李 科

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，江西 南昌 330001)

1 引言

水電站工程建設(shè)可提高水能的利用效率，輸送清潔能源。早期修建的水電站規(guī)模主要根據(jù)當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平確定。隨著國(guó)家的發(fā)展，原有發(fā)電量無(wú)法滿足用電需求，采用新建水電站的方式將造成極大的浪費(fèi)，因此，為了提高水電站的發(fā)電量，采取增容改造工程處理具有良好的經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性。目前，我國(guó)已有較多的水電站采取了增容改造工程設(shè)計(jì)，如砬子溝水電站、黃壇口水電站、石塘水電站等[1-5]，水電站擴(kuò)容改造工程建設(shè)充分利用了既有水電站，同時(shí)也提高了水電站發(fā)電量，效益顯著。

2 工程概況

南秦水庫(kù)位于丹江一級(jí)支流南秦河上，大壩為粘土心墻砂殼壩，壩頂高程124.0 m，壩底高程95.00 m，最大壩高29 m，壩頂寬度5.00 m，壩頂設(shè)1.0 m 高的防浪墻，防浪墻頂高程125.00 m，壩頂長(zhǎng)度132.00 m，總庫(kù)容984 萬(wàn)m3，其中調(diào)節(jié)庫(kù)容490 萬(wàn)m3，死庫(kù)容90 萬(wàn)m3。南秦水庫(kù)電站于1994 年建成并正式投產(chǎn)發(fā)電。設(shè)計(jì)裝機(jī)2×250 kW，設(shè)計(jì)水頭23 m～33 m，引水流量3.0 m3/s，屬南秦水庫(kù)壩后式電站，調(diào)節(jié)性能為年調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)年發(fā)電量為294 萬(wàn)kW·h，目前多年平均發(fā)電量為38 萬(wàn)kW·h。

3 增容改造工程任務(wù)

進(jìn)水口新修放水塔1 座，安裝進(jìn)水閘門及攔污柵;增設(shè)尾水閘門及啟閉設(shè)備;廠房機(jī)電設(shè)備更新安裝2 臺(tái)套，更換主變;電站廠房后部斜坡下部修建一道長(zhǎng)30 m、高1.5 m 的梯形漿砌石擋墻;由變電站處至電站引水隧洞進(jìn)口，沿溢洪道左側(cè)邊坡布置一條長(zhǎng)321 m，寬1 m 的人行步道。

3.1 水能計(jì)算

采用麻街水文站徑流系列資料，進(jìn)行水文比擬，本次計(jì)算采用25%(豐)、50%(平)、75%(枯)3 個(gè)代表年日均流量參與徑流調(diào)節(jié)計(jì)算。

(1)庫(kù)容曲線

庫(kù)容曲線采用水庫(kù)2007 年最新的實(shí)測(cè)庫(kù)容曲線，見表1。

表1 南秦水庫(kù)2007 年實(shí)測(cè)水位～庫(kù)容關(guān)系

(2)水頭損失

水頭損失按有關(guān)公式計(jì)算。不同流量下的具體數(shù)值在徑流調(diào)節(jié)表2 列出。

①流速計(jì)算

干管流速:V干=Q干/S干=3.6×4/(3.14×1.52)=2.04 m/s

支管流速:V支=Q支/S支=1.8×4/(3.14×0.82)=3.58 m/s

②沿程水頭損失計(jì)算

干管h沿= ×V2×L/D1.25=0.702 m

叉管:h沿=0.14 m

③局部水頭損失按下式計(jì)算

計(jì)算得到:攔污柵:h攔=0.21 m;進(jìn)口:h進(jìn)=0.02 m;出口:h出=0.081 m ;叉管:h出=0.176 m;h蝴+h出=0.719 m。

④總水頭損失:

最大有效利用水頭:h=24.6-2.048=22.552 m

按水輪機(jī)效率η水=91%，發(fā)電機(jī)效率η電=95%計(jì)算，綜合出力系數(shù)A=9.81×η水×η電=8.5。

南秦水庫(kù)電站為壩后式水電站，水能計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 南秦水庫(kù)電站75%徑流調(diào)節(jié)計(jì)算表

3.2 增容改造工程規(guī)模

增容改造的主要任務(wù)是增加南秦電站的發(fā)電量，提高電站的發(fā)電效益。經(jīng)分析，南秦電站增容改造，宜采用現(xiàn)有的2 臺(tái)機(jī)組方案，并由原來(lái)的2×250 kW，更新為2×320 kW，最大發(fā)電水頭為24.68 m，電站多年平均發(fā)電量260 萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為4061 h。

4 增效擴(kuò)容改造工程布置

南秦電站原進(jìn)水口為隧洞直接進(jìn)水，洞涇1.5 m，攔污柵用角鋼和扁鐵加工而成，進(jìn)水口未設(shè)閘門，檢修機(jī)組時(shí)只有關(guān)閉蝴蝶閥才可以進(jìn)行。但在實(shí)際使用過(guò)程中，由于蝴蝶閥關(guān)閉不嚴(yán)，給檢修工作帶來(lái)很大困難。因此，提出在進(jìn)口處新修放水塔、人行橋，更換攔污柵，增設(shè)進(jìn)水閘門。

