尊村灌区水源泵站管理与节能技术示范区建设浅析

刘海英

（运城市尊村引黄灌溉管理局，山西 运城 044000）

1 概况

尊村引黄工程以黄河为水源，设计规模为9级31站，扬程165.44m，总装机6.14万kW，提水流量46.5m3/s，灌溉面积11.07万hm2。尊村灌区枢纽一级提水泵站即水源泵站位于永济市西北，黄河小北干流左岸的尊村湾咀上。取水方式采用岸边固定式取水，安装机组10台，均采用轴流泵。设计扬程8.9m，设计流量46.5m3/s，总装机功率7465 kW。

2 存在问题

由于尊村引黄一级提水泵站临河而建，黄河水深流急，风大浪高，冬有流冰，水流含沙量高，受黄河水流冲刷、淘蚀及凌汛影响损坏严重。

2.1 设备老化

尊村引黄工程基本属于“三边”工程。受当时设计水平，设备选型存在一定的不合理性。同时，由于黄河水泥沙含量大、泥沙磨损等原因，造成输水不畅，自1978年一级提水泵站提水受益以来，大部分工程设备经过30多年的运行，水泵主体及部件磨损老化严重、年久失修、漏水漏电，机组装置效率仅40%左右，叶轮、导叶体磨蚀、锈蚀严重，蚀坑直径超过5 mm，需每年更换叶轮，难以承担抗旱灌溉任务。电机设备陈旧绝缘老化、性能降低、绕组烧坏的现象经常发生，电机经不住交流耐压试验，存在很大安全隐患。

2.2 水源脱硫

黄河小北干流属堆积游荡型河道，河床宽浅，主流散乱，自1989年汛期以后，主流西移，使尊村一级泵站脱硫，脱硫距离800～3500m。灌区1997年曾利用世行贷款建成两艘浮船，购置水陆两用挖掘机1台，提水能力12.2m3/s，后因主流频繁摆动，浮船移动困难，再未利用。尊村引黄一级提水泵站采取挖河引水办法解决水源脱硫问题，引水距离时长时短，前池水位变幅较大，泵站机组运行状态极不稳定，加大了水源泥沙和有害粒含量，致使机组过流部件磨损严重，装置效率低下，能源单耗严重超标，同时造成渠道淤积严重，过水断面变小，极易发生漫堤溢流情况，难以满足灌溉需求。

2.3 泥沙淤积

尊村灌区的泥沙问题是一直困扰灌区发展的关键问题，是机泵磨损、渠道淤积、输水不畅、土地沙化、装置效率降低等的根源。由于泥沙淤积严重，总干渠泥沙淤积量曾达到190万m3，特别是一级干渠，淤积厚度达3m左右，而渠深仅3.6m，加大到3.9m后过水能力不足设计流量的1/3，输水能力大大下降，渠道处于超水位运行状态，决堤水毁事故时有发生，存在巨大的安全隐患。

2.4 管理粗放

尊村灌区的灌溉管理一直依靠呼叫机与各提水泵站联系进行调度，用人工测量方式确定流量。2002年以来逐步对各级提水管理站、管理局调度中心及主要干支渠监测点配备了流量计，同时建立了渠道水情监测系统，部分实施了信息化管理工程，初步建立了泵站数据采集、通讯传输、数据处理、调度管理等现代化的信息管理功能。但现有的信息化系统仅能提供简单的调度信息，泵站运行只能根据经验进行管理，缺少科学有效的管理办法和手段，人工调水的管理办法难以适应现代化农业需要，不能按需按量及时供水。另外，全灌区的光纤通讯网络尚未完善，可靠性及可扩充性需要进一步升级，无法适应大型的配水管理。

3 管理措施及新节能技术应用

3.1 管理措施

一是配套自控设备，保证机组高效运行；二是重新启用浮船引水，减少水源泥沙含量；三是配套自排沙廊道冲沙工程，延长沉沙池使用寿命；四是建立科学规范的泵站综合管理体系和管理模式，为尊村泵站取水建立规范化管理和节能技术的示范场所。

3.1.1 配套自控设备，保证机组高效运行

更新改造一级泵站水泵、电机，配套新型电气开关和自控设备，完善泵站综合自动化系统。通过传感器、视频摄像等工具，全方位采集机组、设备及周围环境的信息，利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能，实现对泵站设备和输配电系统的动态监测，保证机组的正常运行。建立专用的通信传输线路、高效的计算机网络、实时的信息采集系统、动态的远程监视监控网络和实用的专家决策支持系统，设立泵站运行数据库，配置和开发相关应用软件，实现调度通信和视频监控等综合性自动化功能。

3.1.2 重新启用浮船引水，减少水源泥沙含量

自1999年以来，尊村灌区通过实施续建配套与节水改造工程，灌区灌溉面积不断恢复，灌溉用水量逐年增长。同时为提高水源保证率，重新启用了2条浮船泵站从河道取表层水，减少源水泥沙含量。即离开主流，修建相对固定的“自然湖泊”，湖前挖河引水，湖内浮船泵站抽水供水。

