水電站增效擴(kuò)容改造探索與實踐

□張潛（駐馬店市板橋水庫管理局）

水電站增效擴(kuò)容改造探索與實踐

□張潛（駐馬店市板橋水庫管理局）

水電作為清潔能源，不僅可以利用富裕水資源進(jìn)行電力供應(yīng)，滿足相關(guān)能源需求，同時，又可以完成水資源的合理調(diào)配，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。因此，水電資源一直以來都是我國能源的重要組成，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。我國水電建設(shè)起步較早，特別是一些小水電工程項目多建于20世紀(jì)六七十年代，由于運(yùn)營時間較長，受當(dāng)時裝備水平、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工技術(shù)等方面的限制，已經(jīng)不能充分滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，迫切需要進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。文章以河南省駐馬店市板橋水庫水電站為例，對中小水電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造進(jìn)行探討，提出水電站優(yōu)化設(shè)計的方法措施，以期為廣大中小水電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造提供借鑒。

水電站；水輪機(jī)；增效擴(kuò)容；技術(shù)改造

0 引言

中小水電站作為我國能源供應(yīng)的重要組成部分，在歷史上發(fā)揮了重要而積極的作用，既為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了穩(wěn)定的電力能源供應(yīng)；又發(fā)揮了防洪、抗旱的重要作用，確保了當(dāng)?shù)亓饔虻陌踩?。但隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，中小水電站由于運(yùn)營時間久遠(yuǎn)，受當(dāng)時裝備水平、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、施工技術(shù)等方面的限制，已經(jīng)不能充分滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，迫切需要進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。

1 工程概況

板橋水庫位于河南省駐馬店市，淮河支流汝河源頭，控制流域面積為768 km2，總庫容為6.75億m3，汛限水位110 m，興利水位111.50 m，具有防洪、灌溉、發(fā)電、水源供水、漁業(yè)養(yǎng)殖等功能。該水庫始建于20世紀(jì)50年代，是新中國成立后國家興建的第一批大型水庫之一，先后于1956年擴(kuò)建加固，1978年復(fù)建，后又經(jīng)歷停工，并于1987年復(fù)建，1993年建成并投入運(yùn)營。

板橋水庫水電站是國家“七·五”計劃板橋水庫復(fù)建工程的重點項目之一，是板橋水庫控制性工程，該電站位于板橋水庫大壩南端，利用引流輸水管道引水進(jìn)行發(fā)電，經(jīng)由35 kV變電站并入電網(wǎng)，該水電站總裝機(jī)達(dá)4×800 kW，原設(shè)計年發(fā)電量為380萬kW·h。

該水電站自運(yùn)營以來，累計發(fā)電近萬萬千瓦時，因運(yùn)行時間久遠(yuǎn)，相關(guān)設(shè)備已經(jīng)不同程度地出現(xiàn)問題，電站綜合能效相對偏低，部分設(shè)備運(yùn)行可靠性降低，嚴(yán)重影響電站的正常運(yùn)行，為了有效降低電站運(yùn)行的危險系數(shù)，提高電站綜合能效，非常有必要對該水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容技術(shù)改造，使其容量進(jìn)一步增加，安全系數(shù)進(jìn)一步提升。

2 板橋水庫水電站存在主要問題

板橋水庫水電站自建成已經(jīng)運(yùn)行23 a，由于建站時間長、運(yùn)營時間久，且受當(dāng)時技術(shù)、裝備水平所限，水電站存在設(shè)備老化及安全隱患等問題，在一定程度上影響了水電站的高效有序運(yùn)行。

2.1 運(yùn)行可靠性低

該水電站設(shè)計于20世紀(jì)90年代，受當(dāng)時設(shè)計理念、技術(shù)水平、裝備條件等的限制，特別是經(jīng)過20多年的運(yùn)行，存在水電站設(shè)備老化、技術(shù)落后，一些元器件、制造材質(zhì)等，其防沉和抗氣蝕能力較弱，特別是由于焊接技術(shù)不過硬，一些轉(zhuǎn)動部件由于長期運(yùn)行產(chǎn)生變形，導(dǎo)致發(fā)生振動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和設(shè)施的整體安全。

2.2 發(fā)電效率降低

該水電站由于設(shè)計年代較早，最早由蘇聯(lián)水利專家設(shè)計，后遭受“75·8”自然災(zāi)害破壞，又重新進(jìn)行設(shè)計建設(shè)，由于受當(dāng)時設(shè)計水平、理念、工藝和建設(shè)手段所限，一些設(shè)施出現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險。比如：水輪機(jī)由于早期使用的以碳鋼為主，質(zhì)量水平制造工藝水平較低，由于長期受水和泥沙的侵蝕，水電站設(shè)備的抗腐蝕能力較弱，導(dǎo)致一些水輪機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生振動，甚至?xí)绊懺O(shè)施的整體運(yùn)行風(fēng)險。由于這些因素的存在，導(dǎo)致水輪機(jī)運(yùn)行阻尼增加，能效轉(zhuǎn)化效率較低，導(dǎo)致發(fā)電效率降低，因此，需要進(jìn)行技術(shù)改造。

2.3 運(yùn)行存在隱患

水電站由于運(yùn)行時間較長，出現(xiàn)不同程度的銹蝕，使設(shè)備的密閉性大打折扣，一些地方出現(xiàn)不同程度的滲漏現(xiàn)象，甚至影響正常停機(jī)；由于設(shè)備部件局部產(chǎn)生變形，摩擦生熱，導(dǎo)致部件局部濕度升高，無法實現(xiàn)調(diào)速器的正常調(diào)節(jié)；電站整體自動化程度低，自身能耗較大，需要大量的人工進(jìn)行設(shè)備運(yùn)營維護(hù)，增加了運(yùn)營成本。同時，存在水電站參數(shù)設(shè)計落后，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)容量及效能轉(zhuǎn)換存在諸多問題，存在帶病運(yùn)行的問題，需要進(jìn)一步加大增效擴(kuò)容改造的力度，實現(xiàn)庫區(qū)安全度汛和發(fā)電效益雙豐收。