根據(jù)目前進(jìn)水口及其樞紐的布置形式，結(jié)合周邊的地質(zhì)、地形條件分析，原進(jìn)水設(shè)施已不能滿足電站正常運(yùn)行的需要，對(duì)日常運(yùn)行和檢修帶來(lái)很大不便，急需增設(shè)方便運(yùn)行管理的進(jìn)水口設(shè)施，并對(duì)原來(lái)年久失修的蝴蝶閥進(jìn)行更換。

結(jié)合工程實(shí)際地形條件，進(jìn)水口設(shè)計(jì)形式選擇塔式進(jìn)水口和斜坡式進(jìn)水口兩種方案進(jìn)行比較，通過(guò)方案比選選取優(yōu)者為本次設(shè)計(jì)的推薦方案。方案簡(jiǎn)述如下:

(1)塔式進(jìn)水口方案

放水塔進(jìn)口高程107.25 m，進(jìn)口處設(shè)檢修及工作閘門各一道，孔口尺寸均為2.0 m×2.0 m，采用整體拱形平板鑄鐵閘門。其后由2 m×2 m 方洞漸變到直徑1.5 m 的圓洞。塔身采用C20 鋼筋混凝土澆筑，其斷面為圓形，直徑4.8 m，塔壁厚度0.4 m，內(nèi)徑4.0 m。啟閉機(jī)平臺(tái)高程125.00 m。塔頂與壩頂采用工作橋聯(lián)通。工作橋采用C25 鋼筋混凝土預(yù)制T 梁結(jié)構(gòu)，工作橋總跨度16.6 m，共分兩跨，第一跨跨度8 m，第二跨跨度8.6 m。橋面高程125.00 m。塔頂閘房?jī)?nèi)安裝QL-300 KN-SD 手電兩用螺桿啟閉機(jī)兩臺(tái)。

塔基礎(chǔ)座落于開挖新鮮的基巖面上，用C20 鋼筋砼澆筑，工作橋面用鋼筋砼柱作支撐，柱子底座座落于基巖面上，柱子高5.5 m?？拷访孀鳂蚺_(tái)支撐工作橋面，其設(shè)計(jì)詳見塔式進(jìn)水口設(shè)計(jì)圖。

閘門尺寸2 m×2(寬×高)m，閘門自重3 t，經(jīng)計(jì)算選擇30 噸的QL-300-SD 手電兩用螺桿啟閉機(jī)。

攔污柵2 m×2 m，采用70 mm×70 mm×5 mm 的角鋼做框架，用螺栓錨固在進(jìn)水口砼中，60mm×8mm 的扁鐵做刪條，做成間距為70 mm 的攔污柵，安裝角度90 °。柵格外鍍鋅防銹，攔污柵重1.2 t。

(2)斜拉閘方案

進(jìn)口形式為斜拉閘門，設(shè)置檢修閘門和工作閘門各一道，閘門尺寸2 m×2.5 m，采用整體拱形平板鑄鐵閘門。進(jìn)水口高程107.25 m。啟閉機(jī)平臺(tái)高程125.00，并修建閘房，內(nèi)配套安裝QL-400 KN-SD 手電兩用螺桿機(jī)一臺(tái)。閘門檢修平臺(tái)高程112.55 m，安裝QL-200 KN-SD 手電兩用螺桿機(jī)一臺(tái)。

閘門尺寸2 m×2.5(寬×高)m，閘門自重3.5 t，經(jīng)計(jì)算工作閘門選擇40t 的QL-400-SD 手電兩用螺桿啟閉機(jī)，檢修閘門選擇20 t 的QL-200-SD 手電兩用螺桿啟閉機(jī)。

攔污柵2 m×3.2 m，采用70 mm×70 mm×5 mm 的角鋼做框架，用螺栓錨固在進(jìn)水口砼中，60 mm×8 mm 的扁鐵做刪條，做成間距為70 mm 的攔污柵，安裝角度60°。柵格外鍍鋅防銹，攔污柵重1.5 t。

(3)方案比較

塔式進(jìn)水口方案(51.05 萬(wàn)元)雖然工程量及造價(jià)較斜坡式進(jìn)水口方案高，但其運(yùn)行安全可靠，日常維護(hù)也簡(jiǎn)單方便，從電站運(yùn)行的長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮其優(yōu)勢(shì)是明顯的，因此本次設(shè)計(jì)采用塔式進(jìn)水口方案作為電站進(jìn)水口的推薦方案。

5 結(jié)論

南秦水電站修建時(shí)期較早，其建設(shè)規(guī)模已無(wú)法滿足現(xiàn)狀需求，為了改善這一現(xiàn)狀并充分利用既有工程，提出采用增容改造的方式加以處理。通過(guò)分析，確定了水電站增容改造規(guī)模，經(jīng)過(guò)方案比選確定采用塔式進(jìn)水口方案，具有施工簡(jiǎn)便，安全性高，維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。