何正華

(杭州市臨安區(qū)水利水電局，浙江 杭州 311300)

1 工程概況

里畈水庫位于浙江省臨安區(qū)太湖源鎮(zhèn)里畈村，屬南苕溪上游，距下游臨安城區(qū)19.5 km。水庫始建于1966年10月，原是1座高50 m,總庫容855萬m3的小(1)型水庫。擴(kuò)建工程于1993年1月8日展開，1996年1月8日基本完工。擴(kuò)建后壩高72 m，總庫容2 094萬m3,是1座以防洪為主，結(jié)合灌溉、供水、發(fā)電等綜合利用的中型水庫。

里畈水庫由攔河大壩(含壩頂溢洪道)、泄洪發(fā)電洞和發(fā)電站等組成。大壩為混凝土砌石重力壩，最大壩高72 m，壩頂長265 m，壩頂高程242.0 m，壩頂防浪墻高程242.80 m。

里畈水庫擴(kuò)建后在大壩下游左側(cè)新建里畈二級電站，1997年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)水頭45.0 m，流量6.76 m3/s，裝有2臺1 250 kW的臥式混流發(fā)電機(jī)組,水輪機(jī)型號為HLA616—WJ—71，發(fā)電機(jī)型號為SFW1250—8/1430。二級站廠區(qū)主要建筑物有發(fā)電引水隧洞、壓力鋼管、發(fā)電廠房、尾水渠、戶外開關(guān)站和進(jìn)廠公路等。

2 電站現(xiàn)狀

里畈二級電站投產(chǎn)運(yùn)行多年來，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些問題，因此，2012年委托浙江省水科院對水庫大壩進(jìn)行安全鑒定。經(jīng)專家分析和相關(guān)試驗(yàn)，里畈二級電站存在的主要問題如下：

2.1 發(fā)電隧洞閘門及啟閉系統(tǒng)存在安全隱患

泄洪發(fā)電隧洞進(jìn)口事故檢修閘門門體銹蝕嚴(yán)重、強(qiáng)度不夠，需加固和除銹處理；啟閉液壓系統(tǒng)老化嚴(yán)重，需更新。泄洪發(fā)電隧洞出口泄洪工作閘門弧形門體強(qiáng)度不夠，需加固除銹處理；啟閉液壓系統(tǒng)老化嚴(yán)重，需更新。

2.2 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀況差

水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時，機(jī)組振動和噪聲偏大，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪氣蝕嚴(yán)重并造成磨損嚴(yán)重；部分葉片出現(xiàn)裂紋，機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定；軸系擺動過大，在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)水導(dǎo)軸燒毀等事故。

2.3 電氣設(shè)備老化嚴(yán)重

電站大部分的電氣設(shè)備陳舊老化，效益低下，損耗量大，屬淘汰產(chǎn)品，包括主變壓器、廠用變、戶內(nèi)6 kV開關(guān)柜纜，直流系統(tǒng)應(yīng)全部更新。操作臺自動化程度低，技術(shù)落后，可靠性差，應(yīng)全部更換為新的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。現(xiàn)保護(hù)屏內(nèi)各類繼電器、儀表陳舊，需全部更換為微機(jī)型保護(hù)裝置。廠用電控制屏現(xiàn)狀采用PL和PK型屏柜，屬淘汰型產(chǎn)品，應(yīng)全部更換成先進(jìn)的抽屜柜。

3 技改方案的確定

根據(jù)水庫安全鑒定時發(fā)現(xiàn)的問題，水庫管理所于2013年委托設(shè)計(jì)單位進(jìn)行專項(xiàng)初步設(shè)計(jì)。運(yùn)行單位和設(shè)計(jì)單位的技術(shù)人員著重對水輪發(fā)電機(jī)組存在的問題進(jìn)行仔細(xì)分析研究，以確定技術(shù)改造方案。

