廣州市雁塔排澇泵站擴容重建工程設計研究

鐘振宏

（廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340）

1 工程概況

雁塔泵站位于廣州市增城區，是增城區中心城區的重要組成部分。雁塔泵站是增城區雁塔圍雁塔排水分區的唯一外排出口，該站原設計排澇標準為十年一遇24 小時暴雨形成的徑流量3 天排干，安裝4 臺ZLB800型立式軸流泵，設計排澇流量7.2m3/s，總裝機容量460kW。隨著城市建設的發展，排澇標準需進行相應提高，雁塔泵站及自排水閘雖能正常運行，但其排澇能力嚴重不足，近年來暴雨發生時，上游萬達廣場及增城大道一帶水浸街道的情況時有發生，為降低此分區在暴雨期間出現的內澇風險及減少澇災損失，保證工商企業生產和人民群眾生活正常進行，故對雁塔泵站進行擴容重建迫在眉睫，也是十分必要的。

2 工程現狀及存在的主要問題

2.1 雁塔排澇泵站現狀

雁塔圍目前唯一的外排出口是位于增江右岸廣汕公路橋下游約80m 處的雁塔泵站。雁塔泵站重建工程主要工作任務為重建1 座排澇泵站和排澇水閘，設計排澇流量為Q=34m3/s，總裝機功率為3030kw，規模為中型泵站，工程等別為III等[1]。

雁塔排區的集雨面積為3.35km2，雁塔泵站的主要任務是提高排澇能力，減少雁塔圍內雁塔排水分區在暴雨期間出現內澇的風險和澇災損失。雁塔泵站水文自動測報系統的建設可為滿足泵站工程施工期安全度汛、運行期水庫防洪排澇調度運用等管理工作提供重要的支持和保障。隨著社會的發展和技術的進步，傳統的人工采集、發報信息己經不能滿足現代管理高效、快捷的要求，現代管理模式需要先進的技術、全面的信息、正確的決策和高效的工作。雁塔泵站的重建對于近期解決雁塔排區內澇有舉足輕重的作用，可有效支撐當地經濟快速發展。建設雁塔泵站水文自動測報系統，運用先進的技術，快速實時的收集流域內雨水情信息，并及時做出預報和排澇調度，為實現泵站工程安全建設和進行水庫科學調度決策提供基本信息支持，以實現對泵站工程建設、管理與決策的正確性、時效性和科學性。

2.2 雁塔泵站主要存在問題

雁塔泵站建筑物基本完好，局部破損但不影響正常運行，但其設備已然老舊且后期增設機組布置密集，不滿足機組間距要求，目前雁塔泵站機組已不具備優化運行的條件。

雁塔泵站原設計流量為7.2m3/s，后經增機擴容后設計排澇流量達8.7m3/s。按照增城市城鎮排水系統專項規劃，增城區荔城街雁塔排水分區的排澇標準為：20年一遇24 小時設計暴雨產生的徑流量1 天排干。依此新的排澇標準，雁塔泵站設計排澇流量34.0m3/s，現狀雁塔泵站及自排水閘雖能正常運行，但其排澇能力嚴重不足，為降低此分區在暴雨期間出現的內澇風險及減少澇災損失，保證工商企業生產和人民群眾生活正常進行，故對雁塔泵站進行擴容重建。

3 泵站建設方案比選

雁塔泵站位于廣州市增城區荔城街道辦事處，是增城區雁塔圍雁塔排水分區的唯一外排出口，雁塔分區的城市排水管網已實施完成且均匯入雁塔泵站前池，其已形成的站址周邊交通、施工、供電條件較為成熟，雁塔泵站現有站址具有地勢低洼、可匯集排水區澇水、且靠近承泄區的優勢，若另行選址需新增征占土地面積和配套相應的城市雨水管網，工程投資大幅度增加，故雁塔泵站仍推薦采用原址拆除重建[2]。

根據可行性研究報告及審批文件中設計排澇流量、雁塔泵站現狀及周邊地形條件，雁塔泵站建設方案擬定拆除重建和增機擴容兩種方案進行綜合經濟技術比較[2]。

（1）拆除重建方案。拆除現狀雁塔泵站，重建滿足排澇標準的新泵站，主要建設內容包括：前池、清污機段、進水池、主副廠房、壓力管道、出水池及外江防護等，附屬建筑物為防汛樓及站區綠化等。

（2）增機擴容方案。增機擴容方案保留現有泵站，在現狀泵房西南側增建主副廠房，并配備相應機組，主要建設內容：主副廠房、壓力管道、出水池等，附屬建筑物為防汛樓及站區綠化等，增機擴容方案扣除現有排澇流量8.4m3/s 后，此方案需新增設計排澇流量Q=25.60m3/s。

以上兩種建設方案比選見表1。

表1 雁塔泵站建設方案綜合比較表

經綜合分析，拆除重建方案除工程施工、工程投資方面外，在總體布置、工程占地、運行管理等方面均占優，且無明顯的制約因子，而增機擴容方案受征地與相關用地規劃不一致的制約，因此推薦采用拆除重建方案。

