馬營(yíng)水電站增效擴(kuò)容改造方案探討

陳輝

（陜西江漢水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，陜西西安710016）

馬營(yíng)水電站增效擴(kuò)容改造方案探討

陳輝

（陜西江漢水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，陜西西安710016）

馬營(yíng)水電站存在水能利用不充分、水輪機(jī)機(jī)型選擇不合理、設(shè)備故障率高、型號(hào)落后等問(wèn)題。為充分利用水能資源，保證電站安全可靠運(yùn)行，結(jié)合對(duì)電站所處河道水能資源復(fù)核計(jì)算成果，并考慮電站擋水、引水、廠區(qū)等建筑物及機(jī)電設(shè)備情況，理確定裝機(jī)容量為4800kW，選擇新型高效水輪發(fā)電機(jī)組及機(jī)電輔助設(shè)備。通過(guò)技術(shù)改造，達(dá)到了充分利用水能資源、增加出力、提高效率以及提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性等目的，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

農(nóng)村水電站；增效擴(kuò)容改造；方案設(shè)計(jì)

1 工程概況

馬營(yíng)水電站位于陜西省漢中市西鄉(xiāng)縣境內(nèi)漢江一級(jí)支流牧馬河中游，為引水徑流式電站。壩址位于西鄉(xiāng)縣峽口鎮(zhèn)留營(yíng)壩村，廠址位于沙河鎮(zhèn)毛壩村，距西鄉(xiāng)縣城30 km。電站于1973年建成發(fā)電，裝機(jī)規(guī)模3×800 kW，設(shè)計(jì)水頭29.5 m，設(shè)計(jì)引水流量12.0 m3/s，設(shè)計(jì)多年平均發(fā)電量1200萬(wàn)kW·h。

2 水電站存在問(wèn)題

馬營(yíng)電站建設(shè)年代久遠(yuǎn)，受當(dāng)時(shí)建設(shè)資金限制，加之水輪發(fā)電機(jī)組及電氣設(shè)備制造水平較低，電站設(shè)備技術(shù)條件比較落后，自動(dòng)化程度不高，電站運(yùn)行40多年來(lái)，主要存在以下問(wèn)題：

（1）水能利用不充分,裝機(jī)規(guī)模偏小。電站壩址處多年平均流量18.7 m3/s，而電站發(fā)電流量?jī)H有12 m3/s，棄水量大，水能資源浪費(fèi)嚴(yán)重；

（2）水輪機(jī)選型不合理。電站設(shè)計(jì)水頭29.5 m，水輪機(jī)型號(hào)為HL120-WJ-71，根據(jù)水輪機(jī)型譜表，推薦HL120轉(zhuǎn)輪適用水頭范圍為180 m～250 m，機(jī)組運(yùn)行范圍偏離高效區(qū)，效率低、穩(wěn)定性差；

（3）水力機(jī)械設(shè)備故障率高。水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，機(jī)械老化，轉(zhuǎn)動(dòng)部件磨損及氣蝕嚴(yán)重，導(dǎo)葉漏水量大；油氣水系統(tǒng)設(shè)備故障、生產(chǎn)效率低；

（4）電氣設(shè)備型號(hào)落后、自動(dòng)化程度低。電站曾對(duì)一、二次設(shè)備進(jìn)行過(guò)改造，但目前運(yùn)行的GG-1A型高壓開(kāi)關(guān)柜、PGL-1系列低壓配電柜、S7變壓器等設(shè)備是明文規(guī)定淘汰產(chǎn)品，設(shè)備隱患多。

3 水電站改造方案

3.1 裝機(jī)規(guī)模確定

根據(jù)水文資料分析計(jì)算及電站動(dòng)能指標(biāo)，改造后電站額定水頭為28.2 m，結(jié)合現(xiàn)有水工建筑物情況及改造投資，確定如下裝機(jī)方案：

