【文章內(nèi)容簡介】 35 km，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發(fā)電等綜合利用的水利工程。設(shè)計灌溉面積 萬畝，防洪保護農(nóng)田 萬畝、人口 15000 人。水閘電站廠房 2 處，總裝機容量為825kw。XX 河水閘建于 1967 年，主要由壩內(nèi)引水涵管、攔河閘、沖砂底孔、壩后電站廠房等建筑物組成。攔河壩為漿砌石重力壩，由溢流壩段和非溢流壩段組成，總長 。非溢流壩段分為左、右岸壩段，左岸擋水壩段長 ，壩頂高程 ，壩頂寬 ，最大壩高 。右岸廠房壩段長 ，壩頂高程 。溢流段總長 ，溢流前緣凈寬 ，堰頂高程 ，最大堰高 。堰面為 WES 曲線，下接 1: 的直線段，下游采用挑流消能，反弧半徑 7m，挑射角25176。，挑流鼻坎高程 ，鼻坎寬度 。在大壩迎水面設(shè)置有混凝土防滲面板，防滲板由多次加固而成，各處厚度不一，頂部至 264m 高程，厚約 ，向下逐漸變薄，至 厚僅 ，至 厚皆為 ，從 至壩基約 。防滲面板設(shè)計標號 C15，面板布有 Φ6 溫度鋼筋，縱橫間距各為 30cm。整個防滲面板設(shè)有 1 條伸縮縫。溢流面設(shè)有厚 的 C20 砼溢流面板，面板里布置有 Φ12 溫度鋼筋，縱橫間距均為 30cm。沖砂底孔布置于大壩左端，進口底板高程 ，斷面為城門型，寬 1m，直墻高 1m，園拱半徑為 ，涵身與壩軸線垂直線成左偏 15176。夾角。整個涵身才用石灰石粗條石砌筑而成，管長 28m，目前已封堵廢棄。原發(fā)電引水管（即低涵）位于溢流壩的右端，為直徑 1m 的鋼筋混凝土壓力管，進口高程 ，管長 ，進口 長與壩軸線垂直，后 右轉(zhuǎn) 24176。，管身為砼預制管，管壁厚 。進口設(shè)鋼質(zhì)平板直升式檢修閘門，由 15T 手搖絲桿啟2閉機啟閉。1987 年新建發(fā)電輸水涵后，已將此涵變?yōu)榱藳_砂底孔。灌溉引水管（即高涵）位于大壩左端，為漿砌石箱型涵，進口高程 ，斷面尺寸為 。進口設(shè)鋼質(zhì)平板直升式工作閘門，由 5T 手搖絲桿啟閉機啟閉。1987 年新建發(fā)電、灌溉引水涵管位于大壩右端，進口高程 ，為鋼筋砼襯砌的圓管，主管直徑 ，出口分為三根岔管，2 根發(fā)電管，管內(nèi)徑為 ，1 根灌溉管，管內(nèi)徑為 。涵管進口設(shè)鋼質(zhì)平板直升式工作閘門，由 5T 手搖絲桿啟閉機啟閉。電站廠房 2 處，其中壩后電站裝機容量為 2*250kw，發(fā)電尾水進入河床，電站設(shè)計水頭 。渠首電站裝機容量為 200+125kw，發(fā)電尾水進入引水渠，電站設(shè)計水頭 17m。電站水輪發(fā)電機組目前已運行 30 多年，由于水輪機過流部件受高速含沙水流的沖擊、空蝕磨蝕破壞較嚴重，輔助設(shè)備老化，近年來出現(xiàn)了較多的問題，機組效率大幅降低，發(fā)電量逐年減少，電站設(shè)計年發(fā)電量 220 萬 kwh，近 10 年來實際最高年發(fā)電量 198 萬 kwh（2022 年） ，最低年發(fā)電量 102 萬 kwh（2022 年） ，年均發(fā)電量 萬kwh。 電站運行現(xiàn)狀XX 河壩電站設(shè)計裝機 4 臺，總?cè)萘?825 kw。經(jīng)現(xiàn)場檢查和查閱資料，電站運行現(xiàn)狀歸納如下： ⑴電站水工建筑物陳舊，但基本能滿足發(fā)電運行要求。⑵機組出力效率明顯降低。目前電站 1機組是上世紀 80 年代的產(chǎn)品，運行至今已有 30 多年，現(xiàn)出力只有 60%左右。壩后電站 2機組容量 200Kw，水輪機轉(zhuǎn)輪磨耗嚴重，最大出力 150 kw，且發(fā)電機在出力 140kw 左右發(fā)熱嚴重，機組效率水平為75%； 3機組存在與 2機同樣現(xiàn)象，在設(shè)計水頭工況（設(shè)計水頭 Hr=17m 時）最大出力 200 kw，機組效率水平為 80%。