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，調節庫容2.7億m3，是一座集防洪保安、農業灌溉、城市供水、水力發電、水產養殖等綜合利用的大（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#機組為適應水庫初期蓄水時期進行發電的要求和滿足水庫以灌溉為主結合發電的運行方式，確定水頭運行范圍40m～65m，在當時是合適的。而現在水庫進入正常蓄水運行時期，同時隨著社會的發展，水庫的功能和運行方式均有所變化，使電站加權平均水頭升高，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，造成年利用小時數低下，難于發揮正常效益。每當遇到豐水年，產生大量棄水，造成自然資源和工程設備資源的浪費，使電站經濟收入發生損失。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水1.04億m3，為充分利用水能資源，減少水庫棄水造成的經濟損失，建議盡快改造1號機組。

2 電站基本概況

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

表1 機組技術指標表

3 電站改造計算

3.1 水庫調節原則及方法

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

計算方法即根據庫水位及相應的機組過流能力,考慮來水豐枯及庫存水量，決定調節流量的大小，逐旬扣除水庫蒸發、滲漏損失。經水量平衡計算，獲得庫容和庫水位變化過程，調節流量過程。

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，考慮當時技術水平，1#機改建前出力系數A取7.7。隨著科技的發展，本次1#機改建后，出力系數 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——旬調節流量，m3/s；

H——旬平均水頭(凈)，m；

T——旬小時數，h。

（2）機組運行規定

根據水輪機技術條件,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,則應停運。如1#機組6500kW×40%=2600kW，機組出力小于 2600kW時，1#機停運，4#機發電。當 Q發較大時，1#、4#機可以同時運行，應先1#機，后4#機，這樣可以減少Q棄。

（3）水能計算結果（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#機改建的最優方案。

由于引紅濟石工程調水后，1#機組不變，年發電量由原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、開關站及線路必須改建，以下三個方案在這基礎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電量（406+118）萬kW·h，電價按0.3元/（kW·h）計，年增加發電量毛收入157.2萬元，靜態投資回收期增加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電量（406+74）萬kW·h，電價按0.3元/（kW·h）計，年增加發電量毛收入144萬元，靜態投資回收期增加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電量406萬（kW·h），電價按0.3元/（kW·h）計，年增加發電量毛收入121.8萬元，靜態投資回收期增加1.01年。

4 結論

綜合分析上述三個方案，相對而言方案三為最優，主要表現在以下方面：

（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