4 工程主要設計方案

4.1 水力機械設計

4.1.1 水泵及其附屬設備

4.1.1.1 水泵型式的選擇

本工程為排澇泵站，具有揚程低、流量變幅大等特點。根據本階段水力設計參數，在復核可行性研究階段設計成果的基礎上，選定水泵型式為軸流泵，該泵型具有效率高、流量大、揚程低等特點；本泵站為原址重建工程，占地有限，臥式機組不易布置，因此選定軸流泵機組為立式布置?？紤]到本排澇泵站進水池及外江水位變幅大，為保證水泵機組能在較大的揚程變幅范圍內穩定、高效運行，軸流泵采用全調節方式，調節機構選用一體式電動調節裝置[3]。

4.1.1.2 泵站機組臺數及運行方式

泵站機組臺數是根據泵站排澇流量，由單機流量和備用機組臺數確定。水泵單機流量的選擇除應滿足泵站排澇的要求外，還應考慮運行中可能出現的汽蝕及磨損等因素對水泵性能的影響，以及泵站建設的經濟性等問題。本工程為排澇泵站，年運行小時數較低，不設備用機組。

4.1.2 輔助機械設備

4.1.2.1 廠內橋式起重機

本階段選定廠內起重設備為LH-20/5t 型電動葫蘆橋式起重機（操縱室操作），跨度7.5m，起升高度24m。主鉤起升速度3m/min，副鉤起升速度8m/min，工作制度A5，電動葫蘆型號CD1 型。選定2 套手拉葫蘆作為出水側電動刀閘閥的吊裝設備。

4.1.2.2 供排水系統

本工程供水系統主要包括：技術供水系統、消防供水系統及生活用水等。

本工程技術供水系統，主要為機組提供冷卻用水及潤滑用水。根據機組技術供水要求：大泵推力軸承冷卻用水量約3m3/h，水壓0.2MPa，小泵推力軸承冷卻用水量約0.5m3/h，水壓0.2MPa，工作方式均為持續供水。

檢修排水系統：機組檢修時，關閉進水閘及出水管道電動刀閘閥，通過電機層預留檢修孔將80WQ70-10-4 移動式潛水排污泵吊入各機組進水間內集水坑中，通過軟管將排污泵接至各機組進水間預留的排水管口，經排水總管將積水排至自排涵，進行檢修。

水力量測系統：根據泵站的運行要求，在進水渠、進水前池、外江、循環水池、閥室集水井分別配有投入式液位變送器用于水位監測；在前池、閥室集水井配有浮球式液位控制器用于機組控制。在各水泵的出水管上分別裝設1 套壓力變送器及壓力表，用于監測水泵出水壓力。在水泵技術供水管上裝設示流信號器、電磁閥及電接點壓力表，用于監測及控制技術供水。為滿足對機組運行狀態的實時監測，泵站設置一套機組運行狀態監測及故障診斷系統。

4.1.3 機修設備

根據工程規模劃分，雁塔泵站為中型泵站，且為排澇泵站，泵站運行穩定性要求較高，機電設備種類多，設備檢修工作量大。為保證工程正常、穩定、可靠運行，需配置常規機修設備，大修時大件及重要件的檢修通過外協解決。

4.2 電氣設計

4.2.1 與供電系統的聯接方式

根據本工程所在地理位置的供電現狀以及工程的性質和重要性，供電方案按二級負荷設計，采用10kV雙回路獨立電源供電，1#供電電源引自紫動站10kV 豐年線73 號桿；2#供電電源引自溶洲站10kV 低地線49號桿。本工程供電暫以業擴延伸標準實施。以配建公用開關房10kV 出線柜接入點電纜終端頭作為分界，分界點電源側電力設施由供電企業投資建設，負荷側電力設施由用戶投資建設，在分界點之后的電力設施屬于本工程建設范圍。

4.2.2 電氣主接線

本工程泵站為廣州市增城區排澇泵站，正常情況下，泵站裝機5 臺，最大運行方式為5 臺機同時運行，3 臺大機單機10kV 異步電動機容量為800kW，2 臺小機單機10kV 異步電動機容量為315kW，總裝機容量為3030kW，廠用變壓器容量315kVA2 臺。

根據泵站接入電力系統的方式，電壓等級，進線回路數，并結合電排站的單機容量和臺數、供電部門的用電要求和電網情況、以及工程的總體布置要求相適應等特點，電氣主接線的設計應按照接線簡單可靠、操作檢修靈活方便并且節約投資的原則進行設計。

電氣主接線方案高壓側采用單母線分段接線形式。雙回路高壓進線分別接入10kV 母線，母線上接有電壓互感器、變壓器、計量單元以及主機組等設備。全站設站用變壓器2 臺，分別對泵站輔機和管理樓用電設備供電。根據本工程機組選型推薦方案，5 臺高壓電動機，結合該機型特點，擬定兩種電氣主接線方案進行技術經濟比較[4]。

