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泵站设计实例
泵站设计实例
———————————————————————————————— 作者：
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一、佟庄泵站
（一）建设概况及缘由
侍岭项目区佟庄村地处新沂河南岸，该区地形地势起伏较大,地面高程在２２．60m~18.50m之间,现有耕地2００8亩,地处灌区末稍，灌溉水源紧缺，用水集中时，区内部分水稻田要等其他区域水稻栽插完成,才有水过来,但水位较低,农民采用小机小泵自提灌溉各家各户农田。
现规划在佟庄排涝沟新建佟庄电灌站，提水灌溉农田，泵站下采用低压管道灌溉区内农田。
因此规划新建佟庄泵站，利用佟庄排涝沟回归水,经泵站提灌后进入管道再入各级田间渠道灌溉区内农田。
（二）设计资料
1、设计标准及设计依据
根据江苏省水利厅苏水农[201２］3２号《关于印发〈江苏省小型灌溉泵站建设标准〉（试行）的通知》查得小型提水泵站的设计灌水率为2.0~4.0m３/（s·万亩）,根据该区实际情况以及区内灌溉经验，取设计灌溉模数ｑ灌=2.９m３/（ｓ·万亩）。
2、设计依据
根据《泵站设计规范》（GB ５026５-2010）、《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL48２－２0１１）等进行本次设计。
3、建筑物级别：
根据《水利水电工程等级划分与洪水标准》,佟庄泵站级别为５级，建筑物使用年限为30年。
4、地震设防列度：
按《中国地震动参数区划图》（GB18３06-2015）中的《中国地震动反应谱特征周期区划图》（江苏部分）和《中国地震动峰值加速度区划图》（江苏部分）可知，基本地震设计烈度8度,地震峰值加速度0.２ｇ。
5、设计水位:
根据5．2．1.2节侍岭佟庄低压灌溉管道工程设计中水位推算成果,选取最不利管线，以此推出的水位31．3３ｍ作为泵站出水设计水位,计算泵站扬程。
以排涝沟在灌溉期的低水位作为泵站进水池设计水位,泵站进、出水水位组合如下：
管道进口水位:
３1.３3ｍ。
进水池：
最高水位1９.5０m,设计水位1９.0m,最低水位18.80ｍ。
6、设计流量
根据5.２.1.2节确定该站设计流量:
Q=0.52６ｍ3/s。
泵站工程设计参数情况具体见表5-2６。
表5-26 泵站工程设计参数情况表
序号
名称
性质
灌溉面积（万亩）
灌溉模数（ｍ３/s/万亩）
设计流量（m3/s）
设计净扬程（m）
设计水位（m）
进水水位
出水水位
1
佟庄泵站
新建
0．2008
２．6
0.５2６
12.33
19.0
３1.33
7、工程地质
本次借用附近朱岭支渠地质资料可知,在勘探孔揭露深度范围内，根据时代、成因及物理力学性质，该场地内岩土层可分为3层,兹自上而下分述如下：
①素填土（Q4Ml）:
土黄色,松散,稍湿，为人工堤身填土，土质以粉质粘土为主，含植物根茎,堆积时间超过十年。
②粉质粘土（Ｑ4al）:
灰黄色，硬塑，稍有光泽，局部夹有粉土，中等干强度,中等韧性，土质不均匀，分布较稳定。
③含砂姜粉质粘土（Ｑ3al）:
灰黄色，硬塑～坚硬,稍有光泽，中等干强度，中等韧性，可见较多姜结石，中压缩性，土质不均匀，分布较稳定。
泵室底板高程为1７．６０ｍ,以第③层含砂姜粉质粘土作为基础持力层,基础承载力特征值为fａk=270kｐａ。
表5－27 土层承载力允许值成果表
土层 号
土层描述
容许承载力
[fao]（Kpａ）
０1
素填土
02
粉质粘土
250
03
含砂姜粉质粘土
270
（三）机泵选型
1、扬程计算：
设计净扬程：
H设=出水池设计水位-进水池设计水位=12.33m
