巫友兵

(福鼎市水利局，福建福鼎355200)

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庫(kù)口水電站增效擴(kuò)容水輪機(jī)技術(shù)改造

巫友兵

(福鼎市水利局，福建福鼎355200)

1　工程概況

庫(kù)口水電站位于福建省福鼎市水北溪上游庫(kù)口村，屬疊石鄉(xiāng)集體企業(yè)，建于1989年9月，裝機(jī)容量2×400 kW。1993年電站增容1×400 kW，總裝機(jī)容量3×400 kW，設(shè)計(jì)水頭56 m，設(shè)計(jì)流量2.85 m3/s，設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量620萬(wàn) kW·h。攔河壩控制流域面積99.8 km2，壩址年平均徑流量1.31億 m3，壩高14.5 m，壩頂高程107.88 m(黃零高程，下同)，水庫(kù)總庫(kù)容34.3萬(wàn) m3，有效庫(kù)容12.1萬(wàn) m3。引水建筑物布置在河道右岸，壩后布置直徑1 000 mm的壓力鋼管，長(zhǎng)14 m，后接隧洞長(zhǎng)1 375 m；斷面為1.8 m×2.0 m(寬×高)，隧洞出口至廠房為內(nèi)徑1 000 mm的壓力鋼管，長(zhǎng)163 m。

目前，一是由于2001年上游浙江省泰順縣境內(nèi)建成了彭溪二級(jí)水電站，裝機(jī)容量2×630 kW，設(shè)計(jì)流量6.7 m3/s，壩址控制流域面積71 km2，且集中發(fā)峰電；而庫(kù)口水電站3臺(tái)機(jī)組滿發(fā)流量?jī)H2.85 m3/s，發(fā)電流量不匹配，庫(kù)口水電站水庫(kù)調(diào)節(jié)能力有限，電站運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量棄水。2001—2013年庫(kù)口水電站年平均發(fā)電量為555萬(wàn) kW·h，與設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量629萬(wàn) kW·h相比下降11.8%，機(jī)組利用小時(shí)數(shù)從5 242 h下降到4 625 h。二是電站機(jī)電設(shè)備陳舊落后，自動(dòng)化程度低，過(guò)流部件腐蝕破壞嚴(yán)重，機(jī)組效率下降，3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組在額定水頭工況下已無(wú)法達(dá)到額定出力，調(diào)速器已無(wú)法正常操作，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障多，影響了水電站的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。

2014年10月，庫(kù)口水電站增補(bǔ)列入國(guó)家“十二五”農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目，電站增效擴(kuò)容改造工程于2015年4月15日正式動(dòng)工，2015年9月22日投入試運(yùn)營(yíng)，2015年12月22日通過(guò)了機(jī)組啟動(dòng)驗(yàn)收和完工驗(yàn)收。

2　水輪機(jī)技術(shù)改造

2.1引水建筑物過(guò)流量核算

庫(kù)口水電站已運(yùn)行了26 a，壓力鋼管已達(dá)使用年限，本次增效擴(kuò)容改造因資金籌措困難等原因，引水隧洞無(wú)法進(jìn)行改擴(kuò)建，只能通過(guò)對(duì)進(jìn)水口、隧洞進(jìn)出口段和壓力鋼管改造，增加過(guò)流量以滿足擴(kuò)容要求。原進(jìn)水口內(nèi)徑1 000 mm改造為1 600 mm，進(jìn)水口至隧洞進(jìn)口14 m直徑1 000 mm壩后鋼管改造為1 600 mm鋼管，外包混凝土厚500 mm；隧洞進(jìn)口段原采用直徑1 000 mm鋼管襯砌，改造為直徑1 600 mm鋼管襯砌，長(zhǎng)5 m；隧洞出口段原采用漿砌塊石襯砌，斷面1.45 m×1.75 m(寬×高)，因電站運(yùn)行期間存在嚴(yán)重漏水，改造為1 320 mm鋼管襯砌，長(zhǎng)95 m；原壓力鋼管內(nèi)徑1 000 mm改造為外徑1 320 mm鋼管。改造后，經(jīng)引水建筑物流量、水頭損失、設(shè)計(jì)水頭和出力計(jì)算，隧洞最大過(guò)流量取4.2 m3/s，計(jì)算成果如下所示(見表1)。

表1　流量～設(shè)計(jì)水頭～裝機(jī)容量關(guān)系

根據(jù)引水建筑物過(guò)流量和設(shè)計(jì)水頭核算成果，增效擴(kuò)容裝機(jī)容量選擇1 890 kW，單機(jī)容量630 kW。