4.2.2.1 方案一：雙電源供電，單電源運行方案

該方案是將兩回路10kV 電源接入互為備用，泵站平時運行選擇其中一個回路主供電源供電，當該電源故障或檢修時，通過操作切換至另一路備供電源。兩臺配電站用變壓器互為備用，對泵站輔機設備和管理樓用電設備供電。

電氣主接線運行電壓分為兩級10kV 和0.4kV，10kV母線為單母線分段，共12回路，包括進線隔離開關、進線斷路器、進線計量各2 回路、站用變壓器出線2 回路、母線避雷器及電容器1 回路、母線電壓回路1 回路、高壓無功補償1 回路和電動機母線出線1 回路。5 回路電動機出線接入10kV 電機母線段，10kV 電動機采用斜坡電壓軟起動方式。兩臺站用變壓器容量均250kVA，站變互為備用，0.4kV 側采用單母線接線。

4.2.2.2 方案二：雙電源同時運行方案

該方案是兩路10KV 電源同時供電，每一路電源分別接入兩臺和三臺10kV 電動機和1 臺配電變壓器運行，當其中一路電源故障或檢修時，通過操作將負荷切換至另一路電源。

電氣主結線運行電壓分為兩級10kV 和0.4kV，10kV 母線為單母線分段，共19 個回路，包括進線、計量、電壓保護測量，變壓器出線、電動機出線和母聯開關回路。其中1#、2#、3#電動機和1#站用變壓器接入10kVI 段母線，4#、5#電動機和2#站用變壓器接入10kVII 段母線，10kV 電動機采用斜坡電壓軟起動方式。兩臺站用變壓器容量均315kVA，站變互為備用，0.4kV側采用單母線接線。

方案二的優點是供電可靠性稍高，即使當其中一回路電源故障時，仍能維持至少2 臺的機組設備供電。缺點是接線復雜，操作步驟多，尤其是采用雙電源同時供電，存在安全隱患，易發生誤操作安全事故。從經濟角度考慮，方案二電氣設備較多，相對方案一投資增加約10 萬，年運行費用方面相差不大。

綜上所述，方案一與方案二相比，優點在于技術上較為合理，主要體現在主接線結構清晰，用電安全性高，操作簡便安全，不足之處是一回路電源發生故障切換到另一回路電源恢復投運會出現短暫全站停電。經綜合考慮，本工程電氣主接線推薦選用方案一，即雙電源供電，單電源運行方案。

4.2.3 主要電力設備選擇

短路電流計算所采用的電力系統接線方式為正常供電方式，電力系統容量按Sx=∞考慮，變電站系統末端母線上最大運行方式下短路阻抗約為0.17。泵站短路電流計算點為發生短路電流最大的在10kV 母線，且10kV 母線短路考慮這一母線上所掛的同步電動機在本次短路電流計算時的影響。

基準容量 Sj=100MVA

基準電壓 Uj=10.5kV

基準電流 Ij=5.5kA

本工程10kV 短路電流計算結果如表2 所示：

表2 短路電流計算結果

4.2.4 自動控制和繼電保護

4.2.4.1 自動化監控系統

為滿足整個泵站安全可靠運行，本工程采用以計算機為基礎的監控系統，按照“無人值班、少人值守”的原則設計，綜合利用自動化控制、圖像監視和計算機網絡、通信技術，建立先進的自動化監視和控制系統，在泵站實現現地級和主控級監控，遠期通過通訊與網絡實現和信息監控中心的遙測、遙控、遙訊、遙調功能，提高整個工程的安全性、可靠性，充分發揮工程經濟和社會效益，促進工程管理的科學化、現代化。

泵站計算機監控系統采用全開放分層分布式系統結構，整個系統分為主控級和現地控制級兩層，主控級采用功能分布結構，現地控制級按監控對象設置現地控制單元。

4.2.4.2 繼電保護

為了提高主要電氣設備保護系統的準確性，快速性和可靠性，以及適應泵站自動化監控的要求，本工程采用微機保護系統，10kV 進線和主要設備回路保護均選用數字式保護裝置，泵站的微機保護裝置分別裝在相對應的高壓開關柜中。低壓回路采用斷路器實現短路和過載保護。繼電保護按《繼電保護和安全自動裝置技術規程》要求配置。

4.2.5 通信及信息化

本工程配備普通市話電話機進行調度通訊，設在中控室。按照自動化監控的要求，站內計算機監控系統留有遠程通訊接口，以便遠期實現泵站運行管理、控制等與三防信息中心和區域水利閘（站）群監控中心實現通訊。

5 結語

本工程重建原有排澇泵站和排澇水閘，通過水閘與泵站工程結合，形成完善的排澇系統共同排除雁塔圍內澇水，所采用的技術均為通用、成熟技術，施工及管理上無特殊要求，技術上可行。工程的實施能提高雁塔泵站的排澇能力，使增城區荔城街道雁塔圍的排澇標準達到新的排水專項規劃的要求，為了保證區域排澇安全，減少澇災損失，為工商業和重要基礎設施正常生產運營提供保障。