小布電排站建設運行情況測試分析

楊家強

（佛山市順德區樂從鎮城建和水利辦公室,廣東 佛山 528300）

0 序言

小布電排站位于佛山市順德區樂從鎮南順第二聯圍北線樂從堤段、英雄河與潭洲水道的匯口處,為防洪排澇泵站。工程總裝機容量2400 kW,設計流量27.93 m3/s,設計凈揚程4.37 m,裝3 臺1700 ZXB9.3-4.7 斜式軸流泵,水泵設計工況下單機流量Q=9.31 m3/s,配套電動機為TXZ800-24/2150（TH）斜式高壓同步電動機。該工程采用50年一遇防洪標準設計；根據《佛山市排澇規劃（中心組團片區）》,樂從排灌區（不含新城區）可達到20年一遇最大24 小時設計暴雨一天排完、且內河涌最高水位≤1.20 m 的排澇標準,其主要任務是按照規劃要求提高樂從鎮的排澇能力,實現排水減災,為當地及鄰近區域經濟和社會發展提供有力保障。

為了檢驗小布電排站機組設備的制造和安裝水平,檢測水泵機組的綜合性能,并為工程驗收、運行管理和優化調度提供技術依據[1],作者針對泵站的機組結構類型和流道特點確定試驗方法,結合現場水文條件和運行調度要求制定測試方案,現場測量水泵機組的各項運行參數,并計算匯總實際運行特性曲線。

1 試驗方法和試驗過程

本次試驗旨在測試小布電排站的運行情況,檢測其水泵機組的綜合性能,并對機組設備的制造和安裝水平予以評價,根據現場相關設計參數、水文條件和運行調度要求,對機組噪聲與振動和機組裝置效率進行了不同工況下的數據測試[2]。

1.1 噪聲測試

噪聲測量量為等效A 聲級（Leq）,單位：dB（A）。依據廠房的空間分層和聲源位置,按照不同方向分散布置測點。基本測點按照檢修層4 點、電機層2 點、水泵層2 點、中控室1 點布置,共計9 個噪聲測點,測點布置見圖1。

圖1 環境噪聲點布置

1.2 振動測試

機組振動測量機組關鍵部位在運行中的振動強度,測量量為速度有效值（Vrms）、幅度峰值（Speak）,單位分別為mm/s 和mm。測點沿機組主要固定座及軸承布置,每臺機組5 點,共計15 個測點,測點布置見圖2。

圖2 振動檢測點布置

1.3 機組裝置效率測試

檢測內容參照《泵站現場測試與安全檢測規程》（SL 548-2012）進行,計劃每臺機組檢測 7 個工況。每個工況在讀數前保證足夠的機組穩定運行時間。為了確保參數同步,各讀數點均配備專職人員,每個工況在統一命令下,按2 分鐘間隔讀取并記錄三次數據,取平均值作為測量值。

由于測量期間外江水位低且變化小,為了能較完整的測量機組在排澇狀態下的工作性能,試驗時通過控制機組出口防洪閘的開度來調節出口水位,從而人為創造運行揚程,以最大限度滿足檢測要求。

1.3.1 過機流量測試

根據檢測要求和現場實際條件,選擇流速儀法進行流量測量。流速儀法是成熟的流量測量方法,具有測值穩定,準確度高的優點。

結合泵站的水工建筑物布置情況,測流斷面選擇在泵站內涌側各機組的流道口處,利用設在流道口的檢修閘門門槽安放并固定測流支架。流道為渠道式,斷面為矩形,寬為4.70 m,測量期間水深約4.10 m~5.0 m,根據《泵站現場測試與安全檢測規程》（SL 548-2012）的規定,流速儀的測點數應滿足下式要求：

式中：F 為測流斷面面積；Z 為測點數。

經計算,可取Z=70,按水平10 點,垂向7 點布置,實測中可隨著進水前池水深的變化按照h ≤4.6 m、h>4.6 m 兩種情況調整測點在垂向的分布位置,以滿足最大的測量精度。斷面測點分布分別見圖3 和圖4。

圖3 內涌水深h ≤4.6 m 時的流速測點布置

圖4 內涌水深h>4.6 m 時的流速測點布置

1.3.2 電動機的輸入功率測量

電機輸入功率為定子輸入功率和轉子輸入功率之和。采用雙瓦特法測量電機輸入功率,測量儀器為D26-W 型0.25級精度的瓦特表,測量在電壓互感器和電流互感器的二次側進行。

