韋光林

(安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州?安順?561000)

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關(guān)山水電站增效擴(kuò)容改造

韋光林

(安順市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，貴州?安順?561000)

1 概 述

關(guān)山水電站位于貴州省鎮(zhèn)寧縣，所在河流為清水河的主源——呀啞河(又稱坐馬河)，其發(fā)源于革利鄉(xiāng)東北的大巖腳，河源分水嶺高程為1 678 m左右。河流由東北向西南流經(jīng)老寨、羅家彎轉(zhuǎn)向南流，于菠蘿寨接納由北而來(lái)的水淹壩河后，再轉(zhuǎn)向西南流經(jīng)呀啞、新寨、納磨、橋邊等地，沿途多有地下水補(bǔ)給，在壩扛附近與右源呀啞河匯合后稱清水河(1987年3月在呀啞河上建成關(guān)山水電站，通過(guò)裁彎取直引水至清水河發(fā)電，使兩源的實(shí)際匯合口下移約3 km至關(guān)山水電站廠房處)。清水河發(fā)源處河床高程1 100 m左右，主河道全長(zhǎng)135.7 km，總落差1 340 m,流域集水面積2 049 km2。電站廠址位于引水壩址下游約1 km處的左岸關(guān)山寨子處，廠址與壩址處區(qū)間集水面積約1.4 km2，廠址處河床高程為903.0 m。

2 現(xiàn)狀與評(píng)價(jià)

關(guān)山水電站壩址以上集水面積為374 km2，其中地表集水面積105 km2，壩址實(shí)測(cè)枯水流量1.48 m3/s。電站已運(yùn)行20多年，運(yùn)行較為平穩(wěn)；據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)際多年平均發(fā)電量約為1 960萬(wàn)kW·h。從電站目前裝機(jī)與來(lái)水量相比，裝機(jī)容量偏于保守，豐水期除電站可滿足外，還有部分棄水。

2.1 水輪機(jī)主要性能參數(shù)和電站實(shí)際不符

在我國(guó)建國(guó)初期所編制的水輪機(jī)模型的轉(zhuǎn)輪型譜中，能夠進(jìn)行選擇的轉(zhuǎn)輪機(jī)型號(hào)偏少，而大多數(shù)的小型水電站在設(shè)計(jì)時(shí)只能采用相似的轉(zhuǎn)輪參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，往往導(dǎo)致水輪機(jī)的主要性能參數(shù)與電站實(shí)際運(yùn)行參數(shù)不符的問(wèn)題。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)單位的水平不足或相關(guān)部門重視的程度不夠，也造成了在一些小水電站中出現(xiàn)了額定轉(zhuǎn)速、額定水頭、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑選擇不當(dāng)，主要性能參數(shù)與實(shí)際參數(shù)不符的問(wèn)題。

隨著近年來(lái)國(guó)家對(duì)水利工作的重視，各地的中小水庫(kù)陸續(xù)進(jìn)行了加固、擴(kuò)建等工程，造成水庫(kù)的運(yùn)行水位與最初設(shè)計(jì)不一致的情況也較為常見(jiàn)。而關(guān)山水電站增效擴(kuò)容改造工程水力機(jī)械設(shè)備主要包括水輪機(jī)及其附屬設(shè)備、水輪發(fā)電機(jī)及其附屬設(shè)備、水力機(jī)組輔助設(shè)備，以現(xiàn)在的技術(shù)條件，可優(yōu)選到較合適的設(shè)備，通過(guò)優(yōu)選后確定水輪機(jī)為2臺(tái)HLA801—WJ—67，水輪發(fā)電機(jī)為2臺(tái)SFW2500—6/1430，調(diào)速器為2臺(tái)LYWT—PLC—1000。