最高净扬程：
H最高=出水池最高水位-进水池最低水位=12.53m
最低净扬程:
Ｈ最低=出水池最低水位－进水池最高水位=１1.83m
2、水泵选型
根据该站的要求,设计净扬程H净=12.33ｍ，估计水力损失为净扬程的１0%，则设计总扬程Ｈ总=1.1×12.33=1３.563ｍ,最高总扬程H校核=1３.７５m。
按此扬程查水泵选型样本，拟选用2台350ＨＱ-4０潜水混流泵,转速为１45０r/miｎ,叶片安装角度＋４0，电机功率为45ｋW,单台泵流量为０.2６3m³/s,水泵工作性能参数如下表5－2８。
图5-９水泵性能曲线图
表5-2８ 水泵工作性能参数表
（四）水泵工况点校核
1、管路损失扬程计算
管路阻力参数:
喇叭口
，90°弯头
=0.７0。
∑ξ局=０.9 Ｓ局＝4.96s2／m5
则h局=S局Q2=０.34m
沿程损失计算：
水泵出口接１.5m管路后直接接入灌溉管道,灌溉管理损失扬程已计入低压管道灌溉计算,故此处沿程损失仅计算1.5m泵管。
h程= １0.29LＱ2n2/ｄ5.33＝0．０５ｍ
h损=h程+h局=０．39m
２、扬程校核
设计工况点水泵扬程：
１２.7２m
查水泵样本,此时的扬程处于水泵的高效区，Q=0．2６3ｍ３/s，η=80.１％,选用该泵型满足设计要求。
（五）工程设计
1、总体布置
佟庄泵站位于佟庄排涝沟边,为堤身式布置,正向进水,正向出水,为开敞式，出口接低压管道灌溉主管路。
泵站采用一体化智能泵站,泵房尺寸为2.4×２.4m×２间,采用集成式WPC环保材料。
该站选用2台350HQ-40潜水混流泵,转速为１450r/mｉn,叶片安装角度＋40，电机功率为４5kW。
2泵站进出水建筑物及管路设计
由于本泵站水源主要为佟庄排涝沟回归水，故进水池沿排涝沟一侧开挖,池底高程为18.0m,低于沟底高程０.５m，便于水流汇集;进水池净宽为3．5m,长4.0m;出水部分直接接入低压管道灌溉主管路。
（六）电气设计说明
因泵站装机容量较小，因此采用低压侧计量。
详述如下:
１、接入电力系统方式
佟庄泵站设有２台350ＨＱ-40混流潜水泵，单机功率为45kW，电机电压等级为0.4kV。
本次电气设计用电采用附近现状10kＶ供电线路供电,设计范围为10kV终端杆以下的内容,包括泵站内电动机控制、保护、动力、照明等内容。
2、电气主接线
本工程采用1台主变,电源侧采用单母线接线,电动机低压母线采用单母线分段接线,主变压器的高压侧安装跌落式熔断器,低压侧安装断路器。
考虑到安全因素,采用干式变压器。
3、主变容量选择。
初选1台Ｓ11-M-8０ｋVA－10/0.４kV油浸式变压器，Uｄ%=４.0，D.yn１1，变比为１0／0.４kV。
计量方式采用高供低计方式。
电动机功率为５5kW,启动电流为６.6倍的额定电流，根据电机样本，查得电动机的电气参数如下表5-3０所示：
表５－30 电动机参数表
电动机型号
数量
（台）
额定电流
（Ａ）
额定功率
（ｋＷ）
效率
（%）
功率
因数
总装机容量
（kVA）
Ｙ3１5S－8
1
11４
５5
9２
0．８0
74.73
电动机总装机容量计算公式如下:
=74．73kVA
电动机总装机有功功率P=５9.78kＷ。
=5９.78kW
根据上述计算结果在选择合适的变压器时，同时要考虑到变压器自身的损耗,根据有关设计规程及设计手册，将计算过程列表如下表5－31所示:
表5－３1 全泵站负荷统计
负荷名称
平均功率因数
计算负荷
有功功率
无功功率
视在功率
主电动机计算负荷
0．79
59．78
4４．８3
74．7３
主变低压侧负荷
5９.７８
44.83
74.73
主变损耗
1.25
0.１8５
无功补偿
泵站总计算负荷
61.０3
4５．１0
７4.73