2.2水輪機(jī)選型

根據(jù)水頭計(jì)算成果和單機(jī)容量， 水輪機(jī)最大水頭58 m，最小水頭52 m，設(shè)計(jì)水頭54 m，單機(jī)設(shè)計(jì)流量1.4 m3/s。經(jīng)比選，選擇了HL696—WJ—50型水輪機(jī)，轉(zhuǎn)速為1 000 r/min；轉(zhuǎn)輪葉片采用不銹鋼，配套調(diào)速器型號(hào)為YWT—300，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW630—6/990(見表2)。

表2　水輪機(jī)主要性能參數(shù)

庫(kù)口水電站原水輪機(jī)型號(hào)為HL110—WJ—60，增效擴(kuò)容水輪機(jī)型號(hào)為HL696—WJ—50，兩型號(hào)水輪機(jī)性能比較如下所示(見表3)。

表3　改造前后水輪機(jī)主要性能參數(shù)

2.3水輪機(jī)布置

本次電站增效擴(kuò)容改造廠房和尾水室均未改造，為滿足新機(jī)組安裝要求，將原機(jī)組基礎(chǔ)混凝土和尾水管拆除，澆筑一、二期混凝土，并在主廠房?jī)?nèi)增加1間中控室和其他必要生活設(shè)施。機(jī)組平面布置與改造前基本相同，機(jī)組安裝高程作適當(dāng)調(diào)整，機(jī)組軸線與廠房軸線平行，與壓力主管道軸線垂直，機(jī)組中心距8 m，機(jī)組軸線與廠房下游邊墻凈寬3.8 m,與廠房上游邊墻凈寬3.4 m,機(jī)組安裝高程50.51 m，發(fā)電機(jī)層地面高程49.66 m，進(jìn)水管中心高程48.66 m，尾水室底板高程44.00 m，尾水室出口底板高程45.20 m,正常尾水位45.75 m。

3　經(jīng)濟(jì)效益分析

庫(kù)口水電站增效擴(kuò)容改造工程總投資539萬(wàn)元，其中：中央補(bǔ)助資金132萬(wàn)元、省級(jí)財(cái)政補(bǔ)助資金38萬(wàn)元、業(yè)主自籌資金369萬(wàn)元。改造后總裝機(jī)容量1 890 kW，年平均發(fā)電量753萬(wàn) kW·h，增加裝機(jī)容量690 kW，增加年發(fā)電量198萬(wàn) kW·h，上網(wǎng)電價(jià)為0.30元/ kW·h ，年收益225.9萬(wàn)元，新增年收益59.4萬(wàn)元。2015年9月22日改造后投入試運(yùn)行至2016年6月15日，近9個(gè)月已完成發(fā)電量900萬(wàn)kW·h，機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。改造后電站的自動(dòng)化程度、安全性和經(jīng)濟(jì)性得到了顯著提高。

4　結(jié)　語(yǔ)

農(nóng)村水電增效擴(kuò)容水輪機(jī)技術(shù)改造前要認(rèn)真做好原始資料的收集及分析工作，包括電站實(shí)際運(yùn)行時(shí)的水頭、來(lái)水量、棄水量和機(jī)電設(shè)備的主要參數(shù)以及運(yùn)行檢修等實(shí)際狀況。只有徹底摸清情況，才能有針對(duì)性地進(jìn)行水輪機(jī)技術(shù)改造，取得實(shí)實(shí)在在的改造成果。

在技術(shù)改造過(guò)程中應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行水輪機(jī)輸水系統(tǒng)的核算，主要從水力和調(diào)節(jié)保證參數(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行核算。水力核算是對(duì)水輪機(jī)輸水系統(tǒng)的過(guò)流量和水頭損失的數(shù)值進(jìn)行核算，并繪制水頭損失與流量關(guān)系曲線△h=f(Q)，以分析確定水輪機(jī)的水能范圍、額定水頭、額定流量和額定出力。調(diào)節(jié)保證核算就是核算機(jī)組過(guò)渡過(guò)程中可能發(fā)生的最大水壓力和最大轉(zhuǎn)速升高值，并檢查最大壓力是否在水輪機(jī)輸水系統(tǒng)設(shè)計(jì)水壓力的允許范圍內(nèi)，以確定采取加固補(bǔ)強(qiáng)措施的合理性和可能性，最終選定機(jī)組的容量。

在技術(shù)改造時(shí)，先進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析，提出可行性方案，選用機(jī)組效率高、空化特性優(yōu)良、運(yùn)行穩(wěn)定性好的水輪機(jī)，以保證水輪機(jī)技術(shù)改造的先進(jìn)性、合理性和經(jīng)濟(jì)性。

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責(zé)任編輯吳昊

2016-06-21

巫友兵(1967-)，男，高級(jí)工程師， 主要從事農(nóng)村水電建設(shè)和管理工作。

E_mail:fjfdwyb@163.com