1 工程概况
某工程为日调节纯抽水蓄能电站，安装4台375MW立轴单级混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1500MW。枢纽工程主要由上水库、输水系统、地下厂房、地面开关站及下水库等建筑物组成。上水库由一座主坝、一座副坝及库周山岭围成，总库容1294万m3。工程主要用水为主副坝的填筑用水，砂石系统、拌和系统生产用水，为C2标（发电引水系统工程）供水及生活用水。经计算，上水库区域施工用水量需求峰值为148m3/h。取水位置在已建成的下岸水库，最低水位为EL188高程。高位水池位于EL697高程。抽水垂直提升水头为509m。设计选用的主要设备为长沙南方长河泵业有限公司生产的D155系列卧式多级清水泵，水泵理论排量为155m3/h，采用10kV高压直接供电。
2 施工用水量
本标施工生产用水的项目主要为：①主副坝坝基开挖支护、基础处理、填筑、混凝土浇注用水；②上库库盆开挖支护、基础处理、填筑、混凝土浇注用水；③环库公路工程施工用水；④上库进出水口开挖支护、基础处理、混凝土浇注用水；⑤导流工程施工用水；⑥上库区本标生产生活辅助设施用水；⑦为C2标供水。
3 方案选择
方案的选择主要分为3个大的方案：①取水方案；②加压泵站级数的方案；③供电方案。
3.1 趸船取水方案
二级加压泵站布置于下库围堰左侧溪下线东侧空地上，泵站布置高程214。趸船取水方案为：趸船一艘，排水量为7t，自重2t，上平面面积为4m×5m；自浮式胶管80m布置于水面上，钢管布置在岸上，一端与自浮式胶管相连，一端进水池，钢管长度约为80m。趸船上布置2台150S50离心清水泵，排量150m3/h，扬程50m，功率37kW。工程预算80000元左右，趸船为自制，实际成本在16000元以内。
3.2 加压泵站级数方案
根据水管路布置沿途地形，选择三级加压方案：三级加压供水方案为一级取水，三级加压。二级加压泵站布置于下库围堰左侧溪下线东侧空地上，泵站布置高程214.0m；三级加压泵站布置于上、下库之间的机耕路旁冲沟边，泵站布置高程385.0m；四级加压泵站布置于上、下库之间连接公路边，泵站布置高程583.0m。各级加压泵站旁边布置一个240m3中转水池。在上水库副坝右岸山头布置一个450m3高位水池，高位水池进水口高程697.0m。三级加压方案是一个常规方案，在同类工程中应用较多，可靠性较大。各级泵站的水泵选用为二级：D155-67×5，扬程335m；三级泵站水泵选用为D155-67×4，扬程268m；四级泵站水泵选用为D155-67×3，扬程201m。
3.3 供电方案
采用10kV供电方案，可取消变压器，直接从业主提供的10kV供电线路上取电后拖动10kV高压电机。费用估算：三趟高压线路20万元，高压配电柜23万元（9个柜，一级泵站3个），水泵（6台水泵，配装10kV高压电机）63万元，总投资106万元（不含临时用地征地费用）。采用10kV直接供电方案费用最低，并且直接采用高压供电节能减排效果明显。
4 系统设计概述
供水系统方案如下：供水系统拟定采用一级取水，分三级加压抽水方案。考虑备用，各级泵站内布置2台抽水机。供水系统主要包括一级取水泵站、二、三、四级加压泵站各1个，中转水池3个、高位水池1个以及相应的供水管线、供电设施。
一级取水泵站布置于下岸水库上游侧，泵站采用趸船式，以适应下岸水库水位变化，泵站安装最低抽水高程188.0m；趸船自重2t，排水量8t。二级加压泵站布置于下库围堰左侧溪下线东侧空地上，泵站布置高程214.0m，三级加压泵站布置于上、下库之间的机耕路旁冲沟边，泵站布置高程380.0m，旁边布置一个240m3中转水池；四级加压泵站布置于上、下库之间连接公路边，泵站布置高程583.0m，旁边布置一个240m3中转水池。在上水库副坝右岸山头布置一个450m3高位水池，高位水池进水口高程697.0m。
取水泵站和二级加压泵站间高差34m，二、三级加压泵站间高差171m，三、四级加压泵站高差203.0m，四级加压泵站与高位水池间高差114.0m。一级取水泵站管路长度为80m，二级加压泵站管路长度为1260m，三级加压泵站管路长度为630m，四级加压泵站管路长度为738m，总长度2708m。供电采用10kV高压供电，水泵配装电机为10kV高压电机。管路采用159×4.5无缝钢管，管道连接采用焊接工艺。