根据变压器样本，选择型号为S１1-Ｍ-8０ｋVA-10／0.4kV油浸式变压器能够满足泵站用电需求，该型号变压器阻抗电压Ud％＝4．0,选用D.yn1１连接,变比为１0/0．4ｋＶ。
本站采用低压计量方式，因为总装机容量小于1００kＶA,根据相关规定无需进行无功补偿。
4、电动机启动方式的确定
根据已确定的设备配置和接线方案,按一台80kＶA的变压器拖动一台电动机运行时的最不利的条件进行计算，母线启动压降为：
=１00×（6.５×1×５5/（0.92×0.8））/（１00×100／4.０） =19．42%
由于采用低压异步电机,电机采用直接启动方式启动电流很大，对电网的冲击非常大,根据上述母线压降计算,母线压降为１9．42%,大于容许的１５%。
因此电机无法直接启动,为此电机配套软启动装置以满足启动要求。
5、控制、保护与测量
电动机额定电流为1１４A，电压等级０．４ｋV，则变压器高、低压侧总额定电流为:
=114Ａ
＝13.74Ａ。
根据控制柜内电气设备元件的外形尺寸，低压控制柜型号选用固定式GGD标准柜。
泵站机组运行采用手动控制方式,直接在开关柜上进行操作。
控制柜内装设软起动装置,确保电机顺利起动。
软起动装置配有缺相、短路、过载保护等装置。
电气测量根据《电测量仪表装置技术规程》要求设置，测量表计选用数字显示仪表。
6、过电压保护及接地
接地网由自然接地体组成，自然接地体由泵站站身内钢筋、出水池底板、梁内钢筋及其它金属构件组成。
同时泵站主厂房屋面四周装设避雷网,中间形成网格，利用建筑物柱内的主筋引下与泵站底板下的接地网相连，形成整个防雷接地系统，整个接地网接地电阻不大于4欧姆。
泵站内所有电气设备的外壳均须与接地网可靠焊接。
7、电工试验设备
泵站配置必要的电气试验设备供平常使用，而每年的电气预防性试验,可委托有电气试验资质的单位进行完成。
8、消防设施
站房内设置1套手提式干粉灭火器，在电缆沟设防火分隔物,进出厂房的电缆通道用防火包封堵,以隔绝火源。
9、电气设备布置
变压器采用室外杆式安装方式，做法应满足《35kＶ及以下客户端变电所建设标准》。
低压开关柜布置在站房内，布置方式应满足相关规范要求。
二、吴庄泵站
（一）建设概况及缘由
吴庄项目区位于新沂河南侧,该区地形地势起伏较大,地面高程在22.60ｍ~18.5０m之间,现有耕地117６亩,地处灌区末稍，灌溉水源紧缺，用水集中时,区内部分水稻田要等其他区域水稻栽插完成，才有水过来,但水位较低,农民采用小机小泵自提灌溉各家各户农田。
现规划新建吴庄泵站,提水灌溉农田，泵站下采用低压管道灌溉区内农田。
因此规划新建吴庄泵站,利用吴庄排涝沟回归水，经泵站提灌后进入管道再入各级田间渠道灌溉区内农田。
（二）设计资料
2、设计标准及设计依据
根据江苏省水利厅苏水农[2０12]32号《关于印发〈江苏省小型灌溉泵站建设标准〉（试行）的通知》查得小型提水泵站的设计灌水率为2.0～４．0m3/（s·万亩）,根据该区实际情况以及区内灌溉经验，取设计灌溉模数q灌=2.9m3/（s·万亩）。
2、设计依据
根据《泵站设计规范》（GB 5０26５-201０）、《灌溉与排水渠系建筑物设计规范》（SL482-2０1１）等进行本次设计。
3、建筑物级别：
根据《水利水电工程等级划分与洪水标准》,佟庄泵站级别为5级,建筑物使用年限为30年。
4、地震设防列度:
按《中国地震动参数区划图》（GB1８３06－20１５）中的《中国地震动反应谱特征周期区划图》（江苏部分）和《中国地震动峰值加速度区划图》（江苏部分）可知，基本地震设计烈度8度，地震峰值加速度0.2g。
5、设计水位：
根据5.２.1.2节侍岭吴庄低压灌溉管道工程设计中水位推算成果,选取最不利管线,以此推出的水位29.18m作为泵站出水设计水位,计算泵站扬程。
以排涝沟在灌溉期的低水位作为泵站进水池设计水位,泵站进、出水水位组合如下：
