(山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，太原 030024)

1 工程概況

赤壁水電站位于平順縣北耽車鄉(xiāng)煙駝村旁濁漳河邊，裝機(jī)容量3×2500kW，設(shè)計(jì)水頭32.7m，設(shè)計(jì)流量30m3/s。1984年3月開始建設(shè)，1990年建成投產(chǎn)發(fā)電，設(shè)計(jì)年發(fā)電量3000萬kW·h。該電站建成投產(chǎn)運(yùn)行十余年來，給當(dāng)?shù)氐膰窠?jīng)濟(jì)發(fā)展、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的電力能源，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟(jì)效益和較好的社會效益。

近年來由于徑流量改變，長期在低于設(shè)計(jì)流量的小流量下運(yùn)行，使得水輪機(jī)工作效率下降，不能達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)工況。加之機(jī)組運(yùn)行已十多年，水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備老化，效率下降，不能產(chǎn)生最佳的效益。此次工程技改任務(wù)是拆除一臺水輪發(fā)電機(jī)組，更換為一臺小流量水輪發(fā)電機(jī)組。

2 水力機(jī)械設(shè)計(jì)

2.1 水電站的設(shè)計(jì)參數(shù)

水電站前池水位、尾水位和設(shè)計(jì)水頭均參照原水電站技施設(shè)計(jì)水位，根據(jù)水文專業(yè)計(jì)算結(jié)果，河道徑流量約6.0m3/s，以此作為水電站的設(shè)計(jì)流量。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 原水電站機(jī)組和技改水電站機(jī)組參數(shù)對比

2.2 裝機(jī)及單機(jī)容量的確定

赤壁水電站庫區(qū)位于擬建的淜頭水電站下游，其發(fā)電流量根據(jù)淜頭水電站放水流量確定，淜頭水電站一臺機(jī)組最小放水流量為2.0m3/s，一臺機(jī)組設(shè)計(jì)流量4.0m3/s，經(jīng)過庫區(qū)調(diào)節(jié)后，這些流量都要求能夠利用發(fā)電。根據(jù)對不同裝機(jī)容量和多年平均發(fā)電量、發(fā)電流量、加權(quán)平均水頭等方案的計(jì)算結(jié)果，最終提出裝機(jī)容量為1600kW，改造機(jī)組平均發(fā)電量1058萬kW·h，年利用小時數(shù)6612h。

根據(jù)水能計(jì)算的結(jié)果，結(jié)合機(jī)組選型要求，赤壁水電站技改最終確定電站裝機(jī)一臺，動能參數(shù)為最小流量3.3m3/s、設(shè)計(jì)流量6.0m3/s、設(shè)計(jì)水頭32.7m。經(jīng)計(jì)算最終確定實(shí)際裝機(jī)容量為1600kW。

2.3 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組選擇

2.3.1 水輪機(jī)選型

表2 水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)參數(shù)比選

2.3.2 水輪機(jī)安裝高程確定

Hs——吸出高度,m；

σ——汽蝕系數(shù)，取0.11；

Δσ——汽蝕系數(shù)修正值，取0.04;

H——電站設(shè)計(jì)水頭，取32.7m;

b0——導(dǎo)葉高度，取0.25m。

經(jīng)計(jì)算，安裝高程為543.60m。

《小型水力發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50071—2002)要求最低尾水位淹沒尾水管出口0.5m。因機(jī)組為改造，是在原來舊機(jī)組的位置安裝新的機(jī)組，而進(jìn)水管中心線高程及蝸殼中心線高程都不會變化。因此安裝高程仍與原來安裝高程541.0m相同，并且此安裝高程均低于以上方法的計(jì)算值，滿足設(shè)計(jì)要求。最后確定安裝高程為541.0m。

2.4 調(diào)節(jié)保證計(jì)算

經(jīng)調(diào)保計(jì)算，規(guī)范要求壓力管道水錘壓力上升值允許小于70%～50%，此次計(jì)算結(jié)果為18.8%；機(jī)組速率上升值允許在小于50%的范圍內(nèi)，此次計(jì)算結(jié)果為36.2%。因此本電站調(diào)保計(jì)算結(jié)果滿足要求。