方案一：利用現(xiàn)有水工建筑物，在廠房?jī)?nèi)部進(jìn)行機(jī)電設(shè)備擴(kuò)容改造，裝機(jī)容量3000 kW；

方案二：利用現(xiàn)有擋水建筑物，改造部分引水、輸水建筑物，重建廠房進(jìn)行擴(kuò)容改造，裝機(jī)容量4800 kW；

方案三：對(duì)所有水工建筑物進(jìn)行全面改造，最大限度的利用水能，進(jìn)行擴(kuò)容改造，裝機(jī)容量6000 kW；

對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較如表1。

從表1可以看出：①裝機(jī)容量從3000 kW增加到4800 kW時(shí)，每增加1 kW，可增加年發(fā)電量1831 kW.h，而裝機(jī)容量從4800 kW增加到6000 kW時(shí)，每增加1 kW，增加年發(fā)電量1353 kW.h，說(shuō)明裝機(jī)容量為4800 kW時(shí)效益較好。裝機(jī)容量從3000 kW增加到4800 k時(shí)，年利用小時(shí)數(shù)差值、電站年收益差值增幅均較大。②裝機(jī)容量從3000 kW增加到4800 kW時(shí)，投資費(fèi)用差值、投資差值回收年限較大，說(shuō)明裝機(jī)容量為4800 kW時(shí)投資相對(duì)較小。③裝機(jī)容量為4800 kW時(shí)，單位電量投資最小，說(shuō)明此方案整體效益較好。

通過(guò)以上綜合比較，本次改造推薦方案二，即裝機(jī)容量為4800 kW。

表1 裝機(jī)容量比較表

表2 模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)

表3 水輪機(jī)選型計(jì)算表

3.2 水輪機(jī)選型

改造后仍選用3臺(tái)臥軸混流式機(jī)組，單機(jī)容量1600 kW。

根據(jù)現(xiàn)有混流式機(jī)組資料，初步選取HLA551、HLA551 C、HL240、HLA286、HLA208等5種效率較高的模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)進(jìn)行比較，其水輪機(jī)模型參數(shù)比較見(jiàn)表2，水輪機(jī)選型計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表3。

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果可以看出以下幾點(diǎn)：①在所列5種機(jī)型中，經(jīng)計(jì)算兩種機(jī)型未能達(dá)到額定出力，且效率較低，因此不推薦。②在三種機(jī)型中，以HLA551機(jī)型效率最高、氣蝕系數(shù)及轉(zhuǎn)輪直徑最小。故本次推薦HLA551機(jī)型，推薦水輪機(jī)型號(hào)為HLA551-WJ-100。

3.3 水力機(jī)械附屬設(shè)備

（1）調(diào)速器：改造后每臺(tái)機(jī)組配備一臺(tái)GYWT-1000型可編程微機(jī)調(diào)速器，工作壓力16 MPa，調(diào)速功1000 kg.m。

（2）主閥：改造后仍采用“單機(jī)單管”的供水方式，壓力鋼管直徑1.5m，在每臺(tái)機(jī)組進(jìn)水口處設(shè)置一臺(tái)D941X-10/1500閥門。

（3）起重設(shè)備：根據(jù)改造后機(jī)組各部件重量，最重件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸約11 t，考慮吊鉤及吊具重量，本次改造選用QD-16/3.2 t～12 m的電動(dòng)雙梁起重機(jī)，工作級(jí)別A5，采用封閉式滑觸線，控制機(jī)構(gòu)裝有限位裝置。

（4）水、油、氣系統(tǒng)：改造后重新設(shè)計(jì)技術(shù)供排水系統(tǒng)，設(shè)備采用全自動(dòng)濾水器，廠房排水系統(tǒng)安裝效率較高的潛水泵，并在集水井內(nèi)安裝水位檢測(cè)元件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制排水。油系統(tǒng)及氣系統(tǒng)更換高效、節(jié)能的油泵、濾油機(jī)及空壓機(jī)等設(shè)備。

3.4 電氣設(shè)備改造及選型

電氣設(shè)備改造按照技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則，考慮遠(yuǎn)景發(fā)展的需要，滿足正常運(yùn)行、檢修、短路、過(guò)電壓各種工況條件的要求，優(yōu)先采用節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠的新型設(shè)備，并兼顧防火及無(wú)油化的要求[1]。

