小舜江输水泵站运行调度方案(修改稿)4

绍兴市小舜江输水泵站

运行调度方案

绍兴市小舜江输水有限公司 二ＯＯ七年六月三十日

绍兴市小舜江输水泵站

运行调度方案

审 批：陈岳敏 审 核：竺维佳 校 核：施准备 编 写：何志芳 陈培兴

绍兴市小舜江输水有限公司 二ＯＯ七年三月～六月

目 录

1 概况........................................................................................................................................... 4 2 指导原则和编制依据 ........................................................................................................... 4

2.1 编制目的和指导思想 ....................................................................................................... 4 2.2 编制依据 ........................................................................................................................... 4

3 制约因素 ................................................................................................................................. 5

3.1 机组振动 ........................................................................................................................... 5 3.2 水锤和负压影响隧洞安全 ............................................................................................... 5 3.3 对输电线路和站内电气设备的冲击 ............................................................................... 5 3.4 水泵性能的差异 ............................................................................................................... 5 3.5 正常停机时水力振动与关阀水锤 ................................................................................... 5

4 基本资料 ................................................................................................................................. 6

4.1 进、出口水库特征水位 ................................................................................................... 6 4.2 水泵及其附属设备 ........................................................................................................... 6 4.3 输水管道及隧洞 ............................................................................................................... 7

5 方案说明 ................................................................................................................................. 7

5.1 有关规范要求及条件 ....................................................................................................... 7 5.2 计算公式及推导过程 ..................................................................................................... 8 5.3 其他有关说明 ................................................................................................................... 8

6 计算成果分析 ........................................................................................................................ 9

6.1 一般情况分析 ................................................................................................................... 9 6.2 单台泵组运行优化调度计算分析 ................................................................................. 10 6.3 双台泵组运行优化调度计算分析 ................................................................................. 11 6.4 三台泵组运行优化调度计算分析 ................................................................................. 13

7 调度方案 ............................................................................................................................... 14

7.1 单台泵组运行优化调度表 ............................................................................................. 14 7.2 双泵并联运行优化调度表 ............................................................................................. 15 7.3 三泵并联运行优化调度表 ............................................................................................. 15

8 附件......................................................................................................................................... 16

8.1 附图 ................................................................................................................................. 16 8.2 附表 ................................................................................................................................. 16

1 概况

小舜江输水泵站是小舜江供水工程的重要部分，是连接水源工程与净水厂工程的纽带。工程依次由取水口、取水隧洞、泵站、出水隧洞、达郭调节水库和输水隧洞等六大部分组成。其任务根据净水厂需水量要求，利用夜间低谷电能从汤浦水库提水到调节水库—达郭水库，经调蓄后，由输水隧洞全天候连续向净化调节前池自流输水，为宋六陵净水厂提供源水，参见附图1。目前，泵站已达到终期建设规模，总装机容量为4 3500kW，供水规模70万吨/日，为国内供水行业规模最大的抽水泵站之一。配套变电所有两条独立运行的110kV输电线路，是省内唯一采用110kV电压等级的供水泵站。

目前，泵站采用的运行方式为：一条线路、一台主变运行，另一条线路和一台主变备用，对四台泵组灵活组合后两台并联运行的方式。两台泵组在低谷电时段并联连续抽水基本能满足绍兴方向水量需求。工作机制采用四班三运转，即每一个运行班组连续工作24小时后休息三天。

泵站电气改造完成后拟根据实际灵活采用三种运行方式：⑴二条线路分开独立运行，110kV桥开关分断,6kV母联分断；⑵一条线路带2台主变运行，100kV开关运行，6kV母联分断；⑶一台主变带4台泵组中任2台运行，110kV桥开关分断，6KV母联运行。

2 指导原则和编制依据

2.1 编制目的和指导思想

以“安全、可靠”运行为前提，以“经济、合理”运行为目的，确保隧洞安全和泵机组安全高效运行，实现“规范化、标准化、精细化”的运行调度管理目标。

方案针对水舜江输水泵站实际情况，考虑了各种约束条件（例如负内压及工况点流量比值△），进出口水库不同水位组合，以及电费与供水量之间的关系，从而分析确定泵站最优调度方案。既保证泵机组安全可靠运行及隧洞安全，又能实现泵站经济高效运行。

