串联泵站优化运行方案设计

串联泵站优化运行方案设计

【摘要】：泵站能提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力的一个系统，提高串联泵站的运行效率，可以降低能耗，本文以下内容将用一个工程实例，对串联泵站优化运行方案的设计进行了简要介绍，并提出了串联泵站的优化运行的数学模型，以供大家参考学习之用。

【关键词】：串联泵站；运行方案；液压动力；气压动力；效率

Abstract: This paper will use an engineering example put out a brief introduction

to the series pumping station designed to optimize the running program, and proposed

a mathematical model of the optimal operation of pumping stations in series, for

reference study purposes.Key words: tandem pumping station; run the program;

hydraulic power; pneumatic power; efficiency

1、前言

改革开放以来，随着经济的不断发展和科技的不断进步，各种新工艺、新设备、新材料层出不穷，极大的促进了经济的发展和改善了人们的生存环境。站能提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力的一个系统，提高串联泵站的运行效率，可以降低能耗，本文以下内容将用一个工程实例，对串联泵站优化运行方案的设计进行了简要介绍，并提出了串联泵站的优化运行的数学模型，以供大家参考学习之用。

2、工程概况

某工程1990年建成投运, 是某市重要的综合性水利工程。工程主要包括:

两个水闸和两个闸站等工程。用泵站从运河中引水, 第一级将水提升后, 再经泵站第二次提升用于灌溉及满足市区用水。两座泵站梯级布置, 联合串联运行。第一级提水泵站的设计资料为: 前池设计水位29.80 m ,出水池设计水位33.7m,安装6 台36 ZLB -70 型轴流泵, 叶片安装角度﹢4° , 泵站设计流量15m³/ s ,配套电动机功率180 kw。二级提水泵站设计资料为: 前池设计水位33.5m，出水池设计水位37.5m，水泵型号、台数及配套电机型号和功率均与第一级提水泵站相同。在目前的条件下，第一级提水泵站运行的时候前水池水位在30m左右，多年平均前水池水位30.5m，出水池水位在34.0m，多年平均水位34.2m。第二级提水泵站前水池水位34.0m左右，多年平均水位34.2m，出水池水位36.5m左右，多年平均水位37.30m。

当这两个泵站串联运行的时候，根据多年的观测，两泵站之间的水面高差平均为0.15m，两泵站之间的河道长度接近5.5km，河面的宽度大概为55m，期间还有一个小型的人造湖波，水面积约12平方千米。两个泵站之间现有提水灌溉小泵站8处，共按照14英寸双吸离心泵6台，12英寸双吸泵2台，15英寸

双吸泵2台，总的提水量为0.7m³/s。再加上水分的蒸发及河道渗漏等水量的损失，第一级提水泵站运行6台机组，第二级提水泵站运行5台机组的时候，两个泵站的运行比较协调，第一级提水泵站的出水池水位及第二级提水泵站的前水池水位变化不是很大。

为了提高两个泵站的串联运行效率，提高经济效益，两泵站的加权平均泵站效率达到比较的数字，需要对两个泵站的串联运行进行优化设计。

3、一二级提水泵站串联运行优化方案设计

3.1、两泵站流量的平衡

当一二级串联提水泵站运行的时候，一级提水泵站除了向二级提水泵站提供必要的流量外，还需要提供两个泵站之间8处小泵站的提水量，另外还需要考虑两个泵站之间的水面蒸发和河道渗漏的水量，因此，两座泵站串联运行的时候有这样一个表达公式：第一级提水泵站的流量等于两站区间分流量及第二级提水泵站所需的流量，这里两个泵站区间的分流量不仅仅包括8处小泵站的提水量还包括一二级提水泵站之间的区间内水面蒸发和河道的渗漏的水量，在这种情况下，流量便达到了平衡。

3.2、一二级泵站串联运行的优化模型

由于参加串联运行的两个泵站的叶片安装的角度确定后，各站流量的增减变化都是突变，流量是离散变量而不是所谓的非连续变量，因此，必须采取水量调蓄的方式对参加联合串联运行的各泵站的流量进行严格的控制。

一二级提水泵站之间的河道及人造湖波的水面积比较大，调蓄容积很大，调蓄容积是由二级提水泵站的最低运行水位和最高运行水位确定的。对于一二级提水泵站串联运行的优化，就是要寻找一种合适的调节容积，也就是最佳的调蓄水位，其特点是通过调节水位，达到扬程的优化，也就是通过调控第一级提水泵站的出水池的水位以及第二级提水泵站前水池水位，使两个泵站串联运行时候达到经济合理，即是总的耗能最小，也就是一二级提水泵站的加权平均泵站效率最高。因此，当水泵的叶片安装角度确定后，调控水位是联系一二级提水泵站串联运行的可供选择的唯一的水力要素。找到了矛盾所在，就为解决矛盾提供了便利。