3.1 水輪機(jī)額定水頭選取

目前，電站水輪機(jī)組運(yùn)行狀況差，效率低及轉(zhuǎn)輪氣蝕嚴(yán)重和機(jī)組運(yùn)行工況有直接關(guān)系，而機(jī)組的額定水頭選取最關(guān)鍵。

根據(jù)電站實(shí)際運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，里畈水庫上游水位在223.0～236.73 m之間，電站正常發(fā)電水位為228～232 m的時候機(jī)組運(yùn)行時間較長，所以機(jī)組額定水頭應(yīng)在50.7～54.7 m間選取，故選取平均水頭為52.7 m。根據(jù)電站引水系統(tǒng)，復(fù)算電站在2臺機(jī)組滿發(fā)時引水系統(tǒng)水頭損失為1.52 m；故本次改造推薦機(jī)組額定水頭Hr=51 m；所以電站原機(jī)組設(shè)計(jì)水頭為45 m是不合理的。

復(fù)核機(jī)組最大水頭與額定水頭比為Hmax/Hr=1.16，最小水頭與額定水頭比為Hmin/Hr=0.9，均符合機(jī)組選型要求。

3.2 水輪機(jī)組改造方案

本次電站技術(shù)改造不改變廠房水輪機(jī)發(fā)動機(jī)組基本布置，不更換機(jī)組進(jìn)水彎管及尾水管等機(jī)組處理件，故新轉(zhuǎn)輪的選擇應(yīng)盡量與原機(jī)組部件相配套。在不增加電站引用流量的條件下，通過更換高效率新型轉(zhuǎn)輪，與電站實(shí)際運(yùn)行工況相匹配，提高電站機(jī)組的出力能力，達(dá)到或超過電站原裝機(jī)設(shè)計(jì)要求，改善水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪氣蝕與機(jī)組振動，減少機(jī)組運(yùn)行噪聲等問題；并通過改進(jìn)水輪發(fā)動機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，徹底消除原水導(dǎo)軸承燒毀等事故現(xiàn)象，減少機(jī)組的檢修和維護(hù)強(qiáng)度，使電站獲得最大的發(fā)電效益。

從本工程的實(shí)際運(yùn)行情況看，適合于機(jī)組改造的轉(zhuǎn)輪有HLA743及HLA696兩種型號，選用HLA696轉(zhuǎn)輪在額定水頭51.0 m時與原機(jī)組的性能比較如下所示(見表1)。

表1 HLA696改造方案與原機(jī)組的性能比較

經(jīng)對比計(jì)算，選擇HLA696—71轉(zhuǎn)輪可滿足技術(shù)改造要求。本次改造后轉(zhuǎn)輪允許吸出高度為3.73 m，抗氣蝕余量大，機(jī)組工況優(yōu)，其他各項(xiàng)性能均優(yōu)于改造前機(jī)組。

3.3 發(fā)電機(jī)組改造方案

根據(jù)水輪機(jī)出力要求及當(dāng)前水輪發(fā)動機(jī)組制造水平，要求改造后發(fā)電機(jī)額定效率不得低于94%；另外為方便機(jī)組的檢修和維護(hù)，將整個機(jī)組由三支點(diǎn)改為兩支點(diǎn)；因此需要更換全部發(fā)動機(jī)組，包括機(jī)組機(jī)座、定子裝配、軸承裝配等所有機(jī)組零部件，發(fā)電機(jī)采用國內(nèi)成熟產(chǎn)品SFW1250—8/1480。

