姜　妍

(三明市水電工作站， 福建三明365000)

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瑯口水電站增效擴容改造方案淺析

姜妍

(三明市水電工作站， 福建三明365000)

2011年，福建省三明市開始啟動農村水電增效擴容改造工作，“十二五”期間共對73座農村水電站進行了增效擴容改造。農村水電增效擴容改造項目的實施，提高了水能資源利用效率，提升了自動化水平，改善了電站運行環(huán)境，增強了電站安全可靠性。沙縣瑯口水電站是73座農村水電站進行增效擴容改造電站之一，該電站由于多年運行，設備設施老化，效率減退，安全可靠性下降，增效擴容改造十分必要。增效擴容改造設計總裝機容量為2×2 500 kW，新增裝機容量200 kW，水輪發(fā)電機組綜合效率提高到87.43%，發(fā)電量新增27.5%，安全可靠性和自動化水平明顯提高，改造順利完成，達到設計要求。表3個。

水電站；增容改造；改造方案

1　工程概況

瑯口水電站位于閩江流域沙溪水系豆士溪支流上，福建省沙縣虬江街道辦瑯口村境內，引水式開發(fā)，是豆士溪水力發(fā)電梯級開發(fā)的最末級。電站壩址以上流域面積286 km2，建于20世紀80年代中期。豆士溪水力發(fā)電梯級開發(fā)的第一級為官昌水庫電站，中型水庫，總庫容2 440.0萬 m3，年調節(jié)性能，調節(jié)下游各梯級水電站?，樋谒娬竟こ虨棰醯裙こ?，小(2)型規(guī)模，主要建筑物為5級，由攔河壩、溢洪道、發(fā)電引水系統、廠房及升壓站等組成。大壩按20年一遇洪水設計，100年一遇洪水校核，廠房按20年一遇洪水設計，50年一遇洪水校核。攔河壩為埋石混凝土重力壩，壩頂長50.0 m，最大壩高9.0 m，壩前正常蓄水位為179.3 m，壩頂自由溢流，溢流凈寬40.0 m。發(fā)電引水系統由引水明渠、隧洞、渡槽、壓力前池、壓力鋼管組成，引水建筑總長7.0 km，設計過水能力9.8 m3/s，壓力前池長50 m×寬20 m×深4.5 m，正常蓄水位為171.1 m，壓力鋼管長169.0 m，內徑φ1 800。電站總裝機容量2×2 400 kW，廠房安裝2臺混流式水輪發(fā)電機組，水輪機為HL702—WJ—71型, 設計流量9.5 m3/s,設計水頭64 m；發(fā)電機為SFW2—k—2400—8/1830型,設計年發(fā)電量1 999萬 kW·h，年利用小時為4 165 h。升壓站設主變1臺SL7—5000/38.5型，近區(qū)變1臺SL7—1600/10.5型。

2　必要性及改造主要內容

2.1改造的必要性

瑯口水電站自80年代中期投產發(fā)電以來已有26 a之久，其水工建筑物、機電設備和金屬結構都有不同程度的老化，水能資源利用率下降；特別是水輪發(fā)電機組及電氣設備的老化，效率降低，嚴重影響機組出力和安全運行，近幾年來更是每況愈下。電站改造前近5 a運行情況統計如下所示(見表1)：

表1　瑯口水電站改造前近5 a運行情況

為了提高水能資源利用效率，提升設備自動化水平，增強電站安全可靠性及改善電站運行環(huán)境，對電站進行增效擴容改造十分必要。

2.2改造的主要內容

根據國家財政部、水利部關于印發(fā)《農村水電增效擴容改造財政補助資金管理暫行辦法》的通知(財建〔2011〕504號)對農村水電增效擴容改造的定義：農村水電增效擴容改造是指以提高綜合能效和安全性能，增加發(fā)電能力，推進流域梯級優(yōu)化調度為目的，在不增加原有機組臺數的基礎上對老舊農村水電站機電設備和配套設施進行的更新改造。結合瑯口水電站的實際現狀情況，增效擴容改造主要內容為：

