黃柏河流域水電站增效擴(kuò)容改造實(shí)踐探討

劉祥兵，卞于華

（宜昌市水利水電局，宜昌 443000）

1 黃柏河流域水電工程概況

黃柏河流域系長江中游左岸的一級(jí)支流，地處鄂西南，發(fā)源于荊山山脈南麓，有東、西兩條支流。其中東支為主流，河長107km，控制流域面積1165km2，西支河長44km，控制流域面積683km2。東、西兩支在宜昌市夷陵區(qū)兩河口匯合，于宜昌市葛洲壩上游三江航道注入長江。

黃柏河流域東支水庫總庫容3.17億m3，原設(shè)計(jì)總裝機(jī)32.34MW，年發(fā)電量10710萬kW·h?，F(xiàn)有四座水庫五級(jí)電站，實(shí)際總裝機(jī)31.74MW，年發(fā)電量9500萬kW·h，累計(jì)發(fā)電14.3億kW·h。從上游起依次有玄廟觀水庫及電站、天福廟水庫及其一級(jí)、二級(jí)電站、西北口水庫及電站、尚家河水庫及電站。玄廟觀水庫為東支梯級(jí)的第一座水庫，總庫容4054萬m3，電站裝機(jī)5MW（2×2.5MW），距宜昌市110km，2005年電站投產(chǎn)發(fā)電。天福廟水庫為第二座水庫，是流域東支梯級(jí)開發(fā)的第一座中型水庫，總庫容6180萬m3，距宜昌市91km。電站總裝機(jī)容量6.04MW，其中：一級(jí)電站3.75MW（3×1.25MW），二級(jí)電站2.29MW（3×0.63MW +1×0.4MW），1978年投產(chǎn)發(fā)電。西北口水庫為第三座水庫，系流域梯級(jí)開發(fā)的主體骨干工程，總庫容19627萬m3，電站總裝機(jī)容量18.9MW（3×6.3MW），距宜昌市65km，1992年投產(chǎn)發(fā)電。尚家河水庫為東風(fēng)渠灌區(qū)取水工程的組成部分，是梯級(jí)電站的最后一級(jí)，距宜昌市56km。水庫總庫容1828萬m3，電站現(xiàn)實(shí)際裝機(jī)容量1.8MW（2×0.5MW +1×0.8MW），1980年投產(chǎn)發(fā)電。

2 電站增效擴(kuò)容改造

為了更好地發(fā)揮黃柏河流域水電工程的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)水利部、湖北省水利廳《關(guān)于下達(dá)2011年農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造中央財(cái)政補(bǔ)助資金的批復(fù)》、《湖北省農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)實(shí)施方案》等精神，流域天福廟一、二級(jí)電站和尚家河電站納入省第一批農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造試點(diǎn)工程項(xiàng)目。

主要對(duì)電站現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行更新改造，對(duì)土建工程加以配套、維修整治。工程靜態(tài)總投資2553.86萬元。其中水工建筑物386.14萬元，機(jī)電設(shè)備1536.84萬元，金屬結(jié)構(gòu)62.76萬元，其它568.12萬元。中央投資834萬元，省投資470萬元，其余自籌。

2.1 改造主要內(nèi)容

（1）對(duì)天福廟電站主機(jī)及其主要輔助設(shè)備（調(diào)整器、自動(dòng)濾水器）進(jìn)行更新改造（蝶閥增效擴(kuò)容前已全部更新），電站總裝機(jī)容量由6.04 MW增加到7.0MW，其中一級(jí)電站裝機(jī)容量由3.75MW（3×1.25MW）增加到4.2MW（3×1.4MW）；二級(jí)電站裝機(jī)容量由2.29MW（3×0.63MW+1×0.4MW） 增加到2.8MW（3×0.8MW +1×0.4MW）。主機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工、廠房維修等其他土建工程。整治二級(jí)電站引水建筑物4.806km。

