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摘要：泵站工程是国民经济的基础设施，它不仅为农业稳产高产创造条件，而且为全社会提供供排水服务。因此泵站工程良性经济循环运行，不仅关系自身前途，而且影响到国民经济持续稳定协调地发展。本文主要是关于供水泵站经济运行的分析。
关键词：对比分析 永湖泵站 经济运行
Abstract: the pump station project is the foundation of the national economy facilities, it is not only for agricultural production stable high yield create conditions, and provide society water supply and drainage services. So benign economic cycle pump station project operation, not only their own future relationship, and influence on national sustainable economic coordination development. This paper is mainly about water supply pump station of economic operation of the analysis.
Key words: a comparative analysis of the lake and economic operation of pump station
中图分类号：TU992.25 文献标识码：A文章编号：
背景概况：
永湖泵站是深圳市东江水源工程供水主干线上的二级提升加压泵站，位于惠州市惠阳区的永湖镇。泵站设计任务为将东江泵站、西枝江泵站抽调的原水经加压提升至70米高程的永湖高位水池，然后一路自流至交水点深圳西丽水库。泵站主要建筑物包括箱涵、进水前池、主副厂房、压力管道、量水间、变电站及综合楼等。
工程设计总供水量为7.2亿立方米/年，最大输水流量为30立方米/秒，工程线路沿山脉自然走势布置，采用全线封闭结构输水，工程主要建筑物有泵站、隧洞、箱涵、管道、渡槽、倒虹吸管以及沿线分水建筑物、检修闸、检查井等次要建筑物和附属建筑物。工程技术含量高，运行模式优。
深圳市东江水源工程永湖泵站总装机10台，设计8 用2备。其中一期装机容量5*2450kW（3台定速、2台变速机组），二期5*2600kW（5台全定速机组），两台变速机组的主要作用是用于调节前池水位。电动机是西门子公司生产的10kV高压电机，一期为转速745r/min的风冷电机，二期为转速594r/min的水冷电机。水泵是卧式双吸中开离心泵（其中一期水泵为荷兰耐荷产品, 二期为德国凯士比产品），单台水泵设计流量为3.75m3/S。
不同运行方式的理论分析
在源头东江泵站4台泵组运行工况稳定的情况下，永湖泵站的运行方式可分为两种。一种是3台定速泵和1台变速泵，另一种是2台定速泵和2台变速泵,这两种运行方式究竟哪一种能达到经济运行呢，从理论上分析如下。
从泵组的启动运行环节上看, 定速泵只要具备启动条件，将其MDL开关合上直接使电动机启动,带动泵组运行，然后投入一组相对应的电容器。
变频泵组的启动运行环节比定速泵增加变频变压器、变频装置。经过这两道环节，上位机给变频装置下达开机指令，控制元件可控硅才能触发导通，电动机才可以启动，然后投入对应的一组谐波滤波器。
对于变频泵组来讲，由于变频变压器的存在，变压器存在电量的消耗，变频装置也会增加一定电量的消耗，所以在客观上比较，定速泵运行要比变速泵经济。
另外，从水泵本身的效率分析，水泵运行在额定转速时，其效率最佳,流量Q值能达到3.75m3/s。如果三定一变泵组运行时，有3台泵的效率处于最佳状态，1台变速泵的效率处于75%左右状态下运行，也就是说其转速为710 ~ 720r/ min，流量Q值为2. 7 ~ 2.9m3/ s，4台泵平均效率为93. 75%。如果二定二变泵组运行，按上述计算平均效率为87.5%。
综合上述分析，从经济运行来考慮，在东江泵站4台水泵正常运行工况下，仅从泵组本身能耗与水泵效率方面来比较，永湖泵站采用3台定速、1台变速泵运行方式比较合适。
不同运行方式试验及数据分析
为从实际运行效果上得到答案,本人与泵站领导、机电管理员和运行人员对水泵运行方式进行了试验。
试验的前提条件是控制变频机组转速，保证前池水位稳定在一定范围之内。先后做3次对比试验，主要记录运行时间、耗电量、抽水量, 同时记录功率因数、变频泵组转速作为参考量，具体试验数据如表1所示。
表1不同运行方式试验数据
由表1试验数据可以看到，在相同运行时间内，“三定一变”运行方式的耗电量和抽水量都比“二定二变”运行方式高，但是其每立方米水耗电量指标低，平均每立方米水耗电量减少0.001567kWh，按每年抽4.5亿m3水、电价0.69元/kWh计算,可节约电费48万元左右。