2.5 調(diào)速器及進(jìn)水閥選擇

此次對水輪機(jī)進(jìn)水閥門及配套伸縮節(jié)進(jìn)行更換，拆除舊閥門，更換新閥門，選用D941X-6電動蝶閥。閥門仍安裝在原來位置，公稱直徑與原來一致，為DN1800，公稱壓力為0.6MPa。

2.6 機(jī)組改造方案

經(jīng)咨詢水輪發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家，本著減少投資和減少土建工程量，且能達(dá)到安裝水輪機(jī)的要求，此次技改不對蝸殼進(jìn)行改造，拆除并更換原來的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、活動導(dǎo)葉、頂蓋、控制環(huán)、止水密封、導(dǎo)軸承、油盆等部件。原來水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑1.2m，此次更換為0.95m。其相應(yīng)部件尺寸都會變小。為使原蝸殼滿足現(xiàn)有轉(zhuǎn)輪等的安裝要求，廠家提出了兩種具體做法：一是沿著原蝸殼的固定導(dǎo)葉的翼形延長其長度，并在固定導(dǎo)葉的下部焊接翼板，使其過流面積減小，滿足現(xiàn)有機(jī)組流量的要求，在加工頂蓋時加大其尺寸能與原蝸殼配合安裝；二是要更換原來機(jī)組容量，原來埋在鋼筋混凝土內(nèi)的蝸殼不能滿足新更換機(jī)組的要求，要求拆除蝸殼重新安裝。這就要求鑿除蝸殼周圍的混凝土然后再拆除蝸殼，更換新的蝸殼后，再在其周圍澆筑鋼筋混凝土。經(jīng)對比及結(jié)合實(shí)際情況，采用方案二。

因現(xiàn)有轉(zhuǎn)輪直徑變小，其出口下環(huán)尺寸也會相應(yīng)變小，對應(yīng)的尾水管進(jìn)口的基礎(chǔ)環(huán)進(jìn)口尺寸也相應(yīng)變小，此次對基礎(chǔ)環(huán)進(jìn)行更換，滿足過流及回收能量的要求，提高水輪機(jī)效率。

原發(fā)電機(jī)定子外徑為2.6m，更換為新的發(fā)電機(jī)后，定子外徑為2.15m。這就要求在制作發(fā)電機(jī)時，其基礎(chǔ)要適當(dāng)加大，按照原發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)螺栓孔尺寸制作。這樣在拆除舊發(fā)電機(jī)后，可以在原來的基礎(chǔ)上安裝新的發(fā)電機(jī)，土建尺寸不會相應(yīng)改變。

2.7 電站輔助機(jī)械設(shè)備

2.7.1 供排水系統(tǒng)

a.供水用戶。技改電站用水設(shè)備為發(fā)電機(jī)推力軸承冷卻器、發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承冷卻器、水輪機(jī)導(dǎo)軸承冷卻器以及廠內(nèi)生活用水。

b.水源及取水方式。根據(jù)電站工作水頭，從壓力鋼管取水即可滿足技術(shù)供水水量及壓力要求。在機(jī)組的壓力鋼管進(jìn)水閥前設(shè)技術(shù)供水取水口，后接濾水器，然后接技術(shù)供水總管，分別接入水輪機(jī)導(dǎo)軸承和發(fā)電機(jī)推力導(dǎo)軸承冷卻器。電站生活供水也取自技術(shù)供水總管。

c.濾水器及供水管徑確定。原設(shè)計(jì)為每臺機(jī)組技術(shù)供水支管上安裝一臺手動式濾水器。為滿足此次技改自動化運(yùn)行的要求，更換為3臺全自動濾水器，參與全廠自動控制。技術(shù)供水總管仍采用DN100鋼管。

d.排水系統(tǒng)。廠內(nèi)排水系統(tǒng)包括檢修排水、滲漏排水和機(jī)組冷卻排水系統(tǒng)。

機(jī)組檢修排水：水泵經(jīng)過多年運(yùn)行，泵殼銹蝕嚴(yán)重，滲水嚴(yán)重。此次更換為同流量和揚(yáng)程的立式無密封自控自吸泵。水泵的型號為200KWFB270-20，流量285m3/h，揚(yáng)程18m，配套功率37kW。