1.3.3 裝置揚程測量

分別在機組流道內涌進出水口和外江進出水口防洪閘前的水位平穩處,用鋼尺測量水面與工作平臺的距離,進而換算出機組進、出口的水位和裝置揚程。

在完成初期準備工作后,在測試前一天進場進行儀器設備的安裝和調試,并于當天完成安裝調試進入待測狀態。按照實際水情規律,測試當天選擇日間漲、退潮時段進行現場檢測。根據試驗要求并結合實際情況,測試條件選擇在裝置揚程0.94 m~5.17 m 范圍內,1#~2#~3#機按順序進行。每次開機前對機組設備、測量裝置和儀表進行測前檢查,確認各部分工作狀態良好后,開始試驗。每個試驗工況,在統一指令下,同時進行各參數的測量和記錄。排澇狀態通過調節防洪閘開度控制出口水位,當水位調整到要求值時,經過3~5 分鐘的延遲,確定機組運行狀態穩定后。每個參數測量3 次,每次間隔2 分鐘。現場檢測工作于當日晚結束。

2 測量數據與分析

2.1 噪聲測試結果與分析噪聲測試數據見表1、表2、表3。

表1 1#機組不同位置不同工況噪聲測試結果

表2 2#機組不同位置不同工況噪聲測試結果

表3 3#機組不同位置不同工況噪聲測試結果

參照《水利水電工程勞動安全與工業衛生設計規范》（DL 5061-1996）,將泵站各場所的環境噪聲限制值與實測最大值對比[3]見表4,可見1#、2#機組實測值均小于噪聲限制值,滿足噪聲強度要求；3#機組在實測中控室噪聲強度滿足要求,而檢修層、電機層和水泵層的噪聲強度大于噪聲限制值,不滿足噪聲強度要求。

表4 場所的環境噪聲限制值與實測最大值對比

2.2 振動測試結果與分析

1#、2#、3#機組振動實測最大值與規范允許值對比見表5。

表5 1#、2#、3#機組振動實測最大值與規范允許值對比

參照《泵站安裝及驗收規范》（SL 317-2004）,1、2#機組實測值均小于限制值,滿足振幅要求。3#機組檢修前的振動實測值較1、2#機組明顯偏大,但仍滿足振幅要求。

2.3 機組效率測試結果與分析

對三臺機組不同位置的過機流量、輸入功率和裝置揚塵進行了測量,每臺機組實測 7 個排澇工況,共計 21 個工況,其數據見表6、表7、表8。

表6 1#機組測量數據及計算結果匯總表

表7 2#機組測量數據及計算結果匯總表

表8 3#機組測量數據及計算結果匯總表

三臺機組實測裝置效率最大值分別為1#機67.12%、2# 機66.24% 及3# 機 59.99%，此時對應的流量分別為1#機9.07 m3/s、2#機8.65 m3/s 及3#機8.69 m3/s。其中1#、2#機組性能具有一致性,主要指標良好,水泵機組的性能達到該工程的設計要求；3#機組運行性能表現異常：在高揚程運行區域電機有過載的趨勢,低揚程區域電機功率未隨揚程降低而減小,說明存在較大的水力損失,裝置效率整體偏低,同時運行中的噪聲強度超標、振動幅度偏大。

初步分析,3#機組運行性能異常的可能因素如下：1）進水池流態紊亂,因軸流泵對進水流態的要求較高,造成水泵吸水量不足,導致汽蝕等；2）水體中的外來異物造成水泵的流道堵塞或葉輪纏繞,導致運行異常；3）水泵的自身部件缺陷導致運行異常等。

測試團隊針對可能因素對機組進行檢修排查,發現水泵葉片卡入一段木質異物,嚴重影響其正常運行。經排除異物后再次對3#機組進行效率檢測,此時3#機組實測裝置效率最大值為64.03%,對應的流量為8.69 m3/s,與1#和2#機組性能具有一致性,主要指標相符,3#水泵機組的性能也達到該工程的設計要求。

2.4 測試結論

對分布于廠房不同功能區域的9 個噪聲輻射強度測點進行了共計28 組測量,最終檢測值均低于《水利水電工程勞動安全與工業衛生設計 規范》（DL 5061-1996）中規定的限制值,廠房環境的噪聲輻射水平正常。

對位于三臺機組電機和水泵軸承固定結構的水平或豎直方向上5 個振動強度測點進行了共計28 組測量,最終振幅檢測值均小于《泵站安裝及驗收規范》（SL 317-2004）中規定的限制值,機組振動水平正常。

機組效率檢測嚴格按照《泵站現場測試與安全檢測規程》（SL 548-2012）的操作要求進行。機組效率最終檢測結果表明：三臺機組 實測裝置效率最大值分別為 1#機67.12%、2#機66.24% 及3# 機64.03%，此時對應的流量分別為1# 機9.07 m3/s、2#機8.65 m3/s 及3#機8.69 m3/s。性能具有一致性,主要指標良好，水泵機組的綜合性能達到該工程的設計要求。

3 結語

小布電排站已經建成并投入運行使用多年,經受住了多場暴雨的考驗,受益區內沒有發生過嚴重的澇災現象,捍衛了人民群眾的生命財產安全,確保了經濟社會的穩定持續發展,可見其設計方案和設備機組選型是可行的,為電排站的建設和設備選型提供了現實參考樣本。