備進行測定，準確掌握單機單管運行、多臺水泵并聯運行條件下的單機流量，一般并聯運行的單機流量較單機單管偏小。

2.5 站間運行調度運行方案

同一流量、揚程的工況下，泵站機組運行臺數，機組型號有若干種不同的組合，對應的總功率也不同。按照提水流量恒定情況下耗電量最小的原則，優化機組匹配運行方案，實現經濟高效運行的目標任務。

2.5.1 流量約束

各管道所開機組的總流量不得小于所需提取的流量：

上一級泵站上水流量扣除渠道損失、干渠配水后的流量應滿足下一級泵站機組匹配運行的流量：

通過調整上級干渠配水流量措施，保證泵站在設計運行水位下穩定運行。干渠配水采取輪灌方式，實時動態調節Q配來滿足下一級泵站的匹配運行。

2.5.2 水位約束

梯級泵站提水系統中各泵站之間存在密切的水力關聯，泵站流量、揚程、進水池水位互相影響互相制約。揚程與流量成正比關系，因此控制進水水位是保障機組平穩高效降耗運行的關鍵。

2.6 泵站匹配高效穩定運行措施

渠道有配水流量時，采用輪灌方式，通過調節配水流量保證下游泵站在設計水位下穩定運行。調節進水池的水位，通過改變揚程來改變水泵的工況點，達到減小或增大流量的調節作用。流量調節幅度較小時，通過改變運行方式，采用單機單管或多級一管并聯運行調節流量。設置機組中流量值較小的機組為調節機組，間歇開停運行。隨著大型泵站更新改造，對于安裝變頻機組的泵站，可直接采取調整機組的頻率來調整流量。

3 固海揚水工程水量調度流程

固海揚水管理處設立調度中心負責全處各大系統機電設備及渠道安全運行，統一發布調度指令。

3.1 開機上水前的準備工作

（1）三大系統首級泵站開機前3d向水利廳調度中心提交用水申請，上報開機計劃、上水時間及運行方式。

（2）在開機前48h與供電部門聯系各條線路送電及退重合閘，并準確計算上報用電負荷、帶電時間。

3.2 開機流程

（1）開機前必須將開機臺數、流量、開機時間向水利廳調度中心提出申請，按照批準的時間、流量準時開機。

（2）上一級泵站開機后，調度中心下令下一級泵站安排巡護員巡渠接水，測水員測水，泵站運行人員密切關注前池水位、清理攔污柵處雜物，做好開機前的準備工作。

（3）根據開機方案安排泵站調節干渠配水。

3.3 停機或減機流程

（1）停機或減機前，將停機或減機時間、流量上報水利廳調度中心，同意后執行。

（2）計算系統減負荷及時上報供電部門。

（3）上一級泵站停機或減機后，下令下一級泵站注意觀測前池水位，水位下降報管理處調度中心并準備停機或減機。

4 梯級泵站優化調度節能降耗措施

（1）通過來水量、提水量、配水量、渠道損失水量計算平衡分析，控制干渠配水流量，保證各級泵站的前池運行水位在設計水位以上。

（2）優化級間匹配運行方式，力求減少機組設備的開停次數，減少造成不必要的能源損耗和水量損失。

（3）加大設備的檢修，對葉輪、泵殼、口環、密封環等部件的使用狀況定期檢測，及時維修。

（4）優先選用效率較高的水泵，在允許的條件下盡可能單機單管運行。

（5）加強前池進口攔污柵清污工作，減少或避免雜物吸入水泵。

（6）泵站級間運行及干渠配水建立全渠系自動化聯調聯動系統，配水斗口安裝測控一體化閘門，設定前池水位數值條件，通過水位適時自動調整配水量，全程保證設備始終處于高效運行狀態。

5 結束語

本文主要對梯級泵站優化運行調度存在的問題、方案的編制、水量調度的流程及節能降耗進行了分析，為固海揚水工程進一步優化運行調度提供參考。