高 建

(喀左縣凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 朝陽(yáng) 122300)

水電站技術(shù)

喀左縣郭臺(tái)子電站增效擴(kuò)容效益分析

高 建

(喀左縣凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 朝陽(yáng) 122300)

本文以喀左縣郭臺(tái)子電站增效擴(kuò)容工程為例，通過(guò)對(duì)電站運(yùn)行效益及電站現(xiàn)狀進(jìn)行分析，論證了增效擴(kuò)容的必要性和可行性。結(jié)果表明：郭臺(tái)子電站增效擴(kuò)容工程技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)高效，工程實(shí)施可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

郭臺(tái)子電站；增效擴(kuò)容；效益；分析

郭臺(tái)子水庫(kù)電站建于1989年，經(jīng)過(guò)20余年運(yùn)行及環(huán)境作用，電站機(jī)電設(shè)備老化，汽蝕嚴(yán)重，機(jī)組長(zhǎng)期出力不足，安全事故常有發(fā)生，停機(jī)維修時(shí)間長(zhǎng)，致使部分水能資源長(zhǎng)期被浪費(fèi)，時(shí)常發(fā)生安全事故。因此，郭臺(tái)子水電站增效擴(kuò)容十分必要。

1 工程概況

郭臺(tái)子電站位于喀左縣白塔子鎮(zhèn)蒿桑河支流上，地處松遼流域大凌河水系蒿桑河支流。郭臺(tái)子電站由大壩加壓力鋼管引水至機(jī)組發(fā)電，設(shè)計(jì)利用水頭為5～6m，采用軸流定槳式機(jī)組，初始裝機(jī)容量為1×20kW，電站水輪機(jī)為ZD-T03-JHY-3型，發(fā)電機(jī)為SF25-6/423型。采用50kVA升壓變壓器1臺(tái)、配電盤2面。

技改工程項(xiàng)目主要包括：對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行改造，對(duì)水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)及其輔助設(shè)備系統(tǒng)重新選型更換，更換變壓器、開關(guān)屏柜及配電裝置。

2 郭臺(tái)子水庫(kù)電站存在的問(wèn)題

郭臺(tái)子水庫(kù)電站由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)及水庫(kù)水位下降、疏于管理等原因，電站廠房等主體工程破損嚴(yán)重，出現(xiàn)了門窗丟失、屋面漏雨、墻皮剝落等狀況，附屬工程中壓力鋼管嚴(yán)重破壞，電站尾水渠道邊墻全部?jī)A覆，主要機(jī)電設(shè)備中水輪機(jī)組性能落后，發(fā)電機(jī)及變壓器老化失修，嚴(yán)重影響機(jī)組出力和安全運(yùn)行。

2.1 水輪發(fā)電機(jī)組

轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重，機(jī)組噴針漏水嚴(yán)重，噴針和折向器協(xié)聯(lián)不可靠，停機(jī)維修時(shí)間較多，平水柵銹蝕嚴(yán)重，出力不足；發(fā)電機(jī)絕緣老化、溫度極高。經(jīng)計(jì)算分析，電站機(jī)組出力嚴(yán)重不足的主要原因是水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重、效率降低，其次是發(fā)電機(jī)鐵芯及線圈老化，發(fā)熱大，損耗高，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)效率低下。

2.2 調(diào)速系統(tǒng)

電站調(diào)速系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代制造的自動(dòng)調(diào)速器，機(jī)器型號(hào)TT-75，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，調(diào)節(jié)功率已不能滿足調(diào)節(jié)要求，且不能實(shí)現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控操作。

3 水能復(fù)核

3.1 洪水計(jì)算

郭臺(tái)子水庫(kù)流域面積30km2，河流長(zhǎng)度8.1km，河道平均比降31.20‰，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)500年一遇。采用1988年《遼寧省中小河流(無(wú)資料地區(qū))設(shè)計(jì)暴雨洪水計(jì)算方法》中的“推理公式法”對(duì)郭臺(tái)子水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行復(fù)核(成果見表1)。