管道进口水位：
29．18ｍ。
进水池:
最高水位１9.50ｍ,设计水位１９.0m，最低水位18.８０m。
8、设计流量
根据5．2.１.2节确定该站设计流量:
Ｑ=0．２16m３/ｓ。
泵站工程设计参数情况具体见表5-26。
表５-26 泵站工程设计参数情况表
序号
名称
性质
灌溉面积（万亩）
灌溉模数（m３/s/万亩）
设计流量（m3/s）
设计净扬程（m）
设计水位（ｍ）
进水水位
出水水位
1
吴庄泵站
新建
0.1176
2.6
0.2１6
10.18
19．0
29．18
9、工程地质
本次借用附近朱岭支渠地质资料可知,在勘探孔揭露深度范围内,根据时代、成因及物理力学性质,该场地内岩土层可分为３层,兹自上而下分述如下:
①素填土（Q4Mｌ）:
土黄色,松散，稍湿,为人工堤身填土，土质以粉质粘土为主,含植物根茎，堆积时间超过十年。
②粉质粘土（Ｑ４al）:
灰黄色,硬塑，稍有光泽，局部夹有粉土,中等干强度,中等韧性，土质不均匀,分布较稳定。
③含砂姜粉质粘土（Ｑ3al）:
灰黄色,硬塑~坚硬，稍有光泽，中等干强度，中等韧性,可见较多姜结石，中压缩性,土质不均匀,分布较稳定。
泵室底板高程为１7．60m,以第③层含砂姜粉质粘土作为基础持力层,基础承载力特征值为fａk=２70kpa。
表５-27 土层承载力允许值成果表
土 层号
土层描述
容许承载力
[fao]（Kpa）
01
素填土
02
粉质粘土
250
03
含砂姜粉质粘土
２７0
（三）机泵选型
1、扬程计算:
设计净扬程：
Ｈ设＝出水池设计水位－进水池设计水位=１0.１8m
最高净扬程：
H最高=出水池最高水位-进水池最低水位=10.6８m
最低净扬程：
H最低=出水池最低水位-进水池最高水位=9．68m
2、水泵选型
根据该站的要求，设计净扬程H净=10.１8m，估计水力损失为净扬程的10％，则设计总扬程H总=1.1×1０.18=１１.12m。
按此扬程查水泵选型样本,拟选用1台3５０HQ-4０潜水混流泵,转速为１４５0r/min，叶片安装角度00,电机功率为3７kＷ，单台泵流量为0.2１６ｍ³/ｓ,水泵工作性能参数如下表5-2８。
图5-９水泵性能曲线图
表5－28 水泵工作性能参数表
（四）水泵工况点校核
1、管路损失扬程计算
管路阻力参数:
喇叭口
，９0°弯头
=0.70。
∑ξ局=0.9Ｓ局＝4.9６s2/ｍ５
则h局＝S局Q2=0．34m
沿程损失计算：
水泵出口接1.５m管路后直接接入灌溉管道,灌溉管理损失扬程已计入低压管道灌溉计算,故此处沿程损失仅计算1.５ｍ泵管。
h程=1０.29LQ２n2/ｄ5.３３=０.0５m
ｈ损=h程+h局＝0．39ｍ
2、扬程校核
设计工况点水泵扬程：
10.57ｍ
查水泵样本，此时的扬程处于水泵的高效区,Q＝0.216m3／s，η=７9.9％，选用该泵型满足设计要求。
（五）工程设计
1、总体布置
吴庄泵站位于吴庄排涝沟边，为堤身式布置，正向进水，正向出水,为开敞式,出口接低压管道灌溉主管路。
泵房尺寸为４．2×2.４m,采用普通钢筋砼结构。
该站选用1台350HQ－40潜水混流泵，转速为14５0r/min,叶片安装角度０0,电机功率为３7kＷ。
2泵站进出水建筑物及管路设计
由于本泵站水源主要为吴庄排涝沟回归水，故进水池沿排涝沟一侧开挖，池底高程为１８.０m，低于沟底高程0.5m,便于水流汇集；进水池净宽为3.5m,长4.０m；出水部分直接接入低压管道灌溉主管路。
（六）电气设计说明
因泵站装机容量较小，因此采用低压侧计量。
详述如下：
1、接入电力系统方式
吴庄泵站设有１台350HＱ－40混流潜水泵,单机功率为37ｋW,电机电压等级为０.4kV。
本次电气设计用电采用附近现状10kV供电线路供电，设计范围为10kV终端杆以下的内容，包括泵站内电动机控制、保护、动力、照明等内容。
