石頭河水庫壩后水電站1號機組改造

王選鴻

（陜西省石頭河水庫管理局 陜西 楊凌 712100）

1 引言

石頭河水庫位于秦嶺北麓聞名遐邇的褒斜古棧道遺址北端，眉縣、岐山、太白三縣交界處。水庫壩高114m，最大水面面積320萬m2，總庫容 1.5億m3，有效庫容 1.2億m3，調(diào)節(jié)庫容2.7億m3，是一座集防洪保安、農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水、水力發(fā)電、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大（II）型水利工程。工程于1974年7月全面動工，1989年11月基本建成，1994年順利通過國家驗收。出于歷史的原因，石頭河水庫樞紐壩后電站1#機組為適應(yīng)水庫初期蓄水時期進行發(fā)電的要求和滿足水庫以灌溉為主結(jié)合發(fā)電的運行方式，確定水頭運行范圍40m～65m，在當時是合適的。而現(xiàn)在水庫進入正常蓄水運行時期，同時隨著社會的發(fā)展，水庫的功能和運行方式均有所變化，使電站加權(quán)平均水頭升高，機組在高水頭范圍運行的概率增加，此時1號機組35m～68.6m的水頭運行范圍偏低，造成年利用小時數(shù)低下，難于發(fā)揮正常效益。每當遇到豐水年，產(chǎn)生大量棄水，造成自然資源和工程設(shè)備資源的浪費，使電站經(jīng)濟收入發(fā)生損失。特別是當引紅濟石工程建成后，水庫的年徑流量將增加，可向石頭河水庫多年平均調(diào)水1.04億m3，為充分利用水能資源，減少水庫棄水造成的經(jīng)濟損失，建議盡快改造1號機組。

2 電站基本概況

壩后電站裝設(shè) 1×6500 kW、1×2000 kW和2×5000 kW四臺機組，多年平均發(fā)電量5305萬kW·h，年利用小時3215h。1#機組設(shè)計水頭52m，適應(yīng)水頭70m～35m。詳細參數(shù)如表1。

表1 機組技術(shù)指標表

3 電站改造計算

3.1 水庫調(diào)節(jié)原則及方法

團結(jié)水庫調(diào)節(jié)的目的是在保證西安市、咸陽、楊凌等城市供水，兼顧灌溉和機組發(fā)電的前提下，確定1#機組在不同的水頭段的出力過程和發(fā)電量，為1#機改建提供依據(jù)。

計算方法即根據(jù)庫水位及相應(yīng)的機組過流能力,考慮來水豐枯及庫存水量，決定調(diào)節(jié)流量的大小，逐旬扣除水庫蒸發(fā)、滲漏損失。經(jīng)水量平衡計算，獲得庫容和庫水位變化過程，調(diào)節(jié)流量過程。

3.2 水能計算

（1）計算方法

旬平均出力:N=AHQ(kw)

由于石頭河電站機組為上世紀90年代安裝運行，考慮當時技術(shù)水平，1#機改建前出力系數(shù)A取7.7。隨著科技的發(fā)展，本次1#機改建后，出力系數(shù) A取 8.16。2#、3#機取為7.95,4#機取為8.03。

旬平均電能:E=NT(kw.h)

其中，Q——旬調(diào)節(jié)流量，m3/s；

H——旬平均水頭(凈)，m；

T——旬小時數(shù)，h。

（2）機組運行規(guī)定

根據(jù)水輪機技術(shù)條件,混流式水輪機在額定出力40%以下運行,氣蝕振動若不能保證,則應(yīng)停運。如1#機組6500kW×40%=2600kW，機組出力小于 2600kW時，1#機停運，4#機發(fā)電。當 Q發(fā)較大時，1#、4#機可以同時運行，應(yīng)先1#機，后4#機，這樣可以減少Q(mào)棄。

（3）水能計算結(jié)果（詳見表2、表3）

3.3 方案分析

從表2、表3可以看出，1#機由改建前水頭范圍70m～35m提高到88m～50m，裝機6500kW時，發(fā)電量比改建前增加了406萬 kW·h。

1#機改建后，裝機從6500kW增加到8500kW，從8500kW增加到9500Kw。隨著裝機的增加，所獲得的發(fā)電量的增量十分有限，故裝機容量6500kw較合適。因此，水頭在88m～50m范圍，裝機6500kW為1#機改建的最優(yōu)方案。

由于引紅濟石工程調(diào)水后，1#機組不變，年發(fā)電量由原589萬kW·h增加到1658萬 kW·h，增加 1069萬 kW·h，總裝機 1.85萬kW，原主變壓器容量1.6萬kVA已不滿足運行需要，因此原壩后電站主變壓器、開關(guān)站及線路必須改建，以下三個方案在這基礎(chǔ)上與原機組方案比較如下。

方案一：改建增加估算總投資626萬元。改造后每年可增加發(fā)電量（406+118）萬kW·h，電價按0.3元/（kW·h）計，年增加發(fā)電量毛收入157.2萬元，靜態(tài)投資回收期增加4年。

表2 水能計算成果及方案比較表

表3 水能計算成果表

方案二：改建增加估算總投資464萬元。改造后每年可增加發(fā)電量（406+74）萬kW·h，電價按0.3元/（kW·h）計，年增加發(fā)電量毛收入144萬元，靜態(tài)投資回收期增加3.2年。

方案三：改建增加估算總投資124萬元。改造后每年可增加發(fā)電量406萬（kW·h），電價按0.3元/（kW·h）計，年增加發(fā)電量毛收入121.8萬元，靜態(tài)投資回收期增加1.01年。

4 結(jié)論

綜合分析上述三個方案，相對而言方案三為最優(yōu)，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）投資小，效益大，投資回收期短。

（2）改造工期短，對電站運行影響小。

（3）由于僅改造水輪機，電氣部分不變，不影響其他機組運行。

（4）改造部分相對單純，不可預(yù)見費用少，風險小，易于控制。

因此推薦方案三作為1#機組改造的首選方案。陜西水利