彭松明

（安徽省桐城市境主廟水庫管理處，安徽 桐城 231400）

境主廟水電站始建于20世紀(jì)80年代初期，由于當(dāng)時(shí)條件制約，電站設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、站址選擇、運(yùn)行方式擬定都存在諸多不合理因素，造成機(jī)組運(yùn)行效率低下（水輪機(jī)效率小于80%），再加上設(shè)備老化，缺陷日益增多，機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已受到嚴(yán)重影響?；诖耍疚尼槍?duì)境主廟水電站的增效擴(kuò)容改造進(jìn)行研究。

1 工程概況

境主廟水電站位于桐城市境內(nèi)長(zhǎng)江北岸菜子湖流域龍眠河上游，壩址在桐城市區(qū)上游約1.5 km處，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、城鎮(zhèn)供水、養(yǎng)殖等綜合利用的省重點(diǎn)中型水庫。壩址以上流域面積63 km2，總庫容2480萬m3，正常蓄水位92.0 m，相應(yīng)興利庫容1475萬m3，發(fā)電可調(diào)節(jié)庫容760萬m3（受城鎮(zhèn)供水水位84.0 m限制），防洪保護(hù)面積86.3 km2，人口14.6萬人。

1984年動(dòng)工興建2×200 kW壩后式水電站，由輸水隧洞開挖支洞接鋼管引水發(fā)電。輸水隧洞形狀為城門洞形，斷面尺寸1.5 m×1.5 m，長(zhǎng)度179.3 m。引水主管φ1.2 m，長(zhǎng)度15 m。引水支管由φ1.2 m漸變成φ0.8 m后接φ0.8 m閘閥。電站于1986年并網(wǎng)發(fā)電，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量123.4萬kW·h。

2 水文氣象條件

2.1 水文基本資料

2.1.1 氣象及雨量站網(wǎng)概況

境主廟水庫建庫前，龍眠河上只有桐城雨量站，1951年設(shè)立至今。掛車河上兩個(gè)雨量站，分別為唐家灣和新安度。沙河埠站控制的流域內(nèi)有6個(gè)雨量站，降雨系列均大于40年。其中后沖和馬鞍山為汛期站。曉天河上曉天徑流站控制了6個(gè)雨量站，有4個(gè)站系列大于40年，小澗沖為汛期站。境主廟水庫建庫后設(shè)立了水文觀測(cè)站，測(cè)量庫區(qū)降雨和徑流資料。

2.1.2 氣候特性

本流域位于江淮分水嶺附近地帶，南北冷暖氣團(tuán)交匯頻繁，多氣旋活動(dòng)，受東南臺(tái)風(fēng)登陸影響和大別山區(qū)地勢(shì)升高對(duì)空氣的抬升作用，共同形成了豐沛、集中的降水，使得本流域氣候溫和、雨量充沛，且雨熱同期。

2.2 徑流

2.2.1 年徑流總量

境主廟水庫徑流計(jì)算采用水庫運(yùn)行觀測(cè)資料，首先進(jìn)行徑流還原計(jì)算，系列為1967年～2011年。

經(jīng)計(jì)算境主廟水庫壩址以上1967年～2011年多年平均徑流量4646萬m3，多年平均入庫流量1.58 m3/s，多年平均徑流深737.4 mm，多年平均降雨量為1216 mm。徑流年際變化較大，年最大降雨量為2140mm，發(fā)生在1991年，年最小降雨量為696mm，發(fā)生在1978年。另據(jù)壩址站資料分析，多年平均降雨日約為140天，降雨集中在5月～9月，其雨量約占多年平均雨量的70%。

2.2.2 設(shè)計(jì)年徑流

由前文可知，境主廟水庫壩址以上年平均徑流深R=737.4 mm，均方差，式中（Ri為第i年的年徑流深），適線按CS=2CV，CS=2.5CV和CS=3CV分別進(jìn)行計(jì)算。

在頻率格紙上點(diǎn)繪曲線并用曲線板連接（注意中下部點(diǎn)的吻合情況），從曲線上看，CS=2CV時(shí)，適線較好。從頻率曲線上可查出:豐水年P(guān)=15%，R=1015 mm；平水年P(guān)=50%，R=750 mm；枯水年P(guān)=85%，R=380 mm。

三年平均徑流深為748 mm，與平均徑流深R=737.4 mm相差1.5%，可以采用。

2.2.3 設(shè)計(jì)年徑流年內(nèi)分配

水能計(jì)算采用典型年法，對(duì)設(shè)計(jì)的典型年資料需分配到日，便于選擇代表年:1）盡可能選取經(jīng)驗(yàn)頻率接近設(shè)計(jì)頻率的年份；2）代表年應(yīng)有一定的代表性，不能選取特殊年份；3）盡可能選取水量分布不均勻的年份，水庫增效擴(kuò)容分析中選擇的三個(gè)代表年分別是:豐水年（1977年）R=1061.2 mm，平水年（1984年）R=760.9 mm，枯水年（1994年）R=434.9 mm。三個(gè)典型年分配系數(shù)分別為:α豐=W設(shè)豐/W參豐=0.956；α平=W設(shè)平/W參平=0.986；α枯=W設(shè)枯/W參枯=0.874。分配系數(shù)較小，采用分配系數(shù)乘以參證站逐日平均流量，得出典型年的逐日平均流量資料。