表1 郭臺(tái)子水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水復(fù)核成果

3.2 水能復(fù)核計(jì)算

3.2.1 徑流調(diào)節(jié)

式中F——水庫(kù)集雨面積，為30km2。

水庫(kù)多年平均徑流年內(nèi)分配比亦采用建凌站的分析成果。水庫(kù)上游無(wú)特別用水要求。下游灌區(qū)農(nóng)作物以旱作物為主，現(xiàn)采用瓦房店水庫(kù)設(shè)計(jì)中的灌溉定額及月分配值。設(shè)計(jì)年可灌溉面積為F灌=W50%÷310=270×10000÷310=8710畝。

3.2.2 水能計(jì)算指標(biāo)

上游水位計(jì)算參考《中小型水庫(kù)》上冊(cè)。由各月月末庫(kù)容計(jì)算相鄰兩月的平均庫(kù)容后查出相應(yīng)水位，此水位即是上游發(fā)電水位。已建渠道進(jìn)口高程381.00m,渠道水深0.39m,下游水位381+0.39=381.39m。

3.2.3 水能計(jì)算

選用發(fā)電機(jī)保證率同灌溉保證率(P=50%)。

a.設(shè)計(jì)年電站水能計(jì)算。利用灌溉水量部分進(jìn)行設(shè)計(jì)年電站水能計(jì)算(見表2)。

由表2可計(jì)算出：平均出力N=7MQ，發(fā)電量E=N天×發(fā)電小時(shí),水頭損失很小未計(jì)。

b.汛期洪水能量估算。參照水泉溝水庫(kù)《電站設(shè)計(jì)》。該地區(qū)6月中旬進(jìn)入汛期，9月中旬為汛末。按汛期機(jī)組連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)可增加發(fā)電運(yùn)行時(shí)間為

t=45×24+45×(24-16)=1440h

c.計(jì)算汛期電量。

E=7HQt

=7×5.97×0.6×1440

=36106.56kW·h

表2 設(shè)計(jì)年電站水能計(jì)算

d.計(jì)算多年平均發(fā)電量。

E=29395.2+36106.56=65501.76kW·h

機(jī)組運(yùn)行天數(shù)為

101+45=146d

機(jī)組運(yùn)行小時(shí)為

1416+1440=2856h

e.計(jì)算多年平均裝機(jī)容量。

N裝=E/t=65501.76/2856=23kW

式中E——多年平均發(fā)電量;

t——多年平均運(yùn)行時(shí)間。

3.2.4 水能復(fù)核結(jié)論

原設(shè)計(jì)電站裝機(jī)為1×20kW，多年平均發(fā)電量48700kW·h，年利用小時(shí)數(shù)2435h，額定引用流量1×0.45m3/s，裝機(jī)規(guī)模合理。由此次電站的水能指標(biāo)復(fù)核可見，通過(guò)電站相關(guān)設(shè)備維護(hù)及更新，尚有空間對(duì)電站擴(kuò)容，增加電站發(fā)電效益。

4 工程任務(wù)與規(guī)模

4.1 工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)

郭臺(tái)子電站水能開發(fā)主要任務(wù)是：利用灌溉水量進(jìn)行水力發(fā)電，裝機(jī)容量1×23MW。按照《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2000)的規(guī)定，郭臺(tái)子電站增效擴(kuò)容工程樞紐為Ⅳ等4級(jí)建筑物(見表3)。

表3 工程等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)本文水能復(fù)核可知，郭臺(tái)子電站裝機(jī)及發(fā)電量仍有空間增效擴(kuò)容。此次技改工程選擇裝機(jī)容量為1×23kW，多年平均發(fā)電量65501.76kW·h，年利用小時(shí)數(shù)2856h。