2.2 编制依据

一、泵站运行实际情况及运行调度经验；

二、长沙水泵厂提供的泵组运行曲线；

三、河海大学提供的《水力过渡过程计算分析最终报告》；

3 制约因素

3.1 机组振动

水泵安装在梁板上，泵壳裸露，自由度大。泵组运行产生振动引发梁板振动，特别在开停泵时的水力冲击加大水泵振动，对泵组的稳定运行产生影响，甚至造成泵组位移，对运行安全造成影响。

3.2 水锤和负压影响隧洞安全

泵组在正常开停过程中产生一定的水锤和负压，特别是事故停机情况下产生较大的负压对隧洞安全造成影响。在汤浦水库较低水位情况下，泵组两台以上并联运行出现事故停机的情况下，局部负压值超过了规范要求。

3.3 对输电线路和站内电气设备的冲击

每天开停泵组的运行模式，经常性的、较大的瞬时负荷变化对电网和站内电气设备造成冲击，对电气设备安全造成影响。

3.4 水泵性能的差异

4台水泵性能各异（其中#3水泵额定扬程较高、水泵额定扬程较低），运行时各水泵运行参数存在有较大不同。在汤浦水库较低水位时，#4泵运行时流量很小，叶片上将产生回流、失速、脱流和空化现象,导致水力噪声增大、产生高频压力脉动，加剧水泵振动。在汤浦水库较高水位时，#3泵运行时流量很大，叶片正面产生脱流，引起NPSHr剧烈增高，易引起空化现象。

3.5 正常停机时水力振动与关阀水锤

在停机过程中，水泵出口振动很大，尤其是阀门关闭到小开度时，振动非常剧烈。正常停泵时产生的水锤,对水泵部件和管壁产生一定的冲击力。

4 基本资料

4.1 进、出口水库特征水位 进口水库—汤浦水库

总库容 23488万方 调节库容 17520万方 正常蓄水位 32.0米 死水位为 12.0米 集雨面积 460平方公里 多年平均来水量 3.66亿方 供水能力 100万方/天 出口水库—达郭水库 总库容 93万方 调节库容 43.6万方 最高调节水位 70.5米 最低调节水位 65.0米 4.2 水泵及其附属设备

水泵台数： 4台 水泵型号： YJG48-20I

额定扬程H： 52.7m （#1水泵、#2水泵）

57.2m （#3水泵） 49.7m （#4水泵）

额定流量Qr： 5.0m3/s（#1水泵、#2水泵、#4水泵）

5.3 m3/s（#3水泵）

额定转速nr： 500 r/min 转动惯量GD2： 14.5 t-m2 电机额定功率P： 3500kW

水泵进口侧装设1台手电动蝶阀，型号为D941X—6，DN1800。水泵出口侧装设一台液控缓闭止回阀，型号为KD741—V，DN1600，并装设一台手/电动蝶阀，型号为D941X—10，DN1600。水泵进出水管的管中心高程分别为5.6m和9.5m,参见附图8。

4.3 输水管道及隧洞

水泵输水系统从汤浦水库至达郭水库依次由下列六部分组成：取水口段（含方圆渐变段，总长22m）、取水隧洞（总长667.39）、取水连接管(总长87m，其中主管47m，支管40m)、水泵、出水连接管(总长200m，其中主管156m，支管44m)、出水隧洞(含出水口段,洞线总长3912.41m)，参见附图1～附图4。输水管道管线全长∑L=4888.8m。其中出水隧洞洞线全长3912.4m，(平面桩距3908.0m),其沿线除一内径3.7m、长度93m的现浇钢筋混凝土明管外，各隧洞断面根据不同的围岩特性采用了不同的衬砌形式，参见附图4。其中A型为不称砌断面，净面积15.392，全长约1500m：B型为素喷或锚喷支护断面，净面积14.152m2，全长约1200m（含出水口段）：C型为钢筋混凝土衬砌断面，净面积10752，全长约950（含出水口段）：D型为钢板衬砌断面，净面积8.553m，长度170m。