通过对以上3次运行试验结果分析, 若前池水位恒定，可以看到在同等条件下 “三定一变”显然要比“二定二变”运行方式更为经济。
4、泵站经济运行的发展方向
4.1泵站的规划设计应便于经济运行。以往很多泵站单纯从节省工程投资出发，使泵站机组的选型配套尽可能的简单化，致使很多泵站的水泵都缺乏调速、调角等设备或机构。有的高扬程和长管道泵站也没有考虑机组的串并联问题，使泵站机组无法根据外界环境条件的变化来控制水泵机组的运行参数。因此，在泵站的规划设计中，必须考虑水泵机组或泵站装置的调节和控制方案，并按经济运行的方法对各种方案进行分析比较，最后确定最经济合理的设计方案。
4.2 加速泵站经济运行的理论及应用研究。当前，系统工程及运筹学的理论应用研究发展很快，各种优化方法在各行业中迅速得到了广泛应用。因此，加速泵站经济运行的理论及应用研究显得更加迫切。泵站工程既然是一个系统工程问题，就有可能和其他工程一样，应用各种优化理论来解决泵站的经济运行问题。但泵站工程与其他工程比较，各有各的特点， 很多问题不能照搬照抄，而需要根据泵站自身的特点，建立各自的数学模型，选用最简便的求解方法，以最快的计算速度求出符合精度的计算成果。
4.3研究泵站经济运行的控制方法和设备。泵站经济运行方案确定后，还要通过手动操作或自动控制的方法来实现最优控制。另外，在泵站常规运行中包括水泵启动、运行、停机等操作过程，因此，泵站经济运行的操作和控制应该和常规的控制设备结合起来。另外，增加一些计量和传感设备，以获取泵站运行状态的各种信息。同时, 还可将获取的信息数据及时输入计算机, 并按最优化方法计算出最佳运行参数, 然后再通过必要的控制设备, 按最佳参数改变原有的运行参数，使泵站达到经济运行的目的。因此，根据不同形式的泵站、不同的泵型及机电设备，研制各种控制方法和控制设备也是泵站经济运行的重要内容。对于比较大型的泵站和调水工程，如有条件也可以考虑研究与经济运行有关的计算机专家系统，使泵站运行管理现代化。
5、结语
泵站经济运行涉及的问题很多, 不仅与运筹学、系统分析等现代数学有紧密联系，与泵站机电设备的功能也有很大的关系。为了使泵站工程能按经济运行的理论和方法投入运行, 除了管理人员应掌握数学方面的知识外，也要使泵站机电设备的运行工况往经济运行的方向发展。对于有调节功能和无调节功能的水泵装置，应通过经济运行计算后，根据所得的经济效益进行经济比较，以确定经济合理的机组组合运行方案，也可以对一些不合理的装置进行优化设置或改造，从而为经济运行奠定良好的基础。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：对比分析 永湖泵站 经济运行
Abstract: the pump station project is the foundation of the national economy facilities, it is not only for agricultural production stable high yield create conditions, and provide society water supply and drainage services. So benign economic cycle pump station project operation, not only their own future relationship, and influence on national sustainable economic coordination development. This paper is mainly about water supply pump station of economic operation of the analysis.
Key words: a comparative analysis of the lake and economic operation of pump station
中图分类号：TU992.25 文献标识码：A文章编号：
背景概况：
永湖泵站是深圳市东江水源工程供水主干线上的二级提升加压泵站，位于惠州市惠阳区的永湖镇。泵站设计任务为将东江泵站、西枝江泵站抽调的原水经加压提升至70米高程的永湖高位水池，然后一路自流至交水点深圳西丽水库。泵站主要建筑物包括箱涵、进水前池、主副厂房、压力管道、量水间、变电站及综合楼等。
工程设计总供水量为7.2亿立方米/年，最大输水流量为30立方米/秒，工程线路沿山脉自然走势布置，采用全线封闭结构输水，工程主要建筑物有泵站、隧洞、箱涵、管道、渡槽、倒虹吸管以及沿线分水建筑物、检修闸、检查井等次要建筑物和附属建筑物。工程技术含量高，运行模式优。