(1)對引水明渠、隧洞進行清淤，部分渠墻進行加高、加固和防滲處理；廠房設備基礎開挖恢復工程和墻體及地面裝修；升壓站土建改造。

(2)更換水輪機及其輔助設備，更換發(fā)電機、更換主變和其他電氣設備，自動化系統改造。

(3)更換前池進水口攔污柵。

(4)升壓站配電設備、接地體改造。

3　增效擴容改造方案

瑯口水電站為引水式電站，引水系統長達7.0 km，水工建筑物不宜進行大范圍改造，壓力前池正常蓄水位保持不變，電站下游設計尾水位亦不變，僅對引水系統做清淤及部分渠段加固防滲處理，保證過水能力。要達到國家財政部、水利部規(guī)定的改造后以電量計算的增效擴容潛力需增加20%以上，額定工況下水輪發(fā)電機組的綜合效率應達到75%以上的要求，裝機容量及水輪機機型選擇極為重要；這也是本次增效擴容改造的關鍵，直接決定增效擴容改造的成敗。

3.1電站裝機容量的選擇及臺數

按照農村水電增效擴容改造應符合“科學性、合理性、經濟性”的要求，電站力求在原水工建筑物基本不變的情況下進行增效擴容更新改造。通過對原有機組基礎尺寸進行實地測量，并結合多年運行情況，在水文分析計算及水能復核的基礎上，根據水輪機運轉特性曲線按流量和凈水頭采用相應水輪機效率計算電站日平均出力和電量(見表2)。

表2　裝機容量方案比較

通過技術經濟比較，裝機5 000 kW方案單位電能投資在各方案中最優(yōu)，雖然裝機利用小時數仍較高，但由于再擴大裝機需要對引水系統進行大幅度改造，引水系統長，水工建筑物投資大，對水土保持和生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，有違增效擴容改造經濟合理、環(huán)保精神。結合保護生態(tài)環(huán)境考慮因素和從合理利用水力資源的角度出發(fā)，本次改造確定瑯口水電站裝機容量為5 000 kW，擴容200 kW，機組臺數不變，為2臺。

3.2水輪機機型選擇

結合瑯口水電站特點，水輪機機型選擇主要考慮的因素有：水輪機工作水頭范圍適合電站的工作水頭范圍；水輪機型號合理，過流恰當且效率高；合理利用水能資源；滿足引水道過流能力和廠房尺寸要求；盡量利用原機座及尾水管，不做大的改動。

瑯口水電站上游有中型水庫年調節(jié)，水電站工作水頭范圍60.0～67.9 m，對照水利部關于印發(fā)《農村水電增效擴容改造項目機電設備選用指導意見》的通知(水電〔2011〕438號)要求，根據對該水頭段及流量機組機型分析及以上提出的機型選擇考慮的主要因素，選擇HLA630—WJ—80和HL220—WJ—71混流式水輪機進行比較(見表3)。

表3　水輪機機型選擇比較

從表3可以看出，HLA630—WJ—80機型的效率高于HL220—WJ—71機型，雖然價格略高，但更能夠滿足前述水輪機機型選擇考慮的主要要求，本次增效擴容改造選擇HLA630—WJ—80機型。

3.3水工建筑物改造

本次改造設計發(fā)電引用流量為9.34 m3/s，引水系統過水能力為9.8 m3/s，滿足要求。通過現場踏勘和復核，攔河壩處進水口不改造，滿足要求，僅對7.0 km長的引水系統(其中隧洞4座，長度1 453 m；渡槽3座，長度149.0 m；明渠長度5 398 m)進行清淤，對部分渠墻進行加固、加高，對漏水點進行防滲處理；對廠房設備基礎混凝土局部開挖和恢復工程，對廠房墻體及地面進行裝修。升壓站改造采用C20混凝土變壓器墩、儲油坑、排油管道，修復升壓站圍墻大門。

3.4水輪發(fā)電機組改造

瑯口水電站為引水式電站，上游有龍頭水庫調節(jié)，工作水頭范圍60.0～67.9 m，設計引用流量9.34 m3/s。經以上綜合比較選擇了2臺HLA630—WJ—80型水輪機，轉輪直徑80 cm，額定水頭64.0 m，額定流量4.67 m3/s，額定轉速750.00 r/min，額定點效率90.7%，額定出力2 660 kW。