2.2.4 徑流調(diào)節(jié)計(jì)算

水庫正常蓄水位92 m、死水位70 m，發(fā)電限制水位84 m，調(diào)節(jié)庫容760萬m3，庫容系數(shù)0.317，屬年調(diào)節(jié)，對(duì)水庫進(jìn)行典型年分日等流量調(diào)節(jié)計(jì)算。電站設(shè)計(jì)保證率采用旬歷時(shí)保證率，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，取85%。

水庫在正常蓄水位92 m時(shí)，庫區(qū)面積僅2.1 km2，蒸發(fā)損失相對(duì)較小，另外水庫兩岸山體雄厚，無滲漏通道，引水系統(tǒng)與庫周滲漏損失也很小，故在徑流調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)均不計(jì)蒸發(fā)與滲漏引起的水量損失。發(fā)電尾水位根據(jù)廠址處水位～流量關(guān)系確定[1]。水頭損失根據(jù)引水設(shè)施布置、采用水力學(xué)公式計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，各方案略有不同，大致在1.5 m左右，計(jì)算時(shí)各方案均取1.5 m。各方案水輪機(jī)效率平均在88%左右，發(fā)電機(jī)效率平均在94%左右。根據(jù)推求的典型年逐日入庫流量，水能計(jì)算匯總表見表1。

表1 等流量調(diào)節(jié):境主廟水電站水能計(jì)算成果表

3 水電站增效擴(kuò)容

3.1 水輪機(jī)及其附屬設(shè)備基礎(chǔ)改造

為提高水輪機(jī)效率，提高電站自動(dòng)化水平，電站兩臺(tái)水輪機(jī)由HL260-WJ-50更新為HL270/A551-WJ-60，需鑿除原水輪機(jī)蝸殼及進(jìn)水彎管、尾水?dāng)U散管等部位的基礎(chǔ)砼，待新基礎(chǔ)安裝完畢后重新澆筑C25二期混凝土。同樣，原發(fā)電機(jī)、調(diào)速器、閘閥、開關(guān)柜均予以拆除，按照SFW320-10/850發(fā)電機(jī)、調(diào)速器、蝶閥、開關(guān)柜及機(jī)組布置要求重新調(diào)整位置，然后澆筑混凝土基礎(chǔ)[2]。

3.2 水力機(jī)械設(shè)備改造

境主廟水電站現(xiàn)狀裝機(jī)容量為400 kW，復(fù)核擴(kuò)容后裝機(jī)容量為640 kW，為兩臺(tái)320 kW機(jī)組。

本站凈水頭在19.0 m～27.0 m之間，查“中小型反擊式水輪機(jī)使用范圍圖”，比較合適的水輪機(jī)型為混流式。混流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，運(yùn)行維護(hù)方便，平均效率高、氣蝕性能優(yōu)越，適用水頭范圍廣，并積累了豐富的制造和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。故本階段推薦經(jīng)濟(jì)適中，且效率高，又便于運(yùn)行維護(hù)的HL270和HL295兩種混流式機(jī)型。

3.3 水力機(jī)械主要設(shè)備布置

增效擴(kuò)容改造后，境主廟水電站裝有2臺(tái)臥式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)總?cè)萘繛?40 kW。本次更新改造主要包括水輪發(fā)電機(jī)組、蝶閥、調(diào)速器、勵(lì)磁裝置、綜合自動(dòng)化、主變和廠變等，更新后的水輪機(jī)無論是效率還是空蝕性能均優(yōu)于原機(jī)組，考慮節(jié)省投資發(fā)電機(jī)層地面高程維持在66.00 m不變。

主廠房?jī)?nèi)布置兩臺(tái)HL270—WJ—60水輪機(jī)，配兩臺(tái)SFW320-10/850型發(fā)電機(jī)。根據(jù)機(jī)組總長(zhǎng)度、機(jī)組外緣與墻之間距離、廠內(nèi)交通和滿足一臺(tái)機(jī)大修等要求，確定主廠房長(zhǎng)度16.5 m，寬7.8 m。

4 結(jié)語

境主廟水庫電站增效擴(kuò)容改造工程的主要任務(wù)是通過對(duì)水電站機(jī)電設(shè)備及廠房等主要生產(chǎn)建筑物的更新改造，提高電站的發(fā)電效率，改變現(xiàn)在落后的控制保護(hù)方式和外觀形象，以便更好地適應(yīng)現(xiàn)代化管理要求，減輕運(yùn)行管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為水庫更好地發(fā)揮作用提供保障。