李繼業(yè)

(諸城市墻夼水庫(kù)管理局，山東 諸城　262200)

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墻夼水電站技術(shù)更新改造效果淺析

李繼業(yè)

(諸城市墻夼水庫(kù)管理局，山東 諸城262200)

【摘要】墻夼水電站在土建不動(dòng)的情況下，變更水電站的設(shè)計(jì)工況，更改發(fā)電模式，增加了容量，提高了水的利用率和供電質(zhì)量，保證了安全生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)費(fèi)用,產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】墻夼水電站；更新改造；效果

1　工程概況

墻夼水電站位于山東省諸城市枳溝鎮(zhèn)墻夼村西南、墻夼水庫(kù)放水洞后。墻夼電站由鋼筋混凝土壓力輸水管道、廠房和輸變電設(shè)施組成。主廠房?jī)?nèi)設(shè)ZDJ-LH-80水輪機(jī)，配套TSN85/8型250kW和200kW發(fā)電機(jī)各2臺(tái)，配電間布置低壓配電盤11面、高壓配電盤4面。主變壓器型號(hào)SJL-560-0.4,露天布置。設(shè)計(jì)水頭7.16m，設(shè)計(jì)流量12.48m3/s，總裝機(jī)4臺(tái)，裝機(jī)容量900kW，多年平均發(fā)電量65.99萬kW·h。墻夼水電站是墻夼水庫(kù)樞紐工程之一，是一座以灌溉、放水發(fā)電為主，調(diào)洪棄水發(fā)電為輔的壩后式水電站。

墻夼水電站建于1975年，多年來，電站長(zhǎng)期處于低水頭運(yùn)行狀態(tài)，無法發(fā)揮最優(yōu)工況，同時(shí)，由于年久老化，電站存在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)輪室汽蝕腐爛嚴(yán)重、發(fā)電機(jī)絕緣等級(jí)下降、變壓器效率低損耗大、各類開關(guān)設(shè)施控制不靈等問題，迫切需要進(jìn)行技術(shù)更新改造。

2　技術(shù)更新改造方案

2004年，水電站更換4臺(tái)320kW電機(jī)、低壓控制保護(hù)系統(tǒng)、2臺(tái)800kva變壓器；將水電站發(fā)電模式由原來的以灌溉、發(fā)電為主，調(diào)整為以調(diào)洪棄水發(fā)電為主的模式；提高水電站設(shè)計(jì)水頭，解決轉(zhuǎn)輪室汽蝕破塤問題，加裝微電腦自動(dòng)化控制。

2.1水電站水頭的確定

最大水頭為: Hmax=Z上max-Z下min-Δh損。其中：Z上max取水庫(kù)正常蓄水位98.50m；Z下min=86.00m;Δh損=0.75m。

則電站最大水頭為:Hmax=98.5-86-0.75=11.75m；電站最小水頭為：Hmin=Z上min-Z下max-Δh損。

由于該設(shè)計(jì)以調(diào)洪棄水、發(fā)電為主，同時(shí)又要保證灌溉用水的需要，因此，棄水時(shí)，上游最低水位Z上min=97.00m，即97.00m以下不再調(diào)洪棄水。同樣，下游最高尾水位取Z下max=86m，則電站最低水頭為Hmin=97-86-0.75=10.25m，則電站的平均水頭為H=(Hmax+Hmin)/2=(11.75-10.25)/2=11.00m，電站的設(shè)計(jì)水頭H設(shè)按壩后式電站取為：H設(shè)=0.95h，則H設(shè)=0.95×11.00=10.50m。

2.2設(shè)計(jì)流量的確定

為盡量滿足灌溉需要，最大灌溉流量20m3/s，同時(shí)考慮定型產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)，確定水電站設(shè)計(jì)流量Q設(shè)=4.03×4=16.12m3/s。

2.3裝機(jī)容量的確定

a.機(jī)組性能分析。原水輪機(jī)型號(hào)為ZDJI-LH-80型，轉(zhuǎn)輪葉片安裝角度5°，電站原設(shè)計(jì)水頭7.16m，現(xiàn)設(shè)計(jì)水頭10.50m。現(xiàn)水輪機(jī)型號(hào)為ZD560a-LH-80型，機(jī)組性能用廠家提供的《水輪機(jī)主要性能配套表》查算，水輪機(jī)在水頭10.50m情況下，水電站裝機(jī)容量要加大。方案一：轉(zhuǎn)輪葉片裝置角度5°,單機(jī)裝機(jī)容量200kW。方案二：轉(zhuǎn)輪葉片裝置角度10°,單機(jī)裝機(jī)容量250kW。方案三：轉(zhuǎn)輪葉片裝置角度15°,單機(jī)裝機(jī)容量320kW。

裝機(jī)容量代表電站規(guī)模的大小和擁有的工作能力，裝機(jī)容量必須大于保證出力。裝機(jī)容量的確定除了調(diào)節(jié)流量外，還應(yīng)考慮以下因素：?并網(wǎng)運(yùn)行，在電網(wǎng)中水電站容量比重極小；?以棄水發(fā)電為主，盡量保證灌溉水量，灌區(qū)設(shè)計(jì)流量20m3/s ；?電站現(xiàn)裝機(jī)組及其附屬設(shè)備。

為盡量保證灌溉用水量需要，同時(shí)考慮水資源得到充分利用，經(jīng)論證第三個(gè)方案最為經(jīng)濟(jì)合理，即：水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片裝置角改裝為15°,發(fā)電機(jī)更換為320kW，水電站裝機(jī)容量為4×320kW =1280kW。