主要设备：2台150S50离心清水泵，2台多级清水泵D155－67×5，2台D155－67×4，2台D155－67×3。
为降低系统故障停机或停电时水锤冲击对系统造成破坏，系统加装水锤保护系统。水锤保护系统部件为水锤消除器和安全阀，安装于逆止阀前端。水锤消除器的型号为SC9000，安全阀的型号为A41H－40，调整压力2.5～4MPa。
5 施工简述
一级取水泵站采用趸船式，趸船平面尺寸为4m×5m，安装2台150S50型单级双吸离心泵。趸船现场制作，采用4mm钢板焊接而成。
本供水系统布置线路较长，山高路陡，地形条件相当复杂，且输水管线需经过C2～C4标施工区，管线布置与各标段施工干扰难以避免。另外，管线铺设部分路段要超过征地红线范围，与当地村民间协调处理难度大。因此，本泵站输水管线的布置难度相当大。
为减少布置难度，管线布置遵循以下基本原则：①管线的布置尽量以上下库间机耕路为依托，减少架设纵深；②管线尽量从红线范围内经过，超过红线范围的地段，尽量选择沿冲沟及林木稀少地段布置，减少临时征地纠纷；③为减少水头损耗，在可能的条件下管线尽量裁弯取直；④为减少突然停机时水击的破坏作用，在管道上装设缓闭式逆止阀、安全阀及水锤消除器，以保证管路安全运行。
采用各抽水机组单独布置吸水管及出水管，然后汇流共用一根输水主管的铺设方式。从下岸水库取水点到上水库高位水池间管线架设里程约2700m。
管路焊接用电采用就近从各标协调接入400V网电，若不能使用网电，则用50kW柴油发电机供电。
各级泵站水池和高位水池采用钢板焊接而成。钢结构的水池在工程造价上与钢筋混凝土水池相差无几，但采用钢结构有两个好处，一是钢材在项目完工后可回收材料，二是施工速度快。
泵站供电直接从业主10KV线路就近接入，根据地形和远近使用LGJ-35钢芯铝铰线架空引入或高压铝芯电缆YJLV3×16引入。配电设备为3台高压配电柜：1台进线柜，1台计量柜，1台出线柜。因为采用10kV电机，220kW的电机的额定电流也只有16A，直接起动电流也只有16×7=112（A），以电网的冲击有限，所以起动方式采用直接起动方式。
6 离心水泵自吸装置的应用
离心泵本身不具备自吸功能，这导致抽水时经常掉水，导致水泵空转，从而损坏水泵。为解决这个问题，在本系统中采用了一套新的装置——离心泵自吸装置。离心水泵自吸装置原理如图1所示。
图1 离心水泵自吸装置原理图
原理如下：先利用引水管将水箱内的水灌到如图1所示的位置，关闭引水管阀门，起动水泵。这时，水箱里的水将被水泵抽走，水箱中液位下降，水箱中的气压将呈现负压状态，在负压的作用下，将水库中的水从水库中吸入水箱供水泵抽走。
这套自吸水系统自2012年4月系统运行至今从未掉水，运行中省心省力。
7 系统运行情况、效能测定及经济性评价
本系统自4月30日进行单机试运行和联动调试，一次调试投产成功。投产以来，运行正常，还没有出现过系统故障。
为考验系统对突然掉电和突然故障停机的适应性，项目部对各级泵站均做了水锤冲击实验。实验结果表明，本系统的水锤保护系统能很好地消除水锤的冲击，极大地削减了水锤的峰值，使水锤的冲击峰值在工作压力的1.5倍以内。
本系统采用高压电机与采用低压电机相比，主要的优点是节省了变压器运行时的变损和线路的损耗。采用高压电机运行基本没有损耗。若采用低压系统，按运行时间按3年计算，相比于3台变压器供电，变压器和线路的综合损耗按3%计，可节省的电能为：
1630×3%×24×30×12×3=1267488（kW·h）
按电价0.8元计算，能源损失的费用超过百万元。所以，采用高压电机产生的经济效益是相当可观的。
8 结语
综上所述，电站运行的安全可靠性直接关乎民生。提高电站运行的安全系数，使其加大稳定运行力度，节省电能，产生可观的经济效益，值得推广应用。
参考文献
[1]泵站设计规范：GB 50265—2010[S]．北京：中国计划出版社，2011.
[2]通用用电设备配电设计规范：GB 50055—2011[S]．北京：中国计划出版社，2012.
[3]给水排水管道工程施工及验收规范GB 50268—2008 [S]．北京：中国建筑工业出版社，2009.
收稿日期：2018-09-23
作者简介：邓晓华（1972-），男，湖南宁乡人，中国水利水电第八工程局有限公司工程师，研究方向：设备物资管理。