（2）對(duì)尚家河電站主機(jī)及其主要輔助設(shè)備（調(diào)整器、自動(dòng)濾水器）進(jìn)行更新改造（機(jī)組快速閘門增效擴(kuò)容前已全部更新），電站總裝機(jī)容量由1.8MW（2×0.5MW +1×0.8MW）增加到2.4MW（3×0.8MW）。主機(jī)設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工、廠房維修等其他土建工程。

2.2 改造主要技術(shù)方案

在增效擴(kuò)容改造過程中，為確保改造質(zhì)量和效果，我們特別注重機(jī)組更新改造的如下技術(shù)環(huán)節(jié)：

（1）結(jié)合設(shè)計(jì)和電站實(shí)際情況，充分查看現(xiàn)場(chǎng)，多次召開技術(shù)協(xié)調(diào)會(huì)議，確定更新機(jī)組的尺寸和型號(hào)。因流域改造電站大多為70年代末80年代初興建，圖紙資料不全。為保證尺寸的準(zhǔn)確，在設(shè)計(jì)前我們對(duì)流域改造的3個(gè)電站均拆機(jī)進(jìn)行了尺寸復(fù)核。為保證達(dá)到設(shè)計(jì)效果，對(duì)天福廟一級(jí)電站發(fā)電機(jī)、對(duì)除進(jìn)水彎管和尾水錐管以外的部分全部進(jìn)行了更新，對(duì)二級(jí)電站尾水錐管也進(jìn)行了更換；對(duì)尚家河底環(huán)（包括底環(huán)）以上部分全部更新。

（2）機(jī)組改造后一般要運(yùn)行三十年以上，為保證機(jī)組質(zhì)量，我們對(duì)轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉等過流部件等全部采用不銹鋼，對(duì)主軸要求采用45號(hào)鍛鋼，對(duì)機(jī)組硅鋼片要求使用冷軋鋼，并加強(qiáng)設(shè)備制造現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量監(jiān)督，確保設(shè)備質(zhì)量。

（3）加強(qiáng)機(jī)組安裝過程的質(zhì)量檢查，設(shè)備到貨后由業(yè)主、監(jiān)理和廠家代表共同對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，對(duì)存在的設(shè)備缺陷處理正常后方可安裝，并做好設(shè)備缺陷處理記錄。

（4）機(jī)組改造過程中的混凝土鑿除和澆筑工程是一個(gè)方量少但地點(diǎn)多的復(fù)雜工程，施工質(zhì)量的好壞不僅對(duì)機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行有很大影響，還關(guān)系機(jī)組長期的穩(wěn)定運(yùn)行。在施工過程中，我們始終安排業(yè)主和監(jiān)理人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，要求施工單位按設(shè)計(jì)要求鑿除到位；在混凝土澆筑過程中，特別要求認(rèn)真處理好新舊混凝土的結(jié)合問題，認(rèn)真清理老混凝土表面，在新混凝土澆筑時(shí)要求打孔布筋，確?；炷翉?qiáng)度和穩(wěn)定。

（5）在設(shè)備啟動(dòng)過程中，要求現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員嚴(yán)格按規(guī)定的程序流程檢查到位，發(fā)現(xiàn)的問題要及時(shí)處理。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到相關(guān)規(guī)定后方可啟動(dòng)驗(yàn)收。由于各施工環(huán)節(jié)到位，2012年12月20日啟動(dòng)試運(yùn)行時(shí)，天福廟一、二級(jí)電站6臺(tái)機(jī)組均一次啟動(dòng)并網(wǎng)成功，一級(jí)站機(jī)組達(dá)到增容后設(shè)計(jì)出力1400kW，機(jī)組最高運(yùn)行溫度47.7℃；二級(jí)站機(jī)組達(dá)到增容后設(shè)計(jì)出力800kW，機(jī)組最高運(yùn)行溫度45.9℃，機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)組運(yùn)行正常，圓滿達(dá)到了改造效果。

3 電站增效擴(kuò)容改造成果

增效擴(kuò)容改造后電站總裝機(jī)由原來的7840kW增加到9400kW，增加1560kW。發(fā)電量由原來的3250萬kW·h增加到3840萬kW·h，增加590萬kW·h（其中一級(jí)電站增加160萬KW·h，二級(jí)電站增加200萬kW·h，尚家河電站增加230萬kW·h），經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。