深圳市东江水源工程永湖泵站总装机10台，设计8 用2备。其中一期装机容量5*2450kW（3台定速、2台变速机组），二期5*2600kW（5台全定速机组），两台变速机组的主要作用是用于调节前池水位。电动机是西门子公司生产的10kV高压电机，一期为转速745r/min的风冷电机，二期为转速594r/min的水冷电机。水泵是卧式双吸中开离心泵（其中一期水泵为荷兰耐荷产品, 二期为德国凯士比产品），单台水泵设计流量为3.75m3/S。
不同运行方式的理论分析
在源头东江泵站4台泵组运行工况稳定的情况下，永湖泵站的运行方式可分为两种。一种是3台定速泵和1台变速泵，另一种是2台定速泵和2台变速泵,这两种运行方式究竟哪一种能达到经济运行呢，从理论上分析如下。
从泵组的启动运行环节上看, 定速泵只要具备启动条件，将其MDL开关合上直接使电动机启动,带动泵组运行，然后投入一组相对应的电容器。
变频泵组的启动运行环节比定速泵增加变频变压器、变频装置。经过这两道环节，上位机给变频装置下达开机指令，控制元件可控硅才能触发导通，电动机才可以启动，然后投入对应的一组谐波滤波器。
对于变频泵组来讲，由于变频变压器的存在，变压器存在电量的消耗，变频装置也会增加一定电量的消耗，所以在客观上比较，定速泵运行要比变速泵经济。
另外，从水泵本身的效率分析，水泵运行在额定转速时，其效率最佳,流量Q值能达到3.75m3/s。如果三定一变泵组运行时，有3台泵的效率处于最佳状态，1台变速泵的效率处于75%左右状态下运行，也就是说其转速为710 ~ 720r/ min，流量Q值为2. 7 ~ 2.9m3/ s，4台泵平均效率为93. 75%。如果二定二变泵组运行，按上述计算平均效率为87.5%。
综合上述分析，从经济运行来考慮，在东江泵站4台水泵正常运行工况下，仅从泵组本身能耗与水泵效率方面来比较，永湖泵站采用3台定速、1台变速泵运行方式比较合适。
不同运行方式试验及数据分析
为从实际运行效果上得到答案,本人与泵站领导、机电管理员和运行人员对水泵运行方式进行了试验。
试验的前提条件是控制变频机组转速，保证前池水位稳定在一定范围之内。先后做3次对比试验，主要记录运行时间、耗电量、抽水量, 同时记录功率因数、变频泵组转速作为参考量，具体试验数据如表1所示。
表1不同运行方式试验数据
由表1试验数据可以看到，在相同运行时间内，“三定一变”运行方式的耗电量和抽水量都比“二定二变”运行方式高，但是其每立方米水耗电量指标低，平均每立方米水耗电量减少0.001567kWh，按每年抽4.5亿m3水、电价0.69元/kWh计算,可节约电费48万元左右。
通过对以上3次运行试验结果分析, 若前池水位恒定，可以看到在同等条件下 “三定一变”显然要比“二定二变”运行方式更为经济。
4、泵站经济运行的发展方向
4.1泵站的规划设计应便于经济运行。以往很多泵站单纯从节省工程投资出发，使泵站机组的选型配套尽可能的简单化，致使很多泵站的水泵都缺乏调速、调角等设备或机构。有的高扬程和长管道泵站也没有考虑机组的串并联问题，使泵站机组无法根据外界环境条件的变化来控制水泵机组的运行参数。因此，在泵站的规划设计中，必须考虑水泵机组或泵站装置的调节和控制方案，并按经济运行的方法对各种方案进行分析比较，最后确定最经济合理的设计方案。
4.2 加速泵站经济运行的理论及应用研究。当前，系统工程及运筹学的理论应用研究发展很快，各种优化方法在各行业中迅速得到了广泛应用。因此，加速泵站经济运行的理论及应用研究显得更加迫切。泵站工程既然是一个系统工程问题，就有可能和其他工程一样，应用各种优化理论来解决泵站的经济运行问题。但泵站工程与其他工程比较，各有各的特点， 很多问题不能照搬照抄，而需要根据泵站自身的特点，建立各自的数学模型，选用最简便的求解方法，以最快的计算速度求出符合精度的计算成果。
4.3研究泵站经济运行的控制方法和设备。泵站经济运行方案确定后，还要通过手动操作或自动控制的方法来实现最优控制。另外，在泵站常规运行中包括水泵启动、运行、停机等操作过程，因此，泵站经济运行的操作和控制应该和常规的控制设备结合起来。另外，增加一些计量和传感设备，以获取泵站运行状态的各种信息。同时, 还可将获取的信息数据及时输入计算机, 并按最优化方法计算出最佳运行参数, 然后再通过必要的控制设备, 按最佳参数改变原有的运行参数，使泵站达到经济运行的目的。因此，根据不同形式的泵站、不同的泵型及机电设备，研制各种控制方法和控制设备也是泵站经济运行的重要内容。对于比较大型的泵站和调水工程，如有条件也可以考虑研究与经济运行有关的计算机专家系统，使泵站运行管理现代化。
5、结语
泵站经济运行涉及的问题很多, 不仅与运筹学、系统分析等现代数学有紧密联系，与泵站机电设备的功能也有很大的关系。为了使泵站工程能按经济运行的理论和方法投入运行, 除了管理人员应掌握数学方面的知识外，也要使泵站机电设备的运行工况往经济运行的方向发展。对于有调节功能和无调节功能的水泵装置，应通过经济运行计算后，根据所得的经济效益进行经济比较，以确定经济合理的机组组合运行方案，也可以对一些不合理的装置进行优化设置或改造，从而为经济运行奠定良好的基础。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。