灌排泵站运行管理与维护策略思考

摘要：本文就灌排泵站运行过程中能耗的波动以及设备损耗的问题进行研究，提出提高运行效率和维护水平的技术途径。重点对机组动力性能控制、重要部件的状态监测、站区水力条件的改善提出具体的措施。通过动力系统、传动系统、过流部件的精心维护，减小机组运行中由于机械磨损、水力损失造成的故障。根据进出水池流态演变规律，提出用物理手段改善流道的方法。经过研究发现，采用预防性维护和全工况运行调节可以提高设备的使用寿命，提高能源利用率，保证农田排灌系统长期稳定运行。

关键词：灌排泵站；运行效能；设备维护；水力优化

灌排泵站是水利工程的重要组成部分，承担着区域防洪、除涝及灌溉等重要任务，在抗洪排涝、改善农业生产条件、建设高产稳产农田等方面都起着重要作用。由于长时间处在高负荷、多工况的工作环境中，机组内部过流部件经常受到泥沙磨蚀、气蚀和机械疲劳的破坏，造成能量转换效率不断下降。传统的依靠事后处理的维护方式已经不能满足现阶段高效率运行的要求了。因此必须从动力学特性、状态监测手段、水力环境改善等几个方面入手，制定出一套科学的运行调控方案，依靠技术升级和精细化巡检来防止结构上的损坏，从而降低运行成本。

一、灌排泵站机组高效运行的技术控制

泵站运行时，电动机和水泵之间的配合关系是影响能量利用效率的主要因素。提高运行水平要从变频调节技术入手，根据进出水池水位差来调节电动机转子频率，保证水泵一直处在高效运行区间。非设计工况下轴流泵或者混流泵的叶轮安放角要进行准确的校核，防止叶片出口处二次流、回流现象造成能量的浪费。机组联轴器的对中误差不能大于0.05mm，否则会造成不对称受力而产生振动损耗。通过调整运行参数来减小电机定子绕组的发热损耗，使磁通密度均匀分布在绕组上，从而使得电能得以充分利用^[1]。对老旧机组更换低损耗硅钢片、改善定子槽型来提高机组低负荷运行时的功率因数。另外控制启动过程中瞬间电流，用软启动装置减小对电网和传动轴系的冲击，是延长机组机械寿命的技术支撑方案。采用以上技术手段之后，机组整体运行情况会更趋稳定，非计划停机次数也会减少。

二、关键设备的监测与周期性养护策略

（一）电动机定子与转子的技术参数核查

电动机是动力中心，它的绝缘性以及电磁特性影响着运行是否可靠。周期性养护时，用兆欧表对定子绕组的绝缘电阻进行测定，在热态下保证电阻值符合规程要求。对于大型异步电动机要特别注意检查端部绕组的紧固情况，防止由于电磁力长时间的振动而使绝缘层受到损害。转子支架和磁极之间用螺栓连接，需要做超声波探伤检查，看微裂纹的发展情况。通过空载电流、堵转电压检测电机内部磁路有无局部短路、磁阻异常。保持冷却系统循环风压、定期清理通风槽内积尘，防止局部温度过高造成绝缘老化，是保证机组长期稳定输出功率的物理手段。

（二）水泵叶轮平衡度与密封性能校核

水泵叶轮是能量转换的重要过流件，长期被水流冲刷和固体颗粒磨损，很容易造成静平衡偏移。维护时将叶轮拆卸下来，放到动平衡机上，对不平衡质量进行去重或者加重，使剩余不平衡量控制在设计范围内。密封系统有效与否影响水泵容积效率，填料密封或者机械密封磨损情况可用滴水量、压力脉动来判断。对于多泥沙河流，叶轮密封环的间隙要控制在0.25mm～0.40mm之间，防止因为间隙太大造成高压水回流到吸水室。对于叶轮表面产生的气蚀麻点，用抗磨材料对叶片表面进行喷涂或者堆焊修复，恢复叶片型线的几何参数。

（三）传动轴系振动烈度的检测手段

轴系振动是泵站运行状态的综合体现，用在轴承座上加装加速度传感器来获得水平、垂直和轴向这三个方向的振动位移数据。用频谱分析的方法来找出叶片过流频率、转子不平衡频率和轴承缺陷所造成的特征波形。对滚动轴承主要监控轴承外圈的温升速度，用润滑油样分析来找出金属屑或者水分污染。振动幅值超过额定标准时，要检查机组基础二次浇筑有无空鼓、脱落^[2]。利用激光对中仪对长轴系进行多点检测，调节中间支撑轴承的同轴度，可以消除非线性扭振对轴系疲劳强度的不良影响，从而提高整个传动系统的使用寿命。

（四）供配电设施绝缘性能的周期测试

变压器、高压开关柜属于泵站运行的电力中枢，其技术指标是否稳定直接影响到整个站区的运行稳定性。定期取变压器的绝缘油样做闪点、色谱等试验来预知绕组有无局部放电、过热等情况。高压断路器动作时间及灭弧性能要开展空载特性试验，保证其在最不利的工况下可以迅速切断电流。对避雷器、接地网做接地电阻试验，其阻值应不大于4Ω，以免雷击浪涌对精密测控元件造成物理破坏。接触器触头磨损情况、弹簧压力要进行微欧计检测，减小由于接触电阻过大造成局部烧毁的风险。定期做预防性试验可以及时发现隐蔽的绝缘缺陷。

