- 高扬程梯级泵站节能降耗关键技术与方法
- 徐存东
- 1893字
- 2025-02-20 17:05:09
2 梯级泵站的输水效率
2.1 梯级泵站输水系统及其特点
2.1.1 梯级泵站输水系统结构
梯级扬水灌溉工程是通过多级泵站,将低处河道的水提至高出适宜灌溉的区域进行灌溉的复杂系统,各级泵站按照其不同的扬程串联设置在输水线路上,组成泵站链逐级提水,即梯级泵站输水工程见图2-1。
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图2-1 梯级泵站输水工程示意图
梯级泵站输水系统是由梯级泵站和级间输水河道、控制建筑物组成的复杂系统。各单个泵站是调水系统的控制单元,泵站之间通过输水河道、管道串联,各级泵站之间有着密切的水力联系。各站之间的流量、水位互相影响,制约整个梯级泵站输水系统的运行,梯级泵站输水系统组成见图2-2。
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图2-2 梯级泵站输水系统组成示意图
因此,在进行运行优化时,可将梯级泵站输水系统分为泵站、输水两个相互关联的子系统。输水子系统由级间的渠道、管道、水工控制建筑物等输水设施组成。泵站子系统由各级泵站组成,泵站内部又由抽水装置和辅助装置组成。两个子系统的运行状况共同决定了系统的整体运行状态。两个系统的边界条件,内部变量及相互关系见表2-1。
表2-1 各系统变量及相互关系
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从表2-1可以看出,泵站、输水两个子系统通过级间水位、流量水力要素相互关联。两个子系统共同决定了系统整体运行状态。现以n级泵站组成的梯级泵站输水系统为例,其系统结构如图2-3所示。
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图2-3 梯级泵站输水系统结构图
2.1.2 梯级泵站输水系统主要特点
梯级泵站输水系统主要有下列特点:
(1)泵站子系统和输水子系统紧密联系。泵站子系统与输水子系统通过级间水位、流量水力要素紧密联系。其一是流量联系,即上一级泵站的出水池出流量为下一级泵站的进水池的入流量,由于两站之间距离较远,需考虑级间流量相互配合及滞后影响;其二是水位联系,站间渠道上游水位为上级泵站的出水池水位,下游水位为下级泵站的前池水位,两者之间的差值为级间水力损失。其中,水位和流量是泵站系统运行的边界条件,决定了泵站子系统运行状态。而泵站运行状态的改变将反作用于输水子系统,两个系统共同决定了梯级泵站输水系统的整体运行状态。
(2)梯级泵站输水系统为水力可控系统。大型梯级泵站输水系统级间有一定的调蓄容积,梯级间水位存在一定的变化调节区间,其水位为人工控制水位。泵站为梯级泵站输水系统的主要控制单元,通过内部机组叶片、转速的调节可完成流量的调节,辅以闸门等其他水工建筑物,可最终完成级间水位、流量的控制。
(3)梯级泵站输水系统是复杂的时变系统。梯级泵站运行过程中由于级间分水、输水要求,考虑分时电价等因素,导致梯级间水位、流量以及泵站内部运行方案经常处于动态变化中,增加了系统的优化运行及控制的难度。
2.1.3 景电灌区的工程系统
甘肃省景泰川电力提灌工程(以下简称“景电工程”)地处甘肃、宁夏、内蒙古三省(自治区)交界处,是国家为解决甘肃中部景泰川地区大量的宜耕土地荒芜、沙漠南移、生态环境恶劣等问题而建设的大型高扬程梯级提灌工程。景电工程北临腾格里沙漠南缘,南至祁连山尾翼的长岭山、东临黄河、西至内陆河(石羊河)流域尾端的大靖河灌区,地理区域为东经103°20′~104°04′、北纬37°26′~38°41′之间。
景电工程分两期建成,第一期工程于1974年建成,第二期工程1994年建成,灌区分布高程在1540.00~1917.00m之间。该工程共建有泵站43座,共装机306台套,最高提水扬程达713.00m,总装机容量2.49×105 kW,灌溉面积约0.667亿m2,是我国目前已建成的具有代表性的多梯级、高扬程、大流量的电力提灌工程之一。
2.1.3.1 景电一期工程系统
景电一期工程共建有泵站11座,干渠总长31.8km,装机容量6.87万kW,设计提水流量10.6m3/s,加大流量12m3/s,设计年提水量1.48亿m3,工程最大提水扬程445.00m。其工程系统拓扑结构如图2-4所示,各泵站的装机型号汇总见表2-2。
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图2-4 景电一期工程系统拓扑结构图
表2-2 景电一期工程各泵站的装机型号汇总
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续表
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续表
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注 一期共有泵站11座,机组92台。
景电一期工程干渠中明渠的长度统计见表2-3。
表2-3 景电一期工程干渠中明渠的长度统计表 单位:m
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景电一期工程11个泵站提水高度见表2-4。
表2-4 景电一期工程各泵站提水高度统计表 单位:m
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2.1.3.2 景电二期工程系统
景电二期工程共建泵站30座,干支渠总长340km,总装机容量19.27万kW。设计提水流量18m3/s,加大流量21m3/s,设计年提水量2.57亿m3。最大提水高度713.00m,平均提水高度460.00m。
景电二期工程网络拓扑结构如图2-5所示(图中只给出各泵站的拓扑结构,将支斗渠略去)。
景电二期工程各泵站装机型号汇总见表2-5、表2-6。
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图2-5 景电二期工程网络拓扑结构图
表2-5 景电二期工程总干泵站装机型号汇总表
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续表
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续表
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表2-6 景电二期工程南干泵站装机型号汇总表
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续表
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续表
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景电二期工程干渠中明渠的长度统计见表2-7。
表2-7 景电二期工程干渠中明渠的长度统计表 单位:m
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景电二期工程各泵站提水高度汇总见表2-8。
表2-8 景电二期工程各泵站提水高度汇总 单位:m
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