2.2 轉(zhuǎn)定子絕緣老化和燒瓦問(wèn)題

由于水輪發(fā)電機(jī)組已運(yùn)行多年，定轉(zhuǎn)子的絕緣老化現(xiàn)象非常嚴(yán)重，超過(guò)了規(guī)定的使用壽命，不但容易出現(xiàn)接地故障現(xiàn)象，還對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重的威脅；并且由于軸承的制造和安裝的水平比較低，更導(dǎo)致了推力軸承的安全可靠性能不高，使得燒瓦事故常常發(fā)生，因而應(yīng)更新改造。

2.3 水輪機(jī)存在質(zhì)量差和技術(shù)落后的問(wèn)題

我國(guó)從1960年開(kāi)始頒布的一系列型號(hào)的水輪機(jī)目前仍有一些小型水電站在使用。這些水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪技術(shù)水平大多都比較陳舊，效率、轉(zhuǎn)速以及流量等主要性能指標(biāo)相對(duì)較低。同時(shí)，由于這些水輪機(jī)的安全可靠性、制造質(zhì)量也相對(duì)較差，這就造成水輪機(jī)發(fā)電效率低，而且在對(duì)這些水輪機(jī)進(jìn)行修理時(shí)會(huì)造成大量財(cái)力、人力的浪費(fèi)。

2.4 電氣設(shè)備和水輪機(jī)之間不配套的問(wèn)題

在水電站中，由于電氣設(shè)備和水輪機(jī)并不配套，使得發(fā)電機(jī)額定容量和水輪機(jī)的輸出功率并不相符。如容量大于輸出功率，則導(dǎo)致了水電站的設(shè)計(jì)效率受到限制，在發(fā)電時(shí)會(huì)出現(xiàn)不正常的棄水現(xiàn)象；如容量小于輸出功率，則既加大了水輪機(jī)運(yùn)行的損耗，又浪費(fèi)了發(fā)電機(jī)的容量。

3 增效擴(kuò)容的必要性

3.1 河流規(guī)劃及上下游梯級(jí)電站的銜接情況

關(guān)山水電站的特殊位置決定了其形式的特殊性，即為引水式水力發(fā)電站，通過(guò)修建取水壩引水，經(jīng)過(guò)暗渠、引水隧洞、壓力前池，再由壓力管道引至六志河與呀啞河交匯處右岸，然后修建廠房發(fā)電。該電站為呀啞河支流上規(guī)劃建設(shè)的1座電站，其上游為村寨及農(nóng)田，下游為與六志河匯合后的紅辣河。而紅辣河規(guī)劃主要是對(duì)其干流上未建設(shè)的落務(wù)、八大、樂(lè)云、板巖電站和已建的落凹、發(fā)艾、安定、翁元進(jìn)行水能資源開(kāi)發(fā)，確定其開(kāi)發(fā)方式及規(guī)模，其上游六志河及呀啞河維持原規(guī)劃建設(shè)4座引水式電站，六志河為下河頭、六志、弄貫3座，呀啞河為關(guān)山1座。由于支流上的電站均為無(wú)調(diào)節(jié)引水式電站，且各電站相距較遠(yuǎn)，上、下游水位無(wú)連接關(guān)系，故電站改造不會(huì)影響上下游的梯級(jí)電站。

3.2 必要性

關(guān)山水電站自1987年并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行至今，歷經(jīng)了我國(guó)從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)到市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)軌過(guò)程。電站在區(qū)域電網(wǎng)中的作用不容小視，擔(dān)負(fù)著區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷供電的重任。電站目前裝機(jī)容量與來(lái)水量相比，裝機(jī)容量設(shè)計(jì)偏于保守，特別是在豐水期有大量棄水(每年的5—10月，全年降水的70%～80%多集中在此期間)。