對照水利部關于印發(fā)《農村水電增效擴容改造項目機電設備選用指導意見》的通知(水電〔2011〕438號)要求，選配2臺SFW2500—8/1730型發(fā)電機，額定出力2 500 kW，額定點效率96.4%，額定電壓6.3 kV，額定轉速750.00 r/min，飛逸轉速1 452 r/min，頻率50 Hz，功率因數0.8，絕緣等級為B級，定子繞組為星型接法，冷卻方式為管道通風。

3.5調速器及蝴蝶閥改造

電站原采用YT—1000機械式調速器，本次更換為YWT—1000微機調速器，滿足微機監(jiān)控、操作的要求。

電站原進水主閥采用型號為D941H—16(φ1 000)的手、電動操作蝴蝶閥，閘閥全關時有漏水現象，本次更換為1250HD7s41H—16C重錘式自動保壓鎖定型液控蝴蝶閥，并配電動旁通閥。

3.6升壓站改造

淘汰原主變1臺SL7—5000/38.5型和近區(qū)變1臺SL7—1600/10.5型老式高耗能鋁芯變壓器，安裝1臺主變型號為S11—6300/38.5節(jié)能型變壓器。近區(qū)工廠用電已改為電網供電，因此取消了近區(qū)變。同時，補充埋設接地體，降低接地電阻，設置均壓帶，采用高阻率材料敷面，確保人員安全。

3.7電氣一次設備改造

電氣主接線仍采用單母線不分段接線方案。本次改造除了更換電纜線外，還將GBC—35型開關柜更換為JYN1—40.5型開關柜，配用ZN85—40.5/1250真空斷路器；將GG—1A型開關柜更換為KYN44—12(Z)型開關柜，配用VS1—12真空斷路器；采用JDJJF2—35電壓互感器取代JDJJ2—35電壓互感器，提高電量測量與計量的精確度。

電站原配電裝置中采用老式閥型避雷器，設備老化、可靠性低，接地系統中接地裝置腐爛，接地電阻高，升壓站內未設置均壓網，未采用高阻率材料鋪面，對設備及人身安全有一定的威脅。本次改造采取主變低壓中性點不接地，發(fā)電機中性點經氧化鋅避雷器接地。為防止雷電侵入波的影響，在6.3、35 kV配電裝置母線及線路安裝氧化鋅避雷器，以實現配電裝置過電壓保護。主變戶外安裝場地緊挨主廠房旁邊且比較矮，廠房屋頂及帶避雷線的線路桿塔比較高，滿足防雷保護要求，因此不再設立獨立的避雷針。主、副廠房利用其原有屋面板鋼筋及其引下線與全廠接地裝置連接，以保護建筑物免受雷擊。全廠接地設計充分利用現有接地體，補充設置一定數量的新人工接地體，以提高接地體的可靠性，降低接地電阻。所有電氣設備均按規(guī)程規(guī)定可靠接地，全廠接地電阻值小于1 Ω。

3.8微機監(jiān)控系統及電氣二次設備改造

計算機監(jiān)控系統改造按照“少人值守”的原則設置，采用全分層分布開放式網絡結構，由電站控制層和現地控制保護層等組成，采用組屏方式安裝，中控室集中監(jiān)控。

計算機監(jiān)控系統采用先進成熟的硬件、軟件及網絡技術，能夠與調速器、勵磁、同期裝置、保護和低壓智能開關等廠內智能設備進行通信，并預留遠方調度接口，實現遠動、遙信及遙測。具有數據采集和處理，實時控制和調節(jié)，安全運行監(jiān)視及事故報警，屏幕顯示事故處理指導和恢復指導，語音報警，統計與制表，數據通信，鍵盤操作，電站設備運行維護管理，系統自診斷與冗余切換，軟件開發(fā)及培訓仿真系統等基本功能；實現對機組開、停、運轉以及增減負荷等自動控制的基本要求；對全廠的主要電量、非電量、狀態(tài)量等進行實時監(jiān)控，自動巡檢、自動打印各種報表、事故記錄和顯示各種狀態(tài)等功能。