5 方案说明

5.1 有关规范要求及条件 5.1.1水工隧洞设计规范规定：

⑴低流速(≤10m/s)泄水隧洞，正常情况下按明流方式运行者，可在校核洪水位时可出现明满流交替的运行方式。

⑵作用在衬砌上的荷载，按其作用状况分为基本荷载和特殊荷载两类，两类荷载定义及内容应符合下列规定：①基本荷载：长期或经常作用在衬砌上的荷载。基本荷载包括衬砌自重、围岩压力、预应力、设计条件下的内水压力(包括动水压力)以及稳定渗流情况下的地下水压力等。②特殊荷载：出现机遇较少的不经常作用在衬砌上的荷载。特殊荷载包括地震作用、校核水位的内水压力（包括动水压力）和相应的地下水压力、施工荷载、灌浆压力以及温度作用等。

⑶隧洞的内水压力应根据隧洞进出口特征水位，结合隧洞各种运行工况，按可能出现的最大内水压力（包括动水压力）确定。对基本组合的内水压力值，特征水位取设计洪水位及其组合；对特殊组合的内水压力值，特征水位取校核洪水位及组合。

根据上述：非正常停泵时可允许出现负内水压力，但必须要进行校核。 5.1.2方案控制条件：

⑴根据上述设计院及河海大学对隧洞结构的计算分析结论，内水压力值不大

于-6.0m，不会造成隧洞破坏事故。因此，本方案中输水隧洞洞顶的最小内水压力控制值-6m。

⑵输水隧洞产生最大内水压力值满足规范设计要求。

⑶水泵出口阀门关闭规律按目前的正常停机方式，即：从水泵失电时刻开始，在20秒内，出口阀由全开（τ=1.0，θ=900 ）匀速关闭至拐点开度（τm=0.167，θm=150 ），然后在80秒内，出口阀由拐点开度匀速关闭至全关（τ=0，θ=00 ）。水泵失电后的最大反转速均小于其额定转速，不会发生水泵机组飞逸破坏事故；水力振动较小；最小内水压力远小于控制值。

5.2 计算公式及推导过程

设汤浦水库水位Ha(m)、达郭水库水位Hb(m)、供水量为Qg (m3/s) 、泵#1、#2、#3并联运行，流量分别Q1(m3/s)、Q2(m3/s)、Q3(m3/s)、扬程分别为H1(m)、H2(m)、H3(m)、效率分别η1、η2、η3 ,电机效率近似为常数ηa。求泵并联运行时泵的效率η；净扬程H0；并联运时相对较差工况点流量与最高效率点流量的比值Δ；电机输入功率P（KW） ；电费F元）与供水量Qg之间关系。

ⅰ) η=(Q1ⅱ) H0=Hb-Ha (m)

ⅲ) Δ1= Q1/ Q1OPT； Δ2= Q2/ Q2OPT ； Δ3= Q3/ Q3OPT （设Δ1>Δ2>Δ3>1） Δ=Δ1

式中Q1OPT 、Q2OPT 、Q3OPT——分别为单台泵最高效率工况点流量，m3/s； ⅳ) P=(0.001 ρg /a) (Q1H1/η1+ Q2H2/η2+ Q3H3/η3) (KW) ⅴ) 泵并联运行时总流量Q= Q1+Q2+Q3

时间T=Qg/（3600 Q）（小时）

① 若T≤10 F= P T 0.371（元）

② 若 10＜T≤13 F= P (10 0.371+(T-10) 0.779) （元） ③ 若13＜T≤15 F= P ((T-3) 0.371+3 0.779) （元） ④ 若15＜T≤24 F= P (12 0.371+(T-12) 0.779) （元） 5.3 其他有关说明

