某水電站增效擴容改造初步設計報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 基本依據和基礎資料 ..................................................................................................................................... 73 財務評價 ......................................................................................................................................................... 73 國民經濟評價 ................................................................................................................................................. 74 評價結論 .......................................................................................................................................................... 74 1 1 綜合說明 現狀分析與評價 工程 基本情況 XX 河水閘位于湘江一級支流紫水 XX 河上游 XX 縣大廟口境內，距 XX 縣城 35 km，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電等綜合利用的水利工程。設計灌溉面積 萬畝，防洪保護農田 萬畝、人口 15000 人 。水閘電站廠房 2 處， 總裝機容量為 825kw。 XX 河水閘建于 1967 年，主要由壩內引水涵管、攔河閘、沖砂底孔、壩后 電站廠房等建筑物組成。 攔河壩為漿砌石重力壩，由溢流壩段和非溢流壩段組成，總長 。非溢流壩段分為左、右岸壩段，左岸擋水壩段長 ，壩頂高程 ，壩頂寬 ，最大壩高 。右岸廠房壩段長 ，壩頂高程 。 溢流段總長 ，溢流前緣凈寬 ，堰頂高程 ，最大堰高 。堰面為 WES 曲線，下接 1: 的直線段，下游采用挑流消能，反弧半徑 7m，挑射角 25176。，挑流鼻坎高程 ，鼻坎寬度 。 在大壩迎水面設置有混凝土防滲面板，防 滲板由多次加固而成，各處厚度不一，頂部至 264m 高程，厚約 ，向下逐漸變薄，至 厚僅 ，至 厚皆為，從 至壩基約 。防滲面板設計標號 C15，面板布有Φ 6 溫度鋼筋，縱橫間距各為 30cm。整個防滲面板設有 1 條伸縮縫。 溢流面設有厚 的 C20 砼溢流面板，面板里布置有Φ 12 溫度鋼筋，縱橫間距均為 30cm。 沖砂底孔布置于大壩左端，進口底板高程 ，斷面為城門型，寬 1m，直墻高1m，園拱半徑為 ，涵身與壩軸線垂直線成左偏 15176。夾角。整個涵身才 用石灰石粗條石砌筑而成，管長 28m，目前已封堵廢棄。 原發電引水管（即低涵）位于溢流壩的右端，為直徑 1m的鋼筋混凝土壓力管，進口高程 ，管長 ，進口 長與壩軸線垂直，后 右轉 24176。，管身為砼預制管，管壁厚 。進口設鋼質平板直升式檢修閘門，由 15T 手搖絲桿啟閉機啟閉。 1987 年新建發電輸水涵后，已將此涵變為了沖砂底孔。 2 灌溉引水管（即高涵）位于大壩左端，為漿砌石箱型涵，進口高程 ，斷面尺寸為 。進口設鋼質平板直升式工作閘門，由 5T 手搖絲 桿啟閉機啟閉。 1987 年新建發電、灌溉引水涵管位于大壩右端，進口高程 ，為鋼筋砼襯砌的圓管，主管直徑 ，出口分為三根岔管， 2 根發電管，管內徑為 ， 1 根灌溉管，管內徑為 。涵管進口設鋼質平板直升式工作閘門，由 5T 手搖絲桿啟閉機啟閉。 電站廠房 2 處，其中 壩后電站 裝機容量為 2*250kw，發電尾水進入河床，電站設計水頭 。 渠首電站裝機容量為 200+125kw，發電尾水進入引水渠，電站設計水頭17m。 電站水輪發電機組 目前 已運行 30 多 年，由于水輪機過流部件受高速含沙水流的沖擊、 空蝕磨蝕破壞較嚴重，輔助設備老化，近年來出現了較多的問題，機組效率大幅降低，發電量逐年減少，電站設計年發電量 220 萬 kwh，近 10 年來實際最高年 發 電量 198萬 kwh（ 2021 年） ，最低年 發 電量 102 萬 kwh（ 2021 年） ，年均發 電量 萬 kwh。 