三、站区环境改善与水力能耗优化方案

（一）进水池流态演变对泵效的影响

进水池的水力设计直接影响水泵的吸入性能，不均匀的流速分布会造成叶轮产生非对称载荷。运行调节时设置消涡板或者整流栅，消除池内表面旋涡和附壁旋涡，防止空气进入泵壳造成气蚀。当下游水位发生较大波动的时候，要按照实际测量得到的水力参数来调节进水闸门的开启高度，从而保证进流的顺畅。通过观测分析进水池流场，对局部存在死水区的地方进行填方改造，改善整体循环性能。经过改进的流态可以明显减小水泵入口压力脉动，降低机械振动噪声，提高水泵低水位运行效率，如下表所示。

表1 灌排泵站水泵运行工况实测数据表

（二）清污设备拦截效率的提升工艺

拦污栅的通流面积和阻力损失成正比，杂物太多会造成栅前栅后水位差急剧增大，变相加重了泵站的扬程负担。应定期打开往复式或者回转式清污机，及时清除栅面上的漂浮物，保证有效过流面积不小于设计值的90%。对细小纤维状杂物，要改变格栅间距，并采用高压冲洗的方式进行清除^[3]。在拦污栅前面设置引导流槽，改变杂物的汇集路线，减小水流方向的干扰。降低栅阻损耗可以减小电动机的负担，也能改善水泵进水压力分布，防止由于入口局部真空度过高造成的气蚀，使泵站长时间处于低能耗状态下的稳定运行。

（三）排水管道内壁粗糙度的物理改善

排水管道水头损失在总扬程中所占比例较大，长期运行之后，内壁上生物附着、结垢会使扬程阻力系数增大。应采用物理刮削或者高压射流对管道内壁进行定期清理，恢复管材表面平整度。对于锈蚀严重的金属管道可以采用涂刷减阻环氧树脂涂层的方法来减小壁面的摩擦阻力，从而达到节能的目的，通过计算可知，阻力系数微小的降低也可以带来显著的节能效果。在管道转弯或者分叉的地方，用大半径弯头代替直角弯头来减少局部水头损失。通过保持管道内经济流速来避免由于流速过高造成的湍流能耗或者流速过低造成的泥沙淤积，从而达到水流输送过程中高效物理性能的效果，降低运行成本。

（四）拦污栅前水位差的精细化调节

拦污栅前后水位差属于体现过流性能的技术指标，须依靠差压变送器来持续观测水位的变化状况。当水位差大于0.20m时，立即启动清理装置，防止由于水头损失增大造成泵机组耗电量增大。改变上游引渠来水分配，减小水流对格栅的侧向冲刷力，使杂物分布更均匀^[4]。冬季运行时要做好防冻工作，防止冰凌堵塞格栅空隙。对水位差实施动态监测，可以正确确定清污周期，缩减不必要的机械启停次数，延长清污设备的使用寿命，而且能保证水泵处在最佳的吸水高度范围内工作，从而维持水力机械的能量转换效率及结构稳定。

（五）出水流道减阻与消能设施配置

出水流道的几何形状决定动能向势能转化的效率，尤其是一类叫做虹吸式出水流道的，真空度的保持对于机组停机之后的倒流防护十分重要。要经常检查破坏真空阀的严密性，防止由于空气漏入造成虹吸不畅或者停机时产生水锤冲击。拍门式出水结构的改善措施为提高流体的流量、压力以及保证流体稳定地从流道流出。出水池末端设置合适的消能坎或者消能池，防止出水流速过大冲刷下游护坡。对流道内壁进行平整化处理可以减小局部涡流区，提高泵站装置效率。经过详细的流场改善措施之后，水流能够平滑的变化，从而大幅度降低由于流态不畅造成的机械振动、结构应力消耗的概率。

四、结语

提高灌排泵站运行水平，必须以对机械、电气、水力三大系统进行全方位的维护为前提。利用机组变频控制以及叶轮型线的修正可以从根本上提高能量转换效率。预防性维护策略的推行，从技术上把可能产生的结构隐患清除掉，削减了非正常停机的危险。站区水力条件的改善，即进出水流道减阻、清污效果提高，给机组创造了一个良好的外部运行环境。各个技术环节有机地结合在一起就形成了一个互相支撑的技术闭环。实际运行时要兼顾状态巡检和周期性养护，依靠数据监测反馈来不断改善技术方案，从而达成泵站系统在全生命周期内低耗、高效运转的目的，给农业防灾减灾和水资源合理调配赋予有力的技术支撑。

参考文献：

[1]田婧.水利工程泵站的运行与维护策略探究[J].工程与建设, 2023, 37(6):1871-1873.

[2]徐晓婧. 农田灌排泵站的管理与养护[J].农业机械,2024,(09):98-100.

[3]侯祥东,赵香玲,吴泽广. 山东省小型灌排泵站运行管理措施[J].山东水利,2022,(06):56-57.

[4]李桂钧,吴寿林. 现代化大型灌排泵站建设研究[J].黑龙江水利科技,2020,48(08):72-75.