周公宅水庫電站增容技改可行性研究

鄭文棟

（寧波市周公宅水庫管理局，浙江寧波 315161）

1 工程概況

周公宅水庫是一座供水、防洪，結(jié)合發(fā)電的綜合利用大（二）型水利工程。水庫建成后,通過與下游的皎口水庫聯(lián)合調(diào)度，向?qū)幉ㄊ腥展﹥?yōu)質(zhì)水源50萬m3；水庫設(shè)置防洪庫容2290萬m3，通過與皎口水庫聯(lián)合調(diào)度并結(jié)合其它防洪工程，使下游鄞江流域的防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到20 a一遇，并結(jié)合供水進(jìn)行發(fā)電。

水庫工程由攔河壩、泄洪及放空（水）建筑、引水隧洞及發(fā)電廠房等主要建筑組成。水庫電站引水建筑布置在大皎溪右岸山體中，引水系統(tǒng)由岸坡豎井式進(jìn)水口、引水隧洞、壓力鋼管主管、鋼岔管、高壓鋼支管組成。引水道全長約1581 m（閘門井至機(jī)組蝶閥）。進(jìn)水口為2級建筑物，位于大壩上游60 m處，底板高程168 m，進(jìn)水口前緣設(shè)有傾斜布置的攔污柵，經(jīng)喇叭段和平洞段過渡至閘門井，閘門底檻高程168 m，閘門檢修平臺高程233.5 m，閘門豎井總高65.5 m，閘門啟閉機(jī)平臺高程241.2 m，設(shè)交通橋與右壩頭的公路相接。引水隧洞為3級建筑物，采用一坡到底的布置形式，起點中心高程169.5 m，終坡點樁號102.8 m，縱向坡比4.791%。隧洞開挖斷面采用平底馬蹄形，開挖洞徑樁號0＋400前為3.6 m，以后為4 m，開挖底寬2.5 m。根據(jù)引水隧洞埋深，地質(zhì)條件的不同，分別采用3種襯砌型式：不襯砌、噴錨襯砌和鋼筋混凝土襯砌。引水隧洞后接壓力鋼管段。壓力鋼管段采用1洞2機(jī)的布置形式，經(jīng)副廠房底部與機(jī)組前蝶閥相接。水庫電站廠房為引水式地面廠房，4級建筑物，位于杜岙村上游約0.2 km處，主廠房內(nèi)裝2臺6.3 MW水輪發(fā)電機(jī)組。

2 原機(jī)組參數(shù)配置

（1）水輪機(jī)（1#，2#機(jī)同型號）基本參數(shù)。型號 HL（F215）-LJ-95，轉(zhuǎn)輪直徑0.95 m，設(shè)計水頭108 m，最大水頭70 m，最小水頭6.64 m，設(shè)計流量6.64 m3/s，額定轉(zhuǎn)速750 r/min，額定出力6563 kW。

（2）發(fā)電機(jī)（1#，2#機(jī)同型號）基本參數(shù)。型號SF6300-8/2600，額定出力6300 kW，額定容量7875 kV·A，額定電壓6300 V，額定電流722 A，功率因數(shù)0.8，額定轉(zhuǎn)速750 r/min。

（3）調(diào)速器（1#，2#機(jī)同型號）基本參數(shù)。型號 GYT-1800，操作功18 000 N·m，工作壓力16 MPa，壓力油灌容積NXQAL40/20-A。

3 電站技術(shù)改造要求

電站要求在“三不動”（不動原設(shè)計水頭,不動引水管道,不動土建基礎(chǔ)部分）的前提下，采用優(yōu)質(zhì)、高效、大流量轉(zhuǎn)輪，對電站2臺機(jī)組進(jìn)行增容技改，更換部分零部件，實現(xiàn)滾動發(fā)展，以最少的成本，提高1#,2#機(jī)組出力。

電站2臺機(jī)組運(yùn)行多年，已不能滿足電站經(jīng)濟(jì)效益的增長和發(fā)展的需求，造成水力資源的大量浪費(fèi)。故電站要求在投入少、產(chǎn)出快，在“三不動”前提下對水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造，采用國內(nèi)外領(lǐng)先水平的優(yōu)秀轉(zhuǎn)輪和先進(jìn)技術(shù)，提高水輪機(jī)效率與出力，增加水輪機(jī)過流量，使水輪機(jī)組更適合于電站的實際情況運(yùn)行，達(dá)到提高發(fā)電機(jī)出力之?dāng)U容目的。