5.3.1根据泵站运行及供水实际，本次方案仅考虑单台、两台和三台泵组并联运行的情况。至于四台水泵并联运行状况，条件不具备也没有必要，理由如下:

）/(Q1H1/η1+ Q2H2/η2+ Q3H3/η3)

四台水泵并联运行时产生停泵水锤必须控制在-6m以内，根据水力过渡过程计算分析最终报告可以得出仅有一种情况适合，即汤浦水库水位▽32m时；达郭水库 水位从▽66.3到▽70m，详见下表1。

显然在负压控制区域内#3泵工况不是很理想。

说明：Δ表示四泵并联运行时3#泵工况的流量与最高效率点流量比值；一般Δ在0.6～1.3范围内取值，以接近1较为理想。水泵长期在小流量（Δ＜=0.6）或大流量(Δ＞1.3) 不利工况下运行，影响泵的使用寿命。

5.3.2 汤浦水库水位短期稳定，年际变幅较大（区间12.0m～32.0m）；达郭水库水位长期稳定，每天变幅较大（区间65.0m～70.0m）。方案对汤浦水库水位分段（12m、15m、17m、20m、23m、26m、29m、32m）对应达郭水库水位区间（65m～70m）逐段进行分析。依次考虑汤浦水库水量调度、绍兴方向需水量（供水量），单泵、双泵及三泵并联运行时隧洞计算负压值（安全性），泵的流量、效率、扬程（经济合理性）等因素，比较不同组合的优次，确定最佳调度方案。

6 计算成果分析

6.1 一般情况分析

6.1.1 供水量是确定采用单泵运行、双泵或三泵并联运行方式的基础，同时考虑尽量利用低谷电能。本方案只考虑单泵、双泵及三泵并联运情况；原则上日供水小于25万吨时，采用单泵运行，完全利用夜间谷电；30万吨以下时采用单泵运行，适当利用峰电；日供水35万吨以上时，45万吨以下时，采用双泵并联运行方式；适时利用峰电；日供水55万吨以上时，采用三泵并联运行方式。供水量与流量关系详见下表2。

表2

6.1.2汤浦水库低水位，泵并联运行时，隧洞出现较大负压值，特别是 #3泵参与组合的情况。然而，随着汤浦水库、达郭水库水位升高负压值趋减。根据计算结果分析后绘制非控制区域：如见下图Ⅰ三角形ABC。（二泵并联组合说明，三泵并联时非控制区域范围更大）；根据汤浦水库水量调度（低水位时要限水供应）和负压非控制区域得出：当汤浦水库水位从12m到20m之间采用单泵运行较合理。

6.1.3汤浦水库水位在中间段时，单泵、双泵或三泵并联运行时，水泵工况情况和效率、隧洞内压情况良好。

6.2 单台泵组运行优化调度计算分析

6.2.1单台泵组运行产生最大负压值为-3.6m,并且产生负内压区域较小，在一般情况下不考虑负压对调度影响。

6.2.2单台泵组运行主要在考虑效率和工况点的情况下得到优化调度，详见表3：

表3

说明：

1、一般Δ在0.6～1.3范围内取值，以接近1较为理想。水泵长期在小流量（Δ＜=0.6）或大流量(Δ＞1.3) 不利工况下运行，影响泵的使用寿命。

2、最优运行方式:#3←#2（1）←4#， 其中#3表示最优、#2（1）为其次、4#为较差。

6.2.3单台泵组运行主要在考虑电费情况下得到优化调度，详见表4：

表4

根据6.2.1、6.2.2、6.2.3最终得出单泵运行优化调度，详见表11。 6.3 双台泵组运行优化调度计算分析

6.3.1首先只考虑负压情况得到运行优化调度表，详见表5。(当汤浦水库水位从20m到32m，负压值大小比较应#2（1）﹠3＞#4﹠3＞#2﹠1＞#4﹠2（1）)）