4.2 改造設(shè)計(jì)與方案選擇

4.2.1 特征水頭

最大水頭6.61m，最小水頭5.51m，額定水頭6.00m，電站設(shè)計(jì)引用流量1×0.60m3/s。

4.2.2 改造方案

由于現(xiàn)狀水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重、機(jī)組噴針漏水量大、噴針和折向器協(xié)聯(lián)不可靠、停機(jī)維修時(shí)間多、發(fā)電機(jī)絕緣老化、溫度極高，已嚴(yán)重影響機(jī)組出力。機(jī)組已接近折舊年限，已失去更換部件及維修價(jià)值。另外，經(jīng)過(guò)水能復(fù)核，該電站原有機(jī)型ZD661-LMY-40性能參數(shù)低，不能滿足電站額定水頭發(fā)足裝機(jī)容量的要求，尚有擴(kuò)容空間。因此，改造方案可對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組重新選型更換，以達(dá)擴(kuò)容增效目的。

4.2.3 水輪機(jī)機(jī)型選擇

根據(jù)水能復(fù)核算得的多年平均出力，裝機(jī)容量為23kW，發(fā)電水頭為5～6m，流量為0.2～0.6m3/s。此次擴(kuò)容增效工程推薦機(jī)型為：水輪機(jī)ZD-T03-JHY-35型,發(fā)電機(jī)SF25-6/423型。

4.3 改造前后水輪機(jī)性能比較

改造后，經(jīng)過(guò)更換水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)效率得到提高(見表4)。

表4 改造前后機(jī)組性能比較

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

5.1 電站增效擴(kuò)容效益分析

發(fā)電收入=上網(wǎng)電量×上網(wǎng)電價(jià)。

增效擴(kuò)容工程實(shí)施后，郭臺(tái)子電站正常運(yùn)行年有效發(fā)電量6.60萬(wàn)kW·h，增加年發(fā)電量約2.70萬(wàn)kW·h，比技改前3年平均發(fā)電量增加達(dá)41%。滿足農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)要求。另外，參照類似工程并結(jié)合實(shí)際情況計(jì)算，發(fā)電電價(jià)0.45元/(kW·h)，正常運(yùn)行年發(fā)電收入2.90萬(wàn)元，比技改前3年平均發(fā)電量收入增加1.2萬(wàn)元，增加經(jīng)濟(jì)效益約41%。由此可見，在滿足電站增效擴(kuò)容各項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，工程實(shí)施后不僅可增加效益，更具有節(jié)約能源、發(fā)揮生態(tài)效益等重大社會(huì)意義。

5.2 靜態(tài)計(jì)算

郭臺(tái)子電站原設(shè)計(jì)裝機(jī)20kW，設(shè)計(jì)年發(fā)電量57120kW·h，實(shí)際最大出力18.4MW，實(shí)際年發(fā)電量37830.40萬(wàn)kW·h；技改后，郭臺(tái)子電站裝機(jī)23kW，多年平均發(fā)電量65501.76kW·h。

通過(guò)靜態(tài)計(jì)算(見表5)，郭臺(tái)子電站工程在較短時(shí)間便可還本，因此，實(shí)施該工程是經(jīng)濟(jì)合理、可行的。

表5 郭臺(tái)子電站增效擴(kuò)容靜態(tài)計(jì)算

6 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)郭臺(tái)子電站工程全面技術(shù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)境等各項(xiàng)指標(biāo)的全面論證表明：郭臺(tái)子電站增效擴(kuò)容工程技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)高效，在環(huán)境方面無(wú)污染，既節(jié)能又使水資源得到合理開發(fā)利用，工程的實(shí)施可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

The Synergistic Scale Efficiency Analysis of Guotaizi Power Station in Kazuo County

GAO Jian

(LingRiverProtectionZoneAuthority,KazuoCounty,Chaoyang122300,China)

The article takes the synergistic scale efficiency analysis of Guotaizi Power Station in Kazuo County as an example, demonstrates the necessity and feasibility of synergistic scale by analyzing therunning benefit and current situation of the power station. The result indicates that Guotaizi Power station synergistic scale engineering is technically feasible, economical and efficient, the engineering implementation can achieve well economic benefit and social benefit.

Guotaizi Power Station; synergistic scale; benefit; analysis

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.03.013

TV7

A

1673- 8241(2017)03- 0046- 04