近年來，由于機組空蝕磨蝕嚴重，設(shè)備老化等因素，機組出力逐年下降，目前，在水庫處正常水位，水輪機過額定設(shè)計流量時，4機組出力 200 kw 左右，機組出力降低 15~20%左右，機組效率水平已低于 75%。⑶水輪機組檢修工作量逐年增大。機組都存在振動過大，檢修難度大，費用過高，同時造成設(shè)備臨檢而不能發(fā)電；廠家制造工藝較差，機組水導處止水密封漏水嚴重，水導油盆經(jīng)常進水，水軸頸及軸瓦磨損嚴重造成水導振擺過大，每年的檢修費用很大。3⑷機組和電氣設(shè)備已超過使用期限，嚴重老化，故障率高。發(fā)電機組、主變壓器、控制保護設(shè)備、起重設(shè)備都是上世紀 70 年代出廠產(chǎn)品，老化嚴重，有些配件已難以采購，電站雖能勉強維持運轉(zhuǎn)，但故障率高，運行狀況差，維修任務大，停電時間長，急需要更新改造。 電站存在的主要問題 XX 河壩電站自 1979 年投產(chǎn)以來，已運行 30 多年，鑒于電站建設(shè)時機電設(shè)備的制造技術(shù)水平較低，以及運行時間長，設(shè)備老化磨損嚴重，電站主要在設(shè)備方面存在諸多問題。⑴水輪機空蝕、磨蝕破壞嚴重①水輪機轉(zhuǎn)輪葉片磨損嚴重。水輪機轉(zhuǎn)輪的材質(zhì)為普通碳鋼，抗空蝕能力低，目前，檢查發(fā)現(xiàn)葉片及下環(huán)的空蝕和泥沙磨損較嚴重，葉片背面的空蝕部位已被氣蝕成蜂窩狀。②轉(zhuǎn)輪密封間隙過大。由于水軸頸及軸瓦磨損嚴重造成水導振擺過大，既造成較大的容積損失，同時又造成設(shè)備臨檢而不能發(fā)電。⑵機組出力、效率逐年下降由于上世紀早期編制的水輪機模型轉(zhuǎn)輪型譜中可供各水頭段選用的轉(zhuǎn)輪型號少，電站只能“套用 ”相近轉(zhuǎn)輪；其主要能量指標 (單位流量、單位轉(zhuǎn)速、模型效率)都比較低。因而使機組偏離電站實際運行參數(shù)，導致水輪機偏離高效率區(qū)，造成機組運行的平均效率低、耗水量大，水能資源未能得到充分利用的。本電站水輪機組新機時的效率大約為 80%，由于水輪機通流部件空蝕、磨蝕導致的水力損失逐漸增大，目前機組效率已大幅下降。⑶XX 河壩電站原調(diào)速器型號為 YT 系列，經(jīng)過多年運行，調(diào)速器控制元件磨損老化、調(diào)節(jié)失靈；調(diào)速器是上世紀中生產(chǎn)的老式產(chǎn)品，備品備件無處采購，修復難度很大。現(xiàn)全部更換為微機調(diào)速器，型號 YWT 系列，調(diào)速功 300600kgm。⑷電氣設(shè)備老化，故障率高。電站主變壓器三臺，型號分別為 S7315/400V2 臺和S7400/400V，均是上世紀 80 年代產(chǎn)品；高壓開關(guān)柜、控制保護設(shè)備都是老式產(chǎn)品，繼電器、控制儀表、測量儀表全部是機械式產(chǎn)品，技術(shù)水平低，且運行時間長，已嚴重老化，運行中故障率高，耗電量大，既不安全，又不節(jié)能，難以適應電站安全經(jīng)濟運行要求。4 電站綜合能效評價電站水能利用評價XX 河水閘閘址以上控制集雨面積 , 干流長度 ，干流坡降 44‰。多年平均降雨量 1715mm，多年平均蒸發(fā)量 。電站設(shè)計裝機 825kw，設(shè)計多年平均發(fā)電站 220 萬 kwh， 2022~2022 年電站實際年平均發(fā)電量 萬度。根據(jù)電站水能計算，XX 河壩電站壩址控制集雨面積 ，多年平均流量 ，水能利用率僅 60%左右。由此可見，本站水能利用率是很低的，對 XX 河壩電站增效擴容改造十分必要。