摘 要：密云水库调蓄工程是南水北调北京市内配套工程的一个重要建设项目，对于消纳南水北调来水、实现北京水资源优化配置具有重要作用。密云水库调蓄工程线路总长103 km，总扬程132.85m，主要内容包括9座泵站、节制闸，PCCP管道，泵站水机、电气设备及自动化设备等。9座泵站涉及卧式双吸离心泵、立式轴流泵、立式混流泵等泵型，总装机容量为36320kw。前7级泵站为立式轴流机组及立式混流机组，电机类型均为立式异步电动机，设计扬程1.2至6米，断流方式为真空破坏阀断流。前池进水采用肘形流道进水，后池出水采用虹吸式出水流道出水，按照设计构想是开机前通过真空泵对出水管道抽真空，停机时利用真空破坏阀破坏真空的方式断流，真空破坏阀的动力为压缩空气。
关键词：真空破坏阀；泵站；应用
密云水库调蓄工程自2015年正式运行以来，根据运行实际情况，泵站气系统未能充分利用，在机组调水运行过程中，只是利用压缩空气为主水泵停机时向真空破坏阀供气实现断流。复杂的气系统、诸多的设备闲置为安全调水运行造成了隐患，其主要表现如下：
（1）系统中储气罐及管路为有压设备，储气罐中的有压气体具有强大的膨胀性，一旦泄露，会直接威胁运行人身和泵站设备的安全；
（2）空压机产生的高分贝噪声对工作人员听力造成损害；
（3）虽然作为真空破坏阀的配套设备其使用率很低，但空压机需要长期工作以保持储气罐及管道压力，耗电量多，运行成本高；
（4）压缩空气系统，管路长、闸阀多、控制系统繁琐，维护工作量大；
（5）抽真空设备虽未使用但设备、管道、闸阀都需要每天进行维护；
1、抽真空设备作用及必要性
1-7级泵站设计为虹吸式出水流道，抽真空设备是为了在开启机组时将出水流道内空气抽出形成真空，减少开机阻力，保证能正常开启机组。
根据设计时软启的开机及后来增加的变频启动开机运行，自泵站投入运行至今1-7级泵站在实际运行中，未进行抽真空操作都能顺利的开启机组。且根据站内实际运行情况，在最不利工况下开启机组，站内机组主要参数汇总如下：
通过对实际运行开机参数分析，在最不利工况下且不启动抽真空设备，水泵开机运行，电机实际功率低于电机设计值，并且启动电流都低于允许启动电流，因此，抽真空系统在本工程中没有发挥作用，设置的必要性不大，可以取消。
2、真空破坏作用及造成事故损失分析
1-7级泵站设计为虹吸式出水流道，真空破坏阀作用主要是开机时排气形成真空，停机时进气破坏出水流道真空，起到停机断流，避免造成回流倒。
如果发生事故停机真空破坏阀失去作用，不能及时有效的断流，待运行值班人员到现地人工打开真空破坏阀或打碎真空破坏阀玻璃窗实现断流，这样势必形成回流倒灌，造成机组反转、河水回流、前池渠道水位上涨，针对造成损失分析如下：
2.1 根据前期试验，各级泵站在双机运行的情况下，河道水位上涨1cm所需时间4-17分钟之间，输水量3000-10000cm3，如果发生事故，人工打开真空破坏阀时间在2分钟之内，造成回流量按照最大流量计算，回流水量约为800立方，对于前池十几公里的河道水位上升不足1cm，该水量对前池河道没有影响。
2.2 屯佃泵站、前柳林泵站、埝头泵站、兴寿泵站距出水口约15米处都设置了翻板闸，此段河道最大储水量为900立方，即便全部回流，对前池十几公里的河道水位上升不足1cm，该水量对前池河道没有影响。