發(fā)電機(jī)推力軸承冷卻器、水輪機(jī)導(dǎo)軸承冷卻器均通過自流排至閘門后尾水渠。廠內(nèi)生活排水也通過自流排至集水井。

廠房滲漏水由廠房內(nèi)排水溝匯集至集水井。水泵經(jīng)過多年運(yùn)行，泵殼銹蝕嚴(yán)重，滲水嚴(yán)重。此次更換為同流量和揚(yáng)程的立式無密封自控自吸泵，啟閉無需灌水排除泵殼空氣。水泵的型號為80kWFB50-32，流量45m3/h，揚(yáng)程32m，配套功率15kW。

2.7.2 油系統(tǒng)

a.透平油系統(tǒng)。技改電站透平油用油設(shè)備主要有調(diào)速器、發(fā)電機(jī)推力軸承和水輪機(jī)水導(dǎo)軸承。經(jīng)過多年的運(yùn)行，濾油機(jī)、油泵和油罐已經(jīng)不符全安全運(yùn)行的要求；并且原設(shè)計(jì)透平油和絕緣油共用一臺真空濾油機(jī)，不符合兩種油設(shè)備應(yīng)分開使用的要求。此次對透平油系統(tǒng)全部進(jìn)行更換。

壓力濾油機(jī)一臺，型號為LY-50，過流量50L/min；真空濾油機(jī)一臺，型號ZJCQ-3，過流量50L/min；油泵兩臺，型號為2CY-6/3.3，過流量100L/min。更換3m3油罐兩只，一只為凈油罐，另一只為運(yùn)行油罐。

b.絕緣油系統(tǒng)。技改電站絕緣油用油設(shè)備主要是變壓器。經(jīng)過多年的運(yùn)行，濾油機(jī)、油泵和油罐已經(jīng)不符合安全運(yùn)行的要求。此次對絕緣油系統(tǒng)全部進(jìn)行更換。

壓力濾油機(jī)一臺，型號為LY-50，過流量50L/min；真空濾油機(jī)一臺，型號ZJB3KY，過流量50L/min；油泵兩臺，型號為2CY-6/3.3，過流量100L/min。更換5m3油罐兩只，一只為凈油罐，另一只為運(yùn)行油罐。

2.7.3 壓縮空氣系統(tǒng)

水電站壓縮空氣系統(tǒng)包括高壓供氣系統(tǒng)和低壓供氣系統(tǒng)。經(jīng)過多年運(yùn)行，空壓機(jī)運(yùn)行時振動和噪音很大，并且氣罐也達(dá)不到安全運(yùn)行的要求。

此次對高低壓氣系統(tǒng)全部進(jìn)行更換，高壓空壓機(jī)型號為VF-0.3/30，排氣量0.55m3/min，排氣壓力3.0MPa。在氣罐上安裝一臺壓力變送器，自動控制高壓空壓機(jī)的運(yùn)行。低壓空壓機(jī)選用螺桿式空壓機(jī)，型號為SRC-15SA，排氣量1.5m3/min，排氣壓力0.8MPa。在供氣管路上安裝一臺壓力變送器，自動控制低壓空壓機(jī)的運(yùn)行。

2.7.4 水力監(jiān)視測量系統(tǒng)

水力監(jiān)視測量內(nèi)容包括：上、下游水位監(jiān)測，攔污柵前后壓差、水輪機(jī)工作水頭、軸功率、蝸殼進(jìn)口壓力、尾水管進(jìn)口真空、技術(shù)供水溫度、機(jī)組效率等監(jiān)測。此次將進(jìn)水池和尾水渠的各一套液位計(jì)全部更換為超聲波液位傳感器。

3 結(jié) 語

技改后，赤壁水電站多年平均年發(fā)電量可達(dá)1779萬kW·h，其中改造機(jī)組多年平均發(fā)電量1058萬kW·h，多年平均增加發(fā)電量633萬kW·h，可為當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娞峁┝畠r能源，使工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)快速發(fā)展，效益顯著。