4 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪選型

4.1 原機(jī)組出力復(fù)核（銘牌值）

根據(jù)原機(jī)組參數(shù)，設(shè)計水頭H＝108 m，額定轉(zhuǎn)速n＝750 r/min,額定出力Ng＝6300 kW，額定出力NT＝6563 kW,轉(zhuǎn)輪直徑D1＝0.95 m。計算得出單位轉(zhuǎn)速 n1′＝68.6 r/min，單位流量 Q1′＝0.708 m3/s，水輪機(jī)效率 ηT＝0.933 ，發(fā)電機(jī)效率 ηg＝6300 kW。與實際情況基本吻合。

4.2 新轉(zhuǎn)輪選型及特點

根據(jù)電站提供的數(shù)據(jù)資料和公司現(xiàn)有的轉(zhuǎn)輪資料及多年技術(shù)改造經(jīng)驗，依據(jù)水輪機(jī)改造流道相近似原則，選出HLA630型轉(zhuǎn)輪作為新轉(zhuǎn)輪進(jìn)行可行性分析。HLA630型轉(zhuǎn)輪是公司引進(jìn)的優(yōu)質(zhì)高效大流量轉(zhuǎn)輪。新轉(zhuǎn)輪的特點：最優(yōu)工況效率高，為94.7%；效率曲線平坦，高效范圍寬，對流量及水頭變化的適應(yīng)性強(qiáng)；空化及能量特性好；過流量大，大流量區(qū)效率較高，限制工況時的模型效率＞90%。經(jīng)初步計算，轉(zhuǎn)輪選型HLA630-LJ-95。

4.3 新舊轉(zhuǎn)輪水力參數(shù)比較

（1）設(shè)計水頭108 m時，新舊轉(zhuǎn)輪的出力比較（理論計算）見表1。

（2）效率換算。經(jīng)計算得出，在相同水頭（108 m）的工況下，由于受早期轉(zhuǎn)輪模型，生產(chǎn)工藝等影響，新轉(zhuǎn)輪的效率比舊轉(zhuǎn)輪高0.7%以上，水輪機(jī)出力提高700 kW，增幅11%，發(fā)電機(jī)理論計算可到6300 kW左右。

5 發(fā)電機(jī)出力保證

由于發(fā)電機(jī)一般都按長期超發(fā)10%能安全穩(wěn)定運(yùn)行設(shè)計，6300×110%=6930 kW，故水輪機(jī)增容后發(fā)電機(jī)基本能滿足電站發(fā)電要求，如遇發(fā)電機(jī)定子線圈溫度稍高，可以更換加大空氣冷卻器以加強(qiáng)冷卻效果來降低定子通風(fēng)環(huán)境溫度。

表1 新舊轉(zhuǎn)輪的出力比較

6 調(diào)速器校核

由于1#，2#機(jī)水輪發(fā)電機(jī)增容技改后流量與出力均有所增加，需校核調(diào)速器調(diào)速功，檢驗結(jié)果顯示原調(diào)速器不能滿足水輪機(jī)調(diào)速功的要求，故調(diào)速器需同步技改，型號為GYT-3000。

7 改造措施

（1）設(shè)計制造HLA630-LJ-95轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪葉片采用ZG0Cr13Ni4Mo不銹鋼材料，以提高抗汽蝕能力，減小流道摩擦損失。上冠、下環(huán)均為鑄鋼件。葉片通過人工打磨或數(shù)控加工成形，并用組合樣板嚴(yán)格按照水輪機(jī)通流部件技術(shù)條件的規(guī)定檢查。鑄焊結(jié)構(gòu)的焊縫進(jìn)行探傷檢查。

（2）制做與新轉(zhuǎn)輪配合的泄水錐。

（3）水輪機(jī)原轉(zhuǎn)輪需拉至廠內(nèi)，使新舊轉(zhuǎn)輪的聯(lián)軸法蘭同心度相同（制造方技術(shù)人員至電站現(xiàn)場實測）。

（4）將原GYT-1800調(diào)速器更換為GYT-3000微機(jī)調(diào)速器。

8 改造效益

通過技術(shù)改造，更換新轉(zhuǎn)輪，提高水輪機(jī)效率和出力，延長水輪機(jī)壽命，為電站創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。電站增容技改投資少、見效快，按平均增容700 kW，年發(fā)電 3000 h，上網(wǎng)電價0.3元人民幣/kW·h計算，不到一年就可收回投資，回收率高、周期短，是舊電站提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、可操作性強(qiáng)、易于實踐的改造捷徑。