機組運行效率評價 目前電站 1機組水輪機型號為 ZD661LMY60，配套發(fā)電機型號為 TSN59/418，額定轉(zhuǎn)速 750r/min，額定功率 125kw，額定功率因數(shù) （滯后） ，額定電壓 ，湖南 XX 縣水電設(shè)備廠出品，為 1972 年 9 月的產(chǎn)品，運行至今已有 30 年，現(xiàn)出力只有 50%左右，達到了報廢標準。2機組容量 200Kw，水輪機型號均為 HL123WJ50，配套發(fā)電機型號為 TSWN85/3，額定轉(zhuǎn)速 750r/min，額定功率 200kw，額定功率因數(shù)（滯后） ，額定電壓 ，2 臺水輪發(fā)電機組均為邵陽市水輪發(fā)電機廠 1979 年的產(chǎn)品，水輪機轉(zhuǎn)輪磨耗嚴重，最大出力 150 kw，且發(fā)電機在出力 140kw 左右發(fā)熱嚴重，壩后電站 4機組容量 250Kw，水輪機型號均為 HL260WJ60，配套發(fā)電機型號為TSWN9019，額定轉(zhuǎn)速 750r/min，額定功率因數(shù) （滯后） ，額定電壓 ，2 臺水輪發(fā)電機組均為為邵陽市水輪發(fā)電機廠 1979 年的產(chǎn)品，水輪機轉(zhuǎn)輪磨耗嚴重，最大出力 200 kw，且發(fā)電機在出力 210kw 左右發(fā)熱嚴重，機組效率水平為 80%。由于機組出力效率低，單位電能耗水率大大增加，電站發(fā)電量大幅度減少，嚴重影響了電站經(jīng)濟效益的發(fā)揮。電站增效擴容的可行性評價XX 河壩電站設(shè)計裝機 825kw，設(shè)計多年平均發(fā)電站 220 萬 kwh， 2022~2022 年電站實際年平均發(fā)電量 萬度。通過技術(shù)改造，電站裝機容量為 1000kw，多年平均發(fā)電量可達 萬 kwh，比原設(shè)計年增加發(fā)電量 萬 kwh，增加比例為 32%；比 2022~2022 年電站實際年平均發(fā)電量 萬度增加發(fā)電量 萬 kwh，增加比例為 %。⑴水量能滿足增發(fā)電量要求。XX 河壩電站發(fā)電多年平均可用水量 6528 萬 m3，改5造后發(fā)電量 萬 kwh，需要供水量 4587 萬 m3。⑵引水建筑物能滿足輸送流量要求。發(fā)電輸水涵洞位于非溢流壩的右壩段，為鋼筋砼圓形涵管，內(nèi)徑為 ，長 25m，進口底板高程為 ，原設(shè)計引用流量6m3/s，設(shè)計流速為 ，擴容后設(shè)計引用流量 6m3/s，流速為 ，屬經(jīng)濟流速范圍，無需改造。⑶廠房及升壓站建筑物結(jié)構(gòu)尺寸能滿足技術(shù)改造要求。本次技術(shù)改造水輪發(fā)電機組臺數(shù)減小 1 臺，主變壓器臺數(shù)不變，高低壓配電屏柜及輔助設(shè)備臺數(shù)與原來基本相同，控制保護采用微機自動化裝置，屏柜臺數(shù) 還 有 所 減 少 ， 廠 房 及 升 壓 站 原 有 建 筑 物 結(jié)構(gòu) 及 尺 寸 都 能 滿 足 改 造 要 求 。⑷更換水輪發(fā)電機組，出力效率會大幅度提高。原有 4水輪機組因老化磨蝕嚴重，出力效率降至 77%左右，更換新機組后，機組綜合出力效率可達到 92%，與現(xiàn)狀相比，機組出力效率可增加 15%。⑹電量上網(wǎng)不存在問題。XX 河壩電站電力輸入 XX 縣電網(wǎng)，XX 縣電網(wǎng)與湖南省電網(wǎng)已連網(wǎng)。XX 縣電網(wǎng)電力總裝機容量達到 100MW，用電負荷達到 116MW，年用電量達到 6 億 kwh。XX 河壩電站改造后比原設(shè)計年增加電量約 70 萬 kwh，對電網(wǎng)影響微小，且電站有水庫調(diào)節(jié)，發(fā)電穩(wěn)定，是優(yōu)質(zhì)電，電網(wǎng)將優(yōu)先接納，故增效改造后增加電量上網(wǎng)不存在問題。