２、电气主接线
本工程采用１台主变,电源侧采用单母线接线，电动机低压母线采用单母线分段接线,主变压器的高压侧安装跌落式熔断器，低压侧安装断路器。
考虑到安全因素，采用干式变压器。
3、主变容量选择。
初选1台S11-M-８0kＶA-１0/０.4kV油浸式变压器,Uｄ%=4.０，D.yn11，变比为10／0．4ｋV。
计量方式采用高供低计方式。
电动机功率为55ｋW，启动电流为6．６倍的额定电流,根据电机样本，查得电动机的电气参数如下表5-3０所示:
表５-30 电动机参数表
电动机型号
数量
（台）
额定电流
（A）
额定功率
（ｋW）
效率
（%）
功率
因数
总装机容量
（kVA）
Y315S-８
1
1１4
５5
92
0.８０
74.７3
电动机总装机容量计算公式如下:
=7４．７3kVA
电动机总装机有功功率Ｐ=５9.78kＷ。
=59.7８ｋＷ
根据上述计算结果在选择合适的变压器时,同时要考虑到变压器自身的损耗，根据有关设计规程及设计手册，将计算过程列表如下表5-31所示：
表5-31 全泵站负荷统计
负荷名称
平均功率因数
计算负荷
有功功率
无功功率
视在功率
主电动机计算负荷
0.７9
59．78
44.８3
74.73
主变低压侧负荷
59．７8
44.83
74.７３
主变损耗
1.２5
0.185
无功补偿
泵站总计算负荷
6１．03
45.1０
74.7３
根据变压器样本,选择型号为Ｓ11-M-８0ｋVＡ-10/0．4kV油浸式变压器能够满足泵站用电需求,该型号变压器阻抗电压Uｄ％=4.0,选用D.yn11连接,变比为10/0.４kＶ。
本站采用低压计量方式,因为总装机容量小于10０ｋVA，根据相关规定无需进行无功补偿。
4、电动机启动方式的确定
根据已确定的设备配置和接线方案，按一台80kVＡ的变压器拖动一台电动机运行时的最不利的条件进行计算，母线启动压降为:
=10０×（6．5×１×５5/（0.92×0.８））/（１００×１00／4.0）＝１9.42%
由于采用低压异步电机，电机采用直接启动方式启动电流很大，对电网的冲击非常大,根据上述母线压降计算,母线压降为19．42%,大于容许的1５％。
因此电机无法直接启动，为此电机配套软启动装置以满足启动要求。
5、控制、保护与测量
电动机额定电流为114A，电压等级0.４ｋＶ，则变压器高、低压侧总额定电流为:
=11４Ａ
=13.７4A。
根据控制柜内电气设备元件的外形尺寸，低压控制柜型号选用固定式GＧD标准柜。
泵站机组运行采用手动控制方式，直接在开关柜上进行操作。
控制柜内装设软起动装置，确保电机顺利起动。
软起动装置配有缺相、短路、过载保护等装置。
电气测量根据《电测量仪表装置技术规程》要求设置，测量表计选用数字显示仪表。
6、过电压保护及接地
接地网由自然接地体组成,自然接地体由泵站站身内钢筋、出水池底板、梁内钢筋及其它金属构件组成。
同时泵站主厂房屋面四周装设避雷网，中间形成网格,利用建筑物柱内的主筋引下与泵站底板下的接地网相连，形成整个防雷接地系统,整个接地网接地电阻不大于4欧姆。
泵站内所有电气设备的外壳均须与接地网可靠焊接。
７、电工试验设备
泵站配置必要的电气试验设备供平常使用,而每年的电气预防性试验,可委托有电气试验资质的单位进行完成。
8、消防设施
站房内设置1套手提式干粉灭火器，在电缆沟设防火分隔物，进出厂房的电缆通道用防火包封堵，以隔绝火源。
9、电气设备布置
变压器采用室外杆式安装方式,做法应满足《35kV及以下客户端变电所建设标准》。
低压开关柜布置在站房内,布置方式应满足相关规范要求。
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