4 增效擴(kuò)容改造主要形式

4.1 明確增效擴(kuò)容改造設(shè)計(jì)方案

經(jīng)復(fù)核分析計(jì)算，關(guān)山水電站增效擴(kuò)容改造后，引水壩壩高滿足現(xiàn)行防洪標(biāo)準(zhǔn)抗洪要求，取水口能滿足取水流量要求，引水暗渠及隧洞通過(guò)改造后能滿足過(guò)流量要求，前池能滿足調(diào)節(jié)水量要求，壓力管道增大流速后可滿足過(guò)流要求，廠房尺寸能滿足改造后機(jī)組安裝運(yùn)行要求。經(jīng)方案分析比選，本次增效擴(kuò)容改造主要內(nèi)容是對(duì)引水暗渠及隧洞進(jìn)行抹面降糙，對(duì)水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、變電設(shè)備及相應(yīng)輔助設(shè)備設(shè)施進(jìn)行更新改造，對(duì)蝶閥、閘門、啟閉機(jī)、攔污柵等金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備進(jìn)行更換，對(duì)電站廠房進(jìn)行維修改造，完善管理設(shè)施，增設(shè)必要的工情及水情監(jiān)測(cè)設(shè)施。關(guān)山水電站增效擴(kuò)容改造后，總裝機(jī)容量為2×2 500 kW，設(shè)計(jì)年保證出力(保證率P=90%)760 萬(wàn)kW，年發(fā)電量2 430 萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)4 860 h。具體應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)要求：

(1)在原有建筑物能安全或經(jīng)適當(dāng)處理后能安全運(yùn)行的情況下，盡可能利用原有建筑物，減少拆除重建重復(fù)投資，充分利用現(xiàn)有資源。

(2)對(duì)動(dòng)力引水渠道進(jìn)行改造降糙，使渠道、前池運(yùn)行水深小于原設(shè)計(jì)運(yùn)行水深，保證渠道、前池能安全運(yùn)行，減少工程建設(shè)投資。

(3)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組及附屬設(shè)備不進(jìn)行打包集中采購(gòu)，采取分散配置采購(gòu)，優(yōu)選各專業(yè)化較優(yōu)的設(shè)備進(jìn)行匹配組合，使各設(shè)備在高效率區(qū)運(yùn)行，減小資源損耗。

(4)在不改變?cè)鲝S房尺寸、結(jié)構(gòu)的情況下，調(diào)整水輪發(fā)電機(jī)組及附屬設(shè)備布置，改變其常規(guī)布置模式，以滿足運(yùn)行管理空間和檢修的要求；在副廠房?jī)?nèi)安裝現(xiàn)行自動(dòng)化管理設(shè)施設(shè)備，以滿足自動(dòng)化管理運(yùn)行要求。

4.2 機(jī)組增容改造方式

由于水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)是在兩個(gè)不同的范圍之中，而且各自的技術(shù)發(fā)展也各不相同；并且，由于水輪機(jī)在水輪發(fā)電機(jī)組中起到了原動(dòng)機(jī)的功能，因而水輪機(jī)對(duì)機(jī)組運(yùn)行效率的影響比發(fā)電機(jī)更加明顯。本次工程設(shè)計(jì)主要是增效擴(kuò)容改造，選擇裝機(jī)容量時(shí)，應(yīng)在復(fù)核原有水能資源的情況下，結(jié)合現(xiàn)有水工建筑物的尺寸，考慮裝機(jī)容量保證出力、年利用小時(shí)數(shù)的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)狀況及河流徑流特性(主要在汛期發(fā)電)等綜合因素確定。

5 結(jié) 語(yǔ)

總之，在對(duì)現(xiàn)有小水電站水輪發(fā)電機(jī)組增容改造的技改中，要充分利用水資源這一可再生能源，盡量利用原有建筑物，減少對(duì)原有建筑物的拆除重建。根據(jù)各個(gè)地方小水電站的實(shí)際發(fā)展情況，在符合國(guó)家節(jié)能減排的原則下，為水電站取得實(shí)實(shí)在在的技改成效和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 潘登星.探析農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造技術(shù)工作實(shí)踐[J].黑龍江水利科技,2015,43(2):85_86.

[2] 陳曉蓉.關(guān)于農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造安全管理的探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(15):153.

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責(zé)任編輯 吳 昊

2015-05-12

韋光林(1970-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程勘察設(shè)計(jì)方面的工作。