（1）發(fā)電機(jī)：改造后發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW1600-12/2150，額定容量2000 kVA，出口電壓6.3 kV，額定轉(zhuǎn)速428.6 r/min，線圈為F級(jí)絕緣。

（2）變壓器：改造后電站變壓器選用節(jié)能、環(huán)保新型設(shè)備，主變型號(hào)為S11-6300kVA 38.5±2×2.5%/6.3 kV，布置在原戶外變電站。廠用變壓器型號(hào)為SCB11-160 kVA/6.3 kV，布置在配電室內(nèi)，選擇1臺(tái)等容量的備用廠變，布置在戶外變電站。

（3）6.3 kV開(kāi)關(guān)柜：電站目前采用GG-1A型開(kāi)啟式固定開(kāi)關(guān)柜，防護(hù)等級(jí)低且有不同程度的損壞，本次改造更換現(xiàn)有開(kāi)關(guān)柜，選用帶“五防”功能的封閉手車式鎧裝高壓成套開(kāi)關(guān)柜，型號(hào)為KYN28-12（Z），柜內(nèi)配VS1-12型真空斷路器，“五防”功能納入全站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

3.5 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

為了提高電站自動(dòng)化程度和可靠性，提高管理水平和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，便于系統(tǒng)的調(diào)度管理，改造后電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班、少人值守”運(yùn)行管理模式。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由電站控制級(jí)和現(xiàn)地控制單元級(jí)兩層組成，通過(guò)由光纜及以太網(wǎng)交換機(jī)組成的以太網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地聯(lián)系在一起。電站控制級(jí)包括一臺(tái)主機(jī)兼操作員工作站、一臺(tái)寬行打印機(jī)和一臺(tái)在線式UPS等。電站控制層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理各現(xiàn)地控制單元的工作，收集有關(guān)信息并作相應(yīng)處理和存儲(chǔ)，運(yùn)行人員可通過(guò)人機(jī)接口對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面進(jìn)行在線修改、人工設(shè)定、設(shè)置監(jiān)控狀態(tài)、修改定制等操作?，F(xiàn)地控制單元級(jí)以觸摸屏和可編程控制器為核心設(shè)備組成，包括3套機(jī)組單元LCU、1套開(kāi)關(guān)站LCU及1套公用設(shè)備單元LCU。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能有：數(shù)據(jù)采集和處理、安全運(yùn)行監(jiān)視、實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)、事件順序記錄、打印記錄、事故追憶、事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)、電站運(yùn)行維護(hù)管理、系統(tǒng)授權(quán)管理等。

4 結(jié)論

（1）充分利用水能水資源，增加發(fā)電效益。改造后電站總裝機(jī)規(guī)模4800 kW，發(fā)電流量20.13 m3/s，與河道多年平均流量匹配更為合理，水能水資源利用更充分，多年平均發(fā)電量1715萬(wàn)kW.h，發(fā)電效益增加明顯。

（2）提高設(shè)備性能，消除設(shè)備安全隱患。改造后電站綜合出力系數(shù)由7.0提高至8.2，機(jī)組綜合性能提高明顯。電氣設(shè)備采用節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠的新型設(shè)備，納入電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，消除設(shè)備安全隱患。

（3）電站自動(dòng)化水平提高。改造后電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班、少人值守”運(yùn)行管理模式，提高管理水平，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了職工工作環(huán)境。

馬營(yíng)電站增效擴(kuò)容改造，對(duì)影響范圍大且投資多的擋水、引水及廠區(qū)等建筑物進(jìn)行局部改造利用，重點(diǎn)更新改造了水輪發(fā)電機(jī)組，調(diào)速器、主閥水力機(jī)械輔助設(shè)備及電氣一、二設(shè)備，極大的增加了電站發(fā)電效益，并提高了電站安全性。

TV737

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1673-9000（2017）04-0069-03

2017-04-05

陳輝（1982-），男，陜西西安人，工程師，從事水利水電工程設(shè)計(jì)工作。