3 板橋水庫水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造的意義

根據(jù)以上分析，板橋水庫水電站存在運(yùn)行可靠性低、發(fā)電效率降低、運(yùn)行存在隱患等問題，進(jìn)行增效擴(kuò)容改造非常必要，對于板橋水庫的科學(xué)高效運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實意義。

3.1 提升發(fā)電效益

板橋水庫水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，可以充分利用現(xiàn)有水資源優(yōu)勢，增加水電站發(fā)電能力。該水電站的發(fā)電機(jī)組可以從3 200 kW增容至4 000 kW，增效擴(kuò)容后年均發(fā)電量可達(dá)到733萬kW·h，年均發(fā)電量可以實現(xiàn)近201萬kW·h的增量，增效可達(dá)近40%，這將進(jìn)一步挖掘水庫發(fā)電潛能，以落后設(shè)備的小規(guī)模更新，較小的投入實現(xiàn)發(fā)電效益的提升。

3.2 提升綜合效益

對板橋水庫水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，徹底改變設(shè)備漏水滲水等問題，可以進(jìn)一步優(yōu)化改善水電站周邊環(huán)境。同時，由于發(fā)電效益的提升，并網(wǎng)供電能力進(jìn)一步提升，可以為周邊城鎮(zhèn)提供更多的能源及水源供應(yīng)，可以有效緩解農(nóng)村電力供應(yīng)不足的問題，使廣大農(nóng)村電器可以正常使用，持續(xù)改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件，減少傳統(tǒng)能源的利用，從而使傳統(tǒng)能源消耗方式帶來的污染問題得以改觀，同時，由于綜合自動化系統(tǒng)的引入，可以進(jìn)一步減小人工作業(yè)的工作量，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益十分明顯。

3.3 提升安全效益

該水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，對一些老舊損毀、存在問題的設(shè)備進(jìn)行更換，可以有效解決設(shè)計不優(yōu)、質(zhì)量存在問題、運(yùn)行存在隱患等問題，通過設(shè)備更新、裝備綜合自動化管理系統(tǒng)，對一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以提高設(shè)備的安全運(yùn)營水平和水電站綜合自動化管理水平，消除安全隱患，提升安全運(yùn)營水平，徹底改變水電站安全運(yùn)營中滯后的問題，從而為板橋水庫整個庫區(qū)的安全運(yùn)行打下堅實的基礎(chǔ)。

4 板橋水庫水電站增效擴(kuò)容改造對策

4.1 擴(kuò)容改造遵循的原則

根據(jù)板橋水庫水電站存在的問題，結(jié)合板橋水庫水電站的運(yùn)營實際狀況，水電站水工建筑物、相關(guān)固件運(yùn)行狀態(tài)較好，為節(jié)約成本，沒有必要對其進(jìn)行更新，綜合進(jìn)行相關(guān)效能計算，通過更新水輪發(fā)電機(jī)組的方式，具有投入小、增容效果好的優(yōu)勢，可以有效提高機(jī)組的發(fā)電效率，擴(kuò)大電站的供電能力。

4.2 水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計參數(shù)選擇

通過對板橋水庫歷年運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，該水庫運(yùn)行興利水位為111.50 m，死水位為101.04 m。根據(jù)測量記錄：該水庫尾水位-流量之間成近似線性關(guān)系，可知該電站最大毛水頭為96.40 m，最小毛水頭為94.20 m，板橋水庫水電站處于現(xiàn)有水頭以下，仍有較大的擴(kuò)容空間。在對水電站現(xiàn)場尾水管、蠅殼等進(jìn)行了實地勘察，經(jīng)過對多個模型進(jìn)行分析比較，將HLS110C型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪替代在原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪HL110-WJ-60，并由800 kW增容至1 000 kW，機(jī)組運(yùn)行水頭定在6.00～16.00 m以內(nèi)。

4.3 水輪機(jī)組裝機(jī)選擇

根據(jù)水能復(fù)核計算結(jié)果，以及該水庫每年來水量及水源變化統(tǒng)計分析，為合理利用有限的水能資源，提高利用效率，結(jié)合汛期高水頭發(fā)電，增加經(jīng)濟(jì)和社會效益，需要對電站進(jìn)行適當(dāng)增容。在水能復(fù)核計算的基礎(chǔ)上，水輪機(jī)組裝機(jī)方案為將容量為4×800 kW機(jī)組增容至4×1 000 kW，總裝機(jī)容量增加至4 000 kW。

5 板橋水庫水電站增效擴(kuò)容效益評價

板橋水庫水電站目前上網(wǎng)電價為0.32元/kW·h，廠用電率為1%，有效電量系數(shù)0.98，輸、變電損耗為2%，改造后增加的發(fā)電量為201萬kW·h，則正常生產(chǎn)年份增容部分年售電量收入可達(dá)61萬余元，效益提升明顯，可以使水資源得以充分利用，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。

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［3］劉利.克孜爾水電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造設(shè)計［J］.小水電，2017（4）：60-62.

［4］葉永，牟玉池.農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造設(shè)計探討［J］.中國農(nóng)村水利水電，2016（7）：184-186.

TV734

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1673-8853（2017）06-0043-02

2017-04-18

編輯：左英勇

張潛（1979－），女，工程師，主要從事水利工程設(shè)計、施工和建設(shè)管理工作。