電站其他方面的技改包括電氣設(shè)備改造、升壓站改造、輸電線路改造以及閘門門體及液壓啟閉系統(tǒng)改造。

4 幾點(diǎn)建議

4.1 前期工作要及時到位

前期工作包括電站現(xiàn)狀存在問題鑒定、技術(shù)改造初步設(shè)計(jì)編制、項(xiàng)目報(bào)批立項(xiàng)、施工招標(biāo)設(shè)計(jì)、施工安裝和設(shè)備采購招投標(biāo)，確定施工、安裝中標(biāo)單位和設(shè)備供應(yīng)商。而作為運(yùn)行中的中型水庫，在電站技改過程中水庫仍需要向下游供水并承擔(dān)原有的防洪抗旱任務(wù)，為此電站技改前期工作必須及時、充分、到位；這些前期工作的完成至少需要1年左右時間。從防洪和電站發(fā)電效益考慮，電站技改施工期宜放在當(dāng)年的非汛期(當(dāng)年10月15日～次年4月15日)，應(yīng)在入汛前完成。電站技改施工期時間緊湊，所有的前期工作必須在當(dāng)年的10月15日前完成。

里畈二級電站技改是2012年底完成安全鑒定，2014年1月委托初步設(shè)計(jì)，2014年6月完成初步設(shè)計(jì)，2014年7月完成項(xiàng)目報(bào)批立項(xiàng)，2014年10月15前完成各分項(xiàng)的設(shè)備采購招標(biāo)和施工安裝招標(biāo)。

電站技改是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，關(guān)鍵在于電站設(shè)備招標(biāo)環(huán)節(jié)，本次技改項(xiàng)目標(biāo)劃分水輪發(fā)電機(jī)組(包括進(jìn)水閥、勵磁、調(diào)速器)、電氣二次控制系統(tǒng)、高壓電氣系統(tǒng)(包括主變壓器、廠用變、高壓開關(guān)柜)等3個主標(biāo)。另外，電站進(jìn)水泄洪檢修事故閘門和弧形工作閘門的改造為1個標(biāo)(包括液壓啟閉設(shè)備采購)。這些設(shè)備采購招標(biāo)文件編制時，注重了技術(shù)上的要求，設(shè)定技術(shù)分占50%，企業(yè)信用分占10%，商務(wù)分占40%，以便采購到價格合理、設(shè)備優(yōu)良的產(chǎn)品。

4.2 查找問題要精準(zhǔn)，解決問題要科學(xué)

一般來說，中型水庫配套電站裝機(jī)不大，但配套設(shè)施設(shè)備多，技改中碰到的問題也多，特別是進(jìn)水閘門、泄洪閘門等設(shè)備改造復(fù)雜；為此委托了技術(shù)單位先對電站進(jìn)行安全鑒定，并委托原設(shè)計(jì)單位承擔(dān)電站技改初步設(shè)計(jì)和招標(biāo)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)單位認(rèn)真聽取并采納了運(yùn)行單位的意見，比如，水庫實(shí)際運(yùn)行水位是228～232 m之間時間最多，電站原選取的設(shè)計(jì)水頭45.0 m明顯不合理；在維護(hù)和維修時，三支點(diǎn)機(jī)組結(jié)構(gòu)明顯不合理，后改為兩支點(diǎn)。合理科學(xué)的技改設(shè)計(jì)、優(yōu)良設(shè)備的采購，為電站技改成功打下了良好的基礎(chǔ)。

4.3 精心組織施工，確保技改項(xiàng)目按時完成

中型水庫壩后式電站技改施工期間，水庫運(yùn)行不能停止，防洪、供水功能需要正常運(yùn)作。為盡可能減少電站技改對水庫防洪、供水、發(fā)電的影響，施工期間應(yīng)安排在非汛期進(jìn)行，工期只有6個月，時間較緊。因此，水庫運(yùn)行管理單位應(yīng)精心組織施工，合理安排每道工序的展開，根據(jù)每道工序之間的順序關(guān)系及其所需要的時間，控制關(guān)鍵時間節(jié)點(diǎn)，精心組織施工，才能如期完成技改工程。

5 結(jié) 語

里畈二級電站技改后已運(yùn)行了5 a，經(jīng)測算電站效率提高了17%，電站各分類設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、安全；并且電站二次控制設(shè)備已達(dá)到可無人值班的水平。