3.1.3 沉沙池配套自排沙廊道冲沙工程

2003年在一级站出水池后修建了1座湖泊型沉沙池，库容290万m3，投入运行以来累计进水3.31亿m3，沉积泥沙223万m3，配套的自排沙廊道采用“偏侧进水、侧槽溢流”的布置方式，由引水渠、排沙廊道、控制闸门、增旋排沙孔、导流板及排沙帽组成。在沉沙池进口至治黄护岸坝之间沿新筑1号坝南修建引渠和自排沙廊道冲沙工程，将粗颗粒泥沙排出沉沙池到黄河护岸堤坝内，并设溢流堰，将清水溢流到沉沙池输到一级干渠。

3.1.4 建立规范化泵站综合管理体系和管理模式

利用信息化管理平台，不断强化制度管理和完善管理自动采集系统。对《开停机制度》《运行值班制度》《交接班制度》《设备巡查和停水值班制度》实现自动记录、警示。不断强化机组管护和机组状态自动查询系统。要求对机组设施设备实行分组承包，责任到人，提高人员节能意识。养护与维修上实行台时费制度，按机组实际运行台时下拨费用，专款专用，使机组有一个良好的管理和运行环境，以提高机电设备效率。

3.2 新节能技术

3.2.1 更新节能设备，提高节能水平和能源利用效率

尊村水源泵站将水泵电机更新为节能产品，并根据临河水源泵站河道水位变幅较大的特点，水泵一律改造为全调节式轴流泵，水量可从3.5m3/s调节到7.5m3/s，更好地适应了水源水位变化情况，保持稳定高效运行。电气设备按照国家和行业规范选择节能型产品，电力变压器选择空载损耗小的节能型变压器，开关设备选择使用寿命长的产品，平均使用寿命10万h。同时配套变频调速装置，保证机组在高效区运行，减少耗电量，实现节能降耗。

3.2.2 信息化建设，为实时管理提供技术保障

尊村引黄信息化综合管理系统是一个集视频监控、配水调度、支渠流量计管理等信息为一体的综合软件。尊村引黄一级提水管理站视频监控主要完成对一级站内的工业电视监控，通过显示器同时显示多点画面。在控制室内可以实时看到各监控点的图像，并可控制云台动作。尊村引黄灌溉管理局调度中心的信息化建设主要包括机房应用软件及数据库系统等，并在泵站信息调度中心安装监控系统。信息化网络建设主要通过光纤网络使各级管理站相连，并通过ADSL公网连接至尊村引黄灌溉管理局的调度中心。改造后的信息化网络具有实时采集功能、长距离、高宽带的网络传输和冗余备份等特性，可全面系统、动态反映供水配水信息，为实时管理提供技术保障。

3.2.3 监控系统，保证泵站机组高效运行

尊村水源泵站的自动化监控系统采用全分布开放式网络控制系统，选取了与自动化相配套的智能性设备，除在现场显示外，还接入计算机监控系统，与管理局调度中心及上下级的水泵控制需求进行数据交换。采集处理的信息包括泵站流量、水泵进出口压力、阀后压力、集水井及前池出水池水位等监测，以及水泵技术供排水示流信号，压力测量和温度测量等。网络控制级别分为站控级、现地自动/手动控制级。现地控制级按被控对象配置机组现地控制单元、公用设备现地控制单元，构成高可靠的控制网络系统用于工程实时控制，以根据运行工况随时加减机组，保证泵站机组高效运行。

4 效益分析

管理与节能技术示范区完成后，尊村引黄第一提水泵站的提水能力大幅提高，能源单耗降低30%以上；泵站能源单耗由过去的6.1 kW·h/m3降低为4.1 kW·h/m3，单机提水量由0.8m3/s提高到8.7m3/s，装置效率由44.6%提高到71%。

排沙廊道建成后，沉沙池进池沙量年减少30万～50万m3，粗颗粒泥沙年排除量达到25万～60万m3（其中建筑用沙不小于25万m3），沉沙池寿命延长10年以上，每年可减少渠道淤积60万～100万m3。经检测，沉沙池出水口的含沙量仅0.0879 kg/m3，入渠泥沙粒径控制在0.05 mm以内，一干渠的输水能力达到了设计流量46.5m3/s，二干渠的淤积厚度达到80 cm左右，输水能力达到20m3/s，实现了水、沙、泥资源的合理利用，减轻了泵站过流部件的磨损，提高了泵站机泵效率。

采用现代化的管理措施后，在尊村引黄灌溉管理局调度中心就能看清各提水泵站机组的运行状况并进行远程控制，实现了数据实时采集、运行实时监控的功能，提高了灌溉调度的及时性和准确性。实现了机组优化运行，提高了装置效率，节约了能源，较好地做到了级间流量配合，减少了溢流弃水，提高了渠系水利用率，节约了水资源。同时减少了运行管理人员，降低了提水成本。据统计，现代化管理系统实施后，渠系水利用率提高了3%，泵站机组效率提高了6%，运行管理人员减少了10%～20%。

5 结论

通过尊村灌区节水灌溉水源泵站管理与节能技术示范区工程的建设，实现调度科学合理、机组运行自动控制、在线监测，确保泵站工程高效、可靠运行，为科学管理和灌溉决策提供依据。