表5

6.3.2根据计算结果分析后绘制二泵并联负内压变化区域：泵组合必须在三角形△ABC及△GHI边界外运行；尽量避免在DBCFE与HIKJ区域内行运行。

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图Ⅰ

说明：

图Ⅱ

横坐标表示汤浦水库水位；纵坐标表示达郭水库水位。单位：m；图Ⅰ为#2(1)﹠#3泵

组合，A点处产生最大负压值（-7.5），负压值分别向AD及AF趋减，BC线上负压值近似等于控制值；EF线上负压值近似等于-4；图Ⅱ为#4﹠#3泵组合，G点产生最大负压值（-6.4），负压值向GK及GJ趋减，HI线上负压值近似等于控制值；JK线上负压值近似等于-4。

6.3.3双台泵组运行主要在考虑效率和工况点情况下得出双泵并联运行优化调，详见表6

表6

6.3.4双台泵组运行主要在考虑电费情况下得到优化调度，详见表7：

表7

根据6.3.1、6.3.2、6.3.3、6.3.4得出双泵并联运行优化调度表：见附表12。 6.4 三台泵组运行优化调度计算分析

6.4.1 首先只考虑负压情况下得到运行优化调度表，详见表8。（当汤浦水库水位从20m到32m，负压值大小比较应#1﹠2﹠3＞#1﹠3﹠4＞1﹠2﹠4）

表8

6.4.2根据计算结果分析后绘制三泵并联负内压变化区域：泵组合必须在三角形△ABC、△GHI及△MNO边界外运行；尽量避免在DBCE、HIKLJ、PNOQRS区域内行运。

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Ⅲ #1﹠2﹠4

图Ⅳ#1﹠3﹠4

图Ⅳ#1﹠2﹠3

说明：

横坐标表示汤浦水库水位；纵坐标表示达郭水库水位。单位：m；图Ⅲ为#1﹠#2﹠#4泵组合， A点处产生最大负压值（-6.2），负压值分别向AE及AD趋减，BC线上负压值近似等于控制值；DE线上负压值近似等于-4;图Ⅳ为#1﹠#3﹠#4泵组合，G点产生最大负压值（-7.5），负压值向GK及GJ趋减，HI线上负压值近似等于控制值；JK线上负压值近似等于-4；图Ⅳ为#1﹠#2﹠#3泵组合，M点产生最大负压值（-9.0），负压值向MQ及MP趋减，NQ线上负压值近似等于控制值;RS线上负压值近似等于-4。

6.4.3三台泵组运行主要在考虑效率和工况点情况下得出三泵并联运行优化调度，详见表9：

6.4.4三台泵组运行主要在考虑电费情况下得到优化调度，详见表10。

表10

根据6.4.1、6.4.2、6.4.3、6.4.4最终得出三泵并联运行优化调度，详见表13。

7 调度方案

7.1 单台泵组运行优化调度表

表11

7.2 双泵并联运行优化调度表

7.3 三泵并联运行优化调度表

说明：

1、在双回路同时供电情况下，把#1和#2水泵、#3和#4水泵各作为另一个单元，使用两条独立的输电线路对两个单元分别供电。当两台泵并联运行时，使用两个单元中的各一台水泵运行。

2、汤浦水库高水位（一般30m以上）时，尽量避免#3水泵长时间运行；汤浦水库低水位时，尽量避免#4水泵长时间运行；尽量避免#3、#4泵组并联运行。

3、汤浦水库水位在17m以下时，尽量避免#4参与并联运行。

4、泵组并联运行，先启动高扬程泵，当在某一流量情况下其扬程等于或小于低扬程泵时再启动低扬程泵。

5、从长期测试振动结果来看，尽量避免#1与#2泵组合运行。

8 附件

8.1 附图

附图1：绍兴市小舜江输水工程系统流程图 附图2：水泵输水道系统平面布置图 附图3：取水隧洞纵剖面图 附图4：出水隧洞纵剖面图

附图5、6、7：水泵运行特性曲线图 附图8：取水泵房横剖面图 8.2 附表

附表一：达郭水库水位～库容曲线表

附表二：进出口水库不同水位组合情况下水泵稳定运行计算结果表 附表三：进出口水库不同水位组合情况下电费与供水量计算结果表

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9qbe.html