本次改造棄用35 kV載波通信系統，改為租用電信光纜，實現與縣調及其他計算機系統之間的通訊，傳遞各種事件信息，接受下行命令對設備進行監(jiān)控。通信電源由廠用電和直流電源提供，正常時采用廠用交流電；當交流電源消失時，切換到直流電源屏上。

3.9金屬結構改造

壓力前池進水口攔污柵變形，銹蝕較嚴重，本次改造對攔污柵進行更換，重量3.5 t。

4　增效擴容改造實施效果

瑯口水電站隸屬沙縣官昌水庫管理處，為保障增效擴容改造工程順利進行，專門成立領導小組，具體組織實施。工程于2013年12月16日動工， 2014年6月24日順利并網發(fā)電，歷經191 d，改造任務順利完成。電站的增效擴容改造采用技術先進、質量可靠、節(jié)能環(huán)保、自動化水平高的機電設備，職工勞動強度減輕，生產環(huán)境改善，生產管理難度降低，設備安全隱患消除。通過電站增效擴容改造，完善生態(tài)流量泄放設施，改善河流生態(tài)環(huán)境，努力實現人水和諧，綜合效益明顯。

經實際運行記錄，水輪發(fā)電機組綜合效率達87.43%，額定工況下單機出力達2 500 kW，最大單機出力達2 700 kW，增效擴容改造效果達到設計要求，順利通過2015年7月31日三明市水利局會同三明市財政局組織的完工驗收，與會代表、專家對瑯口水電站增效擴容改造的經濟效益及效果和煥然一新的廠內外環(huán)境給予一致的好評。至完工驗收之日，電站累計發(fā)電量2 995萬 kW·h，相當于節(jié)約標準煤1 087 t，減排二氧化碳2 867 t，減排二氧化硫9.1 t,提高了環(huán)境效益。

5　結　語

通過對沙縣瑯口水電站增效擴容改造方案的淺析，有如下體會：

(1)應認真領會國家財政部、水利部有關農村水電增效擴容改造的文件精神，擬定增效擴容改造的范圍和項目內容應符合能提高綜合能效和安全性能，增加發(fā)電能力，能推進流域梯級優(yōu)化調度的要求和規(guī)定。

(2)應全面分析水電站樞紐工程的特點與現狀，在不增加原有機組臺數的基礎上對電站機電設備和配套設施進行更新改造，選準增效擴容改造的具體項目和內容。

(3)增效擴容改造總裝機容量和水輪機型號選擇應充分考慮和利用電站現有水工建筑物的使用效率，在尺寸上不宜有太大改動。本次增效擴容改造總裝機容量選為5 000 kW，容量適宜，機組臺數不變，仍為2臺，不擴大廠房，節(jié)省了土建投資。水輪機型號選擇為HLA630—WJ—80型，在電站工作水頭范圍內效率高，對原有基座改動小，并能充分利用原有尾水管，節(jié)省了土建投資。

(4)發(fā)電機選為效率高的SFW2500—8/1730型，符合技術要求。

(5)電氣主接線仍采用單母線不分段接線方案，主變選擇1臺S11—6300/38.5節(jié)能型變壓器，電壓升壓至38.5 kV，與縣網的洋坊變并網，接線簡潔，滿足要求。

(6)相關配套設備設施均選用與主要設備相適應，符合水利部關于印發(fā)《農村水電增效擴容改造項目機電設備選用指導意見》的通知(水電〔2011〕438號)規(guī)定的型號、性能要求。

沙縣瑯口水電站增效擴容改造方案符合政策要求和工程實際現狀特點，各改造項目及內容的選擇符合實際要求，電站增效擴容改造效益及效果明顯，運行工作環(huán)境及廠容廠貌煥然一新，對類似水電站工程的增效擴容改造設計有很好的借鑒意義。

[1]GB/T 50700—2011，小型水電站技術改造規(guī)范[S].

[2]陳建平.羅田水電站水輪發(fā)電機組增效擴容技術改造[J].廣西水利水電，2012(1)：50_51.

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責任編輯吳昊

2016-06-15

姜妍(1982-)，女，工程師，主要從事水利水電工程建設管理工作。

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