從以上分析說明，XX 河壩電站進行增效改造的條件基本上能滿足，所以，對 XX河壩電站進行增效擴容改造是可行的。 電站技術(shù)改造目標與內(nèi)容電站技術(shù)改造目標 XX 河壩電站增效擴容改造主要目標為：⑴通過增效擴容改造，消除電站安全隱患，減小不合理的裝機，提高電站經(jīng)濟效益；⑵水輪發(fā)電機組綜合效率由原設(shè)計 82%提高到 90%；⑶多年平均發(fā)電量由原設(shè)計 250 萬 kwh 增加到 萬 kwh，增加發(fā)電量 萬kWh，增加比例為 32%。較改造前 10 年實際平均年發(fā)電量 年 kwh 增加發(fā)電量 萬 kwh，增加比例為 %。電站技術(shù)改造內(nèi)容電站技術(shù)改造主要項目如下：6（一）水力機械⑴水輪機改造。水輪機更換 3 臺，拆除 1 臺。⑵發(fā)電機更換。發(fā)電機更換 3 臺，拆除 1 臺。⑶水輪機調(diào)速器更換。調(diào)速器 3 臺，拆除 1 臺。⑷油、氣、水系統(tǒng)設(shè)備及管路更換。（二）電氣設(shè)備更新改造⑴高低壓配電裝置更換。包括 廠用變、10KV 高壓開關(guān)柜、400V 低壓配電屏。⑵控制保護設(shè)備更換。包括發(fā)電機組及調(diào)速器機旁屏柜、微機控制保護裝置、微機監(jiān)控裝置、自動化裝置、直流系統(tǒng)裝置、工業(yè)電視裝置、通信系統(tǒng)裝置等。⑶升壓站設(shè)備更換。包括主變壓器 3 臺、斷路器、電壓互感器、電流互感器、隔離開關(guān)、避雷器等。 水文 流域概況XX 河壩位于湘江一級支流紫水河上游， ，地處 XX 縣大廟口境內(nèi)，距 XX 縣35km。閘址以上控制集雨面積 , 干流長度 ，干流坡降 44‰。 氣象河壩電站屬亞熱帶大陸季風濕潤氣候，熱量充足，四季交替分明。灌區(qū)多年平均氣溫 ℃～ ℃，多年平均日照為 ，多年平均降雨量 1715mm，多年平均蒸發(fā)量 。 徑流XX 河壩壩址逐月平均流量直接從省勘測設(shè)計總院 2022 年編的《湖南省 XX 縣蘆江水庫初步設(shè)計報告》引用，然后通過水文比擬法求得 XX 河壩壩址逐月平均流量。結(jié)果見表 1－3。表 1－3 XX 河壩壩址各典型年徑流 m3/s頻率典型年 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月1970 10%豐水年 71985 50%平水年 1969 90%枯水年 工程地質(zhì) 區(qū)域地質(zhì)概況河壩位于 XX 河流域干流上，在 XX 舜皇山林區(qū)，屬萌渚嶺山系的一部分，境內(nèi)大部分的山地在海拔 200—1000m 之間，群山連綿，河流溪溝曲折蜿蜒，兩岸山坡陡峻，基巖裸露，屬侵蝕中低山地貌類型。根據(jù)安全評價地勘，XX 河攔河壩地層分為二層，①層為紫紅色中厚層狀石英砂巖，呈強～弱風化狀態(tài)，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎，透水性較大，多在 ～33Lu，為中等透水巖帶，透水帶厚度 5～10m。②層為弱風化基巖區(qū)，紫紅色中厚層狀砂巖，巖體相對完整，透水性相對較小。 主要建筑物工程地質(zhì)條件 庫區(qū)工程地質(zhì)庫區(qū)為高山峽谷地形，庫岸山體極為雄厚，庫盆由砂巖組成，滲透性較弱，水庫無滲漏之憂。庫岸基巖裸露，因節(jié)理發(fā)育，巖體較破碎，山坡表層的殘坡積層在重力、水文氣象等因素作用下，局部的小型坍塌、滑坡對水庫影響不大，庫岸基本穩(wěn)定。壩兩岸山坡陡峻，山體雄厚，森林茂密，兩岸山坡穩(wěn)定，不會有較大的塌方發(fā)生。 廠址主要工程地質(zhì)問題及評價廠房座落于上壩后階地上，階地地勢較平緩，斜坡 10－15176。地表覆蓋層為第四系全新統(tǒng)沖積層（