水輪機(jī)各項(xiàng)參數(shù)如下：

水輪機(jī)型號(hào)為ZD560a-LH-80；葉片裝置轉(zhuǎn)角15°；水頭H=7.7-12.5m；流量Q=2.91-4.18m3/s；轉(zhuǎn)速n=600r/min；功率N=178-435kW；效率η=84%。

與水輪機(jī)相匹配的發(fā)電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)如下：

發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF320-10/850；額定功率320kW；額定電壓400V；額定電流577A；額定轉(zhuǎn)速600r/min；額定頻率50Hz。

b.勵(lì)磁系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用同軸無刷勵(lì)磁。消除了發(fā)電機(jī)中易引起麻煩的碳刷和集電環(huán)結(jié)構(gòu)，取消了碳刷火花可能導(dǎo)致的一些事故，避免了碳刷粉末落入電機(jī)內(nèi)部，同時(shí)它的調(diào)幅范圍大，能合理分配無功負(fù)荷，具有可靠的穩(wěn)定性，其參數(shù)如下：勵(lì)磁電壓44V，勵(lì)磁電流161A。

c.配電盤。更換與發(fā)動(dòng)機(jī)容量相匹配的開關(guān)、儀表和儀器，采用結(jié)構(gòu)緊湊、保護(hù)、控制三合一的配電屏。具有操作方便、占地面積小、保護(hù)完備等優(yōu)點(diǎn)。

d.變壓器。將原裝2臺(tái)SJL-560型變壓器更換為2臺(tái)800kva節(jié)能型變壓器。

2.4水輪機(jī)汽蝕處理

水輪機(jī)室汽蝕非常嚴(yán)重，汽蝕面積達(dá)100%，深度為2～3cm。經(jīng)論證采用環(huán)氧樹脂摻加鐵粉處理，并經(jīng)多次試驗(yàn)后，確定配合如下。

a.基底銹蝕處理。乙二胺∶鄰苯二甲酸∶丁酯∶甲苯∶鐵粉=1.5∶2∶1.5∶15∶20。

首先用電動(dòng)砂輪機(jī)和鋼刷，把接觸面去銹刨凈，再用噴燈把接觸面烘干，然后把調(diào)和好的環(huán)氧樹脂按原型抹上，待凝固后，用軟軸砂輪機(jī)按線型要求磨光。

b.處理層表面處理。乙二胺∶鄰苯二甲酸∶丁酯∶甲苯=1.5∶2∶1.5∶1.5。

按上述比例在表面涂上一層。

采用上述辦法處理修補(bǔ)后，在10年運(yùn)行中，經(jīng)3次檢查，效果很好。

3　效益分析

通過改造，改變了水電站設(shè)計(jì)水頭，優(yōu)化了運(yùn)行工況，增加了水能，實(shí)現(xiàn)了水輪發(fā)電機(jī)組大幅度增容。裝機(jī)容量由900kW提高到1280kW，增容幅度達(dá)40%，超過28%的國(guó)內(nèi)技改最高增幅，其合理性及增幅均居國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。在水電站控制系統(tǒng)中加裝微電腦自動(dòng)化控制系統(tǒng)，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性，減少了操作失誤，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，精減了管理人員，節(jié)約了管理費(fèi)用。通過發(fā)動(dòng)職工集資入股，提高了職工的工作積極性，增強(qiáng)了責(zé)任感，解決了單位無錢改造的難題。

自2004年5月改造至2014年5月，運(yùn)行11年，共發(fā)電2177.80 萬kW，由改造前年均發(fā)電量64.99萬kW增加到年均發(fā)電197.98萬kW，增加了132.99萬kW；每千瓦時(shí)耗水由原來的75m3下降到52.50m3，耗水率下降30%；水電站生產(chǎn)人員由原來的15人減少到6人，年節(jié)約費(fèi)用20多萬元，電費(fèi)純收入達(dá)560多萬元,取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。2007年被山東省人民政府評(píng)為山東省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。

4　結(jié)　語(yǔ)

墻夼水電站技術(shù)更新改造，在不動(dòng)土建的情況下，引進(jìn)新產(chǎn)品，變更水電站的設(shè)計(jì)工況，調(diào)整了發(fā)電模式，實(shí)現(xiàn)了各類用水模式的統(tǒng)籌兼顧；通過對(duì)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片裝置角度進(jìn)行比對(duì)優(yōu)選，增加了發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量，提高了水的利用率和發(fā)電量；采用發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、準(zhǔn)同期并網(wǎng)、電壓電流保護(hù)三合一控制屏，提高了發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全可靠性，為同類項(xiàng)目改造提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

李飛.山東省農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造實(shí)施經(jīng)驗(yàn)[J].山東水利，2013(12):31.

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.07.015

中圖分類號(hào)：TV742

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1673-8241(2016)07- 0046- 03

Analysis on technology upgrading and transformation in Qiangkuang Hydropower Station

LI Jiye

(ZhuchengQiangkuangReservoirAdministration,Zhucheng262200,China)

Abstract:Qiangkuang Hydropower Station changes the design working condition of hydropower station, and modifies power generation mode under the premise of keeping civil engineering constant, thereby increasing the capacity, increasing the utilization rate of water and power supply quality, ensuring safe production, reducing production cost as well as producing remarkable economic benefits and social benefits.

Key words:Qiangkuang Hydropower Station; upgrading and transformation; effect