電站運行現狀 XX 河壩 電站設計裝機 4 臺，總容量 825 kw。經現場檢查和查閱資料，電站運行現狀歸納如下： ⑴ 電站水工建筑物陳舊，但基本能滿足發電運行要求。 ⑵ 機組出力效率明顯降低。 目前電站 1機組是上世紀 80 年代的產品，運行至今已有 30 多 年，現 出力只有 60%左右 。壩后電站 2機組容量 200Kw，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力 150 kw，且發電機在出力 140kw 左右發熱嚴重，機組效率水平為 75%；3機組存在與 2機同樣現象，在設計水頭工況（設計水頭 Hr=17m 時）最大出力 200 kw，機組效率水平為 80%。近年來，由于機組空蝕磨蝕嚴重，設備老化等因素，機組出力逐年下降，目前，在水庫處正常水位，水輪機過額定設計流量時， 4機組出力 200 kw 左右，機組出力降低 15~20%左右，機組效率水平已低于 75%。 ⑶ 水輪機組檢修工作量逐年增大。機組都存在振動 過大，檢修難度大，費用過高，同時造成設備臨檢而不能發電；廠家制造工藝較差，機組水導處止水密封漏水嚴重，水導油盆經常進水，水軸頸及軸瓦磨損嚴重造成水導振擺過大，每年的檢修費用很大。 ⑷ 機組和電氣設備已超過使用期限，嚴重老化，故障率高。發電機組、主變壓器、控制保護設備、起重設備都是上世紀 70 年代出廠產品，老化嚴重，有些配件已難以采購，電站雖能勉強維持運轉，但故障率高，運行狀況差，維修任務大，停電時間長，急需要更新改造。 3 電站存在的主要問題 XX 河壩 電站自 1979 年投產以來，已運行 30 多年，鑒 于電站建設時機電設備的制造技術水平較低，以及運行時間長，設備老化磨損嚴重，電站主要在設備方面存在諸多問題。 ⑴ 水輪機空蝕、磨蝕破壞嚴重 ① 水輪機轉輪葉片磨損嚴重。水輪機轉輪的材質為普通碳鋼，抗空蝕能力低，目前，檢查發現葉片及下環的空蝕和泥沙磨損較嚴重，葉片背面的空蝕部位已被氣蝕成蜂窩狀。 ② 轉輪密封間隙過大。由于水軸頸及軸瓦磨損嚴重造成水導振擺過大，既造成較大的容積損失，同時又造成設備臨檢而不能發電。 ⑵ 機組出力、效率逐年下降 由于上世紀早期編制的水輪機模型轉輪型譜中可供各水頭段選用的轉輪型號少，電站只能 “套用 ”相近轉輪；其主要能量指標 (單位流量、單位轉速、模型效率 )都比較低。因而使機組偏離電站實際運行參數，導致水輪機偏離高效率區，造成機組運行的平均效率低、耗水量大，水能資源未能得到充分利用的。 本電站水輪機組新機時的效率大約為80%，由于水輪機通流部件空蝕、磨蝕導致的水力損失逐漸增大，目前機組效率已大幅下降。 ⑶ XX 河壩 電站原調速器型號為 YT 系列，經過多年運行，調速器控制元件磨損老化、調節失靈；調速器是上世紀中生產的老式產品，備品備件無處采購，修復難度很大?，F全部更換為微機調速器，型號 YWT 系列，調速功 300600kgm。 ⑷ 電氣設備老化，故障率高。電站主變壓器三臺，型號分別為 S7315/400V2 臺 和S7400/400V，均是上世紀 80 年代產品；高壓開關柜、控制保護設備都是老式產品，繼電器、控制儀表、測量儀表全部是機械式產品，技術水平低，且運行時間長，已嚴重老化，運行中故障率高，耗電量大，既不安全，又不節能，難以適應電站安全經濟運行要求。 電站綜合能效評價 電站水能利用評價 XX 河水閘閘址以上控制集雨面積 , 干流長度 ，干 流坡降 44‰。 多年平均降雨量 1715mm， 多年平均蒸發量 。電站設計裝機 825kw，設計多年平均發電站 220 萬 kwh， 2021~2021 年電站實際年平均發電量 萬度。根據電站水4 能計算， XX 河壩 電站 壩址 控制 集雨面積 ， 多年平均流量 ，水能利用率僅 60%左右。由此可見 ，本站 水能利用率是很低的， 對 XX 河壩 電站增效擴容改造十分必要。 機組運行效率評價 目前電站 1機組水輪機型號為 ZD661LMY60，配套發電機型號為 TSN59/418，額定轉速 750r/min， 額定功率 125kw， 額定功 率因數 （滯后），額定電壓 ，湖南 XX 縣水電設備 廠出品，為 1972 年 9 月的 產品，運行至今已有 30 年，現出力只有 50%左右，達到了報廢標準。 