2.3、1-7级泵站设计为立式轴流泵，根据厂家提供的资料及咨询，机组反转对水泵、电机没有影响，反转转速不应超过设计转速的2倍。根据现场实际测试，停机后人工打开真空破坏阀至机组完全静止，机组反转转速未到设计转速。
综上分析，即便真空破坏阀不能打开，失去作用，对人身安全、设备安全、水利工程设施安全不会造成影响。
3、泵站气系统改造
在充分了解国内泵站断流设施运用现状的基础上，结合密云水库调蓄工程实际，以前柳林泵站为试点进行气系统改造。
3.1 取消抽真空系统
根据泵站实际运行情况，各种扬程工况下不使用抽真空系统而直接启动，运行一切参数正常，电动机的功率也能保证不使用抽真空系统而直接启动时不超载，取消抽真空系统不会影响泵站的启动运行，因此拆除抽真空系统，减少了潜在的故障点数，同时减少对抽真空设备的维护、检修、折旧和未来的更新。
3.2 压缩空气操作真空破坏阀断流改成电动控制真空破坏阀断流
通过调研，目前已经投入使用自激式差动真空破坏阀的泵站有山东的邓楼泵站，江苏的泗阳泵站，用户反映都很好，南水北调东线二期泵站准备大面积推广应用。
本次改造如更换上述定型产品，需将原有真空破坏阀全部拆除，并且更换费用较高，从经济上考虑不合算，结合泵站实际情况，在原真空破坏阀抽真空管道上加装电磁阀，停机时通过打开电磁阀让空气进入出水流道，破坏出水流道真空实现断流，开机时打开电磁阀排出流道空气，减少启动压力。
3.3 真空破坏阀改造
①原真空破坏阀附属管路、气泵、储气罐、抽真空设备等全部拆除；
②在应急排气孔及抽真空连接处安装两套电动蝶阀，电动阀型号分别为：JGF90-KD3-MF9-200D-16、JGF90-KD3-MF9-125 D-16，电压为220AC，从新敷设电动蝶阀控制及信号线路，控制电源及阀主电源引自机组UPS电源，两接触器控制两阀的开关，两阀的开关状态接入DI。
③在LCU柜内加装断路器及接触器并进行配线，并对LCU触摸屏及上位机个别功能模块进行更改；
原开机流程：合高压断路器→合高压软起（机组运转）→打开真空破坏阀排出流道内空气（延时10秒关闭）→关闭真空破坏阀。
改造后开机流程：合高压断路器→打开电动蝶阀排气（延时30秒关闭）→合高压软启→关闭电动阀。
原停机流程：退出高压软启（机组停转）→打开真空破坏阀让空气进入流道（延迟15秒关闭）→退出高压断路器。
改造后停机流程：打开电动蝶阀排气（延迟30秒关闭）→退出高压软启→退出高压断路器→关闭电动蝶阀。
并在1#、4#机组安装了转速传感器，转速参数通过4-20mA传到LCU及上位机,正常运行数据为248r/min，以便于运行人员检测机组运行转速。
3.4 技术保证措施
①电动闸阀用电取自UPS不间断电源，即便事故停电造成停机，也不影响真空破坏阀开启断流。
②增加进气闸阀1及进气闸阀2的全开、全关状态及机组转速，另外程序修改为两个闸阀中，有一个闸阀损坏（采集不到阀状态数据），可以正常启停机断流，如果两闸阀同时损坏，采集不到数据，虽然不能正常停机，但不影响事故停机。
③如果在正常停机或事故停机时，因闸阀机械故障，两个闸阀都不能正常打开，运行人员可以手动打开闸阀或敲碎玻璃窗，实现进气断流。
结论
通过2年多的实际运行证实，电动真空破坏阀操作简便，使其结构更加简单，操作更加方便，系统运行可靠，在各种工况下开停机正常，机组设备运行安全、平稳，消除了原气系统安全隐患，减少了设备维护工作量，同时也优化了厂房环境，实现了预期目的，可以向低扬程泵站推广。