增效擴(kuò)容改造工程淘汰了電站老化落后設(shè)備，解決了目前電站存在的機(jī)組老化、安全隱患多、效率低等問題，提升了電站運(yùn)行的安全性和可靠性。同時(shí)通過運(yùn)用新設(shè)計(jì)技術(shù)、新材料和先進(jìn)制造技術(shù)，達(dá)到了節(jié)能、降耗、低碳、環(huán)保、增效的目的。

4 電站增效擴(kuò)容改造效果

黃柏河流域東支天福廟、尚家河水庫電站工程以蓄水灌溉、供水為主，兼有發(fā)電、防洪等綜合效益，是宜東灌區(qū)100萬畝農(nóng)田灌溉和宜昌市城區(qū)100萬人口飲用水的水源地，黃柏河流域增效擴(kuò)容改造工作對(duì)促進(jìn)宜昌市經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康、穩(wěn)定、和諧發(fā)展發(fā)揮了一定作用，同時(shí)也使實(shí)現(xiàn)流域優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)成為可能。

（1）流域硬件條件發(fā)生了根本變化。流域上世紀(jì)八九十年代建設(shè)的三座水庫（西北口水庫、天福廟水庫、尚家河水庫）經(jīng)過除險(xiǎn)加固，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，不僅使水庫發(fā)揮了正常效益，也使流域動(dòng)態(tài)洪水管理成為現(xiàn)實(shí)，水庫度汛安全得到了有力保障。同時(shí)使最大限度利用洪水發(fā)電成為可能。流域五級(jí)電站經(jīng)過技術(shù)改造、設(shè)備更新，已經(jīng)全面實(shí)現(xiàn)了微機(jī)監(jiān)控，具備了“無人值班、少人值守”的條件，大大減輕了運(yùn)行值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，不久宜昌市建立的流域集控中心，將實(shí)現(xiàn)流域水庫電站的遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)。

（2）調(diào)度條件發(fā)生了變化。為了更好的配合電網(wǎng)部門對(duì)電力科學(xué)調(diào)度的需求，目前流域的優(yōu)化調(diào)度基本能實(shí)現(xiàn)高峰發(fā)電、低谷停機(jī)蓄水的功能，同時(shí)滿足下游灌區(qū)用水的需求，大大減少了水量損失，提高水量的再次綜合利用率。

（3）完成了黃柏河流域梯級(jí)水庫群的優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)研究。2012年8月29日，由水利廳主持在武漢召開了《宜昌市黃柏河流域梯級(jí)水電站優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行方式研究初步成果咨詢會(huì)》，該項(xiàng)目在綜合考慮黃柏河流域梯級(jí)水庫群的防洪、灌溉、供水、發(fā)電等多方面效益的前提下，研究了以西北口水庫為主的4庫5站梯級(jí)水庫群系統(tǒng)的中長期多目標(biāo)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方式，制定了梯級(jí)水庫群的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度方案，對(duì)常規(guī)調(diào)度方式與優(yōu)化調(diào)度方式的發(fā)電效益進(jìn)行了對(duì)比分析。該方案的順利實(shí)現(xiàn)將使黃柏河流域發(fā)揮出最佳社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

根據(jù)流域現(xiàn)有條件，建立黃柏河流域梯級(jí)水庫優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)各項(xiàng)條件均已具備，各管理處也分別建立了局域網(wǎng)，租用電信網(wǎng)絡(luò)將流域各處（站）連接在一起的網(wǎng)絡(luò)搭接合同已商定，目前流域集控中心正在建設(shè)，建成后將實(shí)現(xiàn)對(duì)流域梯級(jí)電站實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。

（4）建立了完善的水雨情自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)。目前流域已建立了三套可查詢的水雨情信息通道，可隨時(shí)掌握流域水庫水雨情信息，為科學(xué)合理地進(jìn)行水庫管理和發(fā)電調(diào)度奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。