2機組容量 200Kw，水輪機型號均為 HL123WJ50，配套發電機型號為 TSWN85/3，額定轉速 750r/min， 額定功率 200kw， 額定功率因數 （滯后），額定電壓 ， 2 臺水輪發電機組均為 邵陽市 水 輪發電機 廠 1979 年的 產品，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力 150 kw，且發電機在出力 140kw 左右發熱嚴重，壩后電站 4機組容量 250Kw，水輪機型號均為 HL260WJ60，配套發電機型號為 TSWN9019，額定轉速 750r/min，額定功率因數 （滯后），額定電壓 ， 2 臺水輪發電機組均為為 邵陽市 水 輪發電機 廠 1979 年的 產品，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力 200 kw，且發電機在出力 210kw 左右發熱嚴重，機組效率水平為 80%。 由于機組出力效率低，單位電能耗水率大大增加，電站發電量大幅度減少，嚴重影響了電站經濟效益的發揮。 電站增效擴容的可行性評價 XX 河壩 電站設計裝機 825kw，設計多年平均發電站 220 萬 kwh， 2021~2021 年電站實際年平均發電量 萬度。通過技術改造，電站裝機容量為 1000kw，多年平均發電量可達 萬 kwh，比原設計年增加發電量 萬 kwh，增加比例為 32%；比2021~2021 年電站實際年平均發電量 萬度增加發電量 萬 kwh，增加比例為%。 ⑴ 水量能滿足增發電量要求。 XX 河壩 電站發電多年平均可用水量 6528 萬 m3，改造后發電量 萬 kwh，需要供水量 4587 萬 m3。 ⑵ 引水建筑物能滿足輸送流量要求。發電輸水涵洞位于非溢流壩的右壩段，為鋼筋砼圓形涵 管，內徑為 ，長 25m，進口底板高程為 ，原設計引用流量 6m3/s，設計流速為 ，擴容后設計引用流量 6m3/s，流速為 ，屬經濟流速范圍，無需改造。 ⑶ 廠房及升壓站建筑物結構尺寸能滿足技術改造要求。本次技術改造水輪發電機組5 臺數 減小 1 臺， 主變壓器臺數不 變 ，高低壓配電屏柜及輔助設備臺數與原來基本相同，控制保護采用微機自動化裝置，屏柜臺 數還有所減少，廠房及升壓站原有建筑物結構及尺寸都能滿足改造要求。 ⑷ 更換水輪發電機組，出力效率會大幅度提高。原有 4水輪機組因老化磨蝕 嚴重，出力效率降至 77%左右，更換新機組后，機組綜合出力效率可達到 92%，與現狀相比，機組出力效率可增加 15%。 ⑹ 電量上網不存在問題。 XX 河壩 電站電力輸入 XX 縣電網， XX 縣電網與湖南省電網已連網。 XX 縣電網電力總裝機容量達到 100MW，用電負荷達到 116MW，年用電量達到 6 億 kwh。 XX 河壩 電站改造后比原設計年增加電量約 70 萬 kwh，對電網影響微小，且電站有水庫調節，發電穩定，是優質電，電網將優先接納，故增效改造后增加電量上網不存在問題。 從以上分析說明， XX 河壩 電站進行增效改造的條件基本上能滿足，所以， 對 XX河壩 電站進行增效擴容改造是可行的。 電站技術改造目標與內容 電站技術改造目標 XX 河壩 電站增效擴容改造主要目標為： ⑴ 通過增效擴容改造 ，消除電站安全隱患， 減小不合理的裝機， 提高電站經濟效益 ； ⑵ 水輪發電機組綜合效率由原設計 82%提高到 90%； ⑶ 多年平均發電量由原設計 250 萬 kwh 增加到 萬 kwh，增加發電量 萬kWh，增加比例為 32%。較改造前 10 年實際平均年發電量 年 kwh增加發電量 萬 kwh，增加比例為 %。 電站技術改造內容 電站技 術改造主要項目如下： （一）水力機械 ⑴ 水輪機改造。水輪機更換 3 臺 ，拆除 1 臺 。 ⑵ 發電機更換。發電機更換 3 臺 ，拆除 1 臺 。 ⑶ 水輪機調速器更換。調速器 3 臺 ，拆除 1 臺 。 ⑷ 油、氣、水系統設備及管路更換。 （二）電氣設備更新改造 ⑴ 高低壓配電裝置更換。包括 廠用變、 10KV 高壓開關柜、 400V 低壓配電6 屏。 ⑵ 控制保護設備更換。包括發電機組及調速器機旁屏柜、微機控制保護裝置、微機監控裝置、自動化裝置、直流系統裝置、工業電視裝置、通信系統裝置等。 ⑶ 升壓站設備更換。包括主變壓器 3 臺、斷路器、電壓互感器、電流 互感器、隔離開關、避雷器等。 水文 流域概況 XX 河 壩 位于湘江一級支流紫水河上游， ，地處 XX 縣 大廟口 境內，距 XX 縣 35km。閘址以上