3.3、约束条件

一二级提水泵站串联运行的约束条件主要有如下几个方面：第一，开机频度的约束，为了减少机组由于启动而引起的能量的损耗，也为了提高提水泵站的运行管理，延长电动机的使用寿命，对于每台机组的开停机的次数不应过多。在这里，最好和设备厂家联系，找出开关机和正常运行的能量损耗的结合点。由于第一级提水泵站和第二级提水泵站之间的距离将近5.5km，且河道水面较宽，又具有一个比较大的人工湖波，调节的容积比较大，调节机组的开机频度比较小，也就是单位时间内开机次数比较少，能较好地满足调节流量的需要。第二，开机台

数的影响，一二级提水泵站投入运行的机组台数小于或者等于泵站中总的机组台数。第三，提水泵站运行的时候要求的最大配套功率应小于或者等于提水泵配套的电动机的功率，也就是每台水泵运行的时候，其功率应小于等于180kw。第四，流量的约束，当二级提水泵站调节流量的机组运行的时候，二级提水泵站的流量与两个泵站之间分出的流量、水面的蒸发及河道的渗漏流量之和不小于第一级提水泵站的流量。当调节机组停止运行之后，第一级提水泵站的流量大于第二级提水泵站的流量。根据上述模型以及约束条件，运用一些现成的计算软件，就可以对第一级提水泵站和第二级提水泵站实现串联优化运行计算，得出相应的优化计算结果。

4、对优化结果进行规律性分析

为了便于第一级提水泵站和第二级提水泵站进行串联优化运行的操作和管理，需要对优化结果进行必要的分析，寻找处优化结果所具有的普遍规律，对两座泵站串联优化运行起着方向性的作用。第一，泵站扬程与两泵站总扬程的比例，通过计算第一级提水泵站和第二级提水泵站的泵站扬程与两泵站的总泵站扬程的比例可以发现, 第一级提水泵站的泵站扬程为两泵站的总泵站扬程的一个倍数；第二级提水泵站扬程为两泵站的总泵站扬程的一个倍数，尽管这两个倍数均是一个范围，但是这个范围很小，在这种情况下，就可以已知两泵站的总泵站扬程后即可计算出第一级提水泵站和第二级提水泵站的泵站扬程, 进而求出第一级提水泵站出水池水位及第二级提水泵站前池水位。第二，泵站扬程与两泵站总扬程的关系，将叶片安装角度为﹢4°时,第一级提水泵站和第二级提水泵站最高加权平均泵站效率时的有关水位、泵站总扬程、各泵站扬程进行列表统计，根据表中的有关数据可建立第二级提水泵站扬程与两泵站的总泵站扬程的关系曲线图；第一级提水泵站扬程与两泵站的总泵站扬程关系曲线图,根据曲线图尅看出泵站扬程与两泵站总扬程成直线关系, 当已知第一级提水泵站的前池水位、第二级提水泵站的出水池水位、两泵站之间的水面坡降,即可确定两座泵站的总泵站扬程, 通过总泵站扬程即可查得第一级提水泵站和第二级提水泵站的运行扬程,

进而可确定第一级提水泵站的出水池水位和第二级提水泵站的前池水位。第三，对泵站成果进行优化，其步骤是：对两座泵站实施优化前后的主要技术参数进行现场测试，其主要参数为泵站的扬程、泵站的输入功率、转速、流量等参数；然后根据所测得的个性能参数按照规范标准进行计算，并进行列表统计；经过计算若每座泵站的泵站效率，及加权平均泵站效率是否高于规范所规定的要求，若低于规范的要求，则必须进行优化设计；根据前面两座泵站串联优化运行理论计算的成果，找出两个泵站的扬程关系，然后根据基础数据，分别计算出水池的控制水位，最后进行试运行，对优化结果进行检验。

5、结尾

对串联泵站进行方案的优化运行设计，符合了当代可持续健康发展的时代主体，提高了效率，节约了能源，应加以推广。

【参考文献】

[1]《泵站经济运行》刘超等，水利水电出版社

[2] 《泵与泵站》蒋乃昌等，中国建筑工业出版社

[3] 《泵站设计与施工》韩士标等，中国水利电力出版社