艷洲水電站增效擴容改造工程的初步思路

劉小平

湖南澧縣艷洲水利水電工程管理局

艷洲水電站增效擴容改造工程的初步思路

劉小平

湖南澧縣艷洲水利水電工程管理局

以機組增容為主的改造工程符合艷洲水電站的實際情況,也符合國家大政方針,可為艷洲水電站帶來明顯的經濟效益,是一種投資省、見效快的有效方法。

前 言

艷洲水電站位于湖南澧水尾端，距澧縣縣城5公里，是澧水水電梯級開發的最末一級電站。電站以發電為主，兼顧航運、公路交通和灌溉。電站大壩以上控制流域面積15955平方公里，占澧水流域總面積的83.9%，多年平均流量495m3/s，正常蓄水位42.00米。電站裝機（1x2500+9x3000）kw。屬于低水頭河床式徑流電站。電站設計多年平均發電量1.0901億kwh，保證出力6700kw，年利用小時3695h。艷洲水電站工程于上世紀九十年代初建設完成。

1 增容改造工程的可行性和必要性

近年來，澧水上游陸續修建了幾座大型水利工程，極大提高了澧水的調蓄和防洪能力，使作為澧水最末一級電站的艷洲水電站經常會出現大量棄水的情況。機組從93年運行到現在已經近二十年，因當初的設計與現在的實際運行工況已有了很大差距，因此具備了進一步提高電站發電能力的現實和技術條件。

首先，由于近幾年大電網對地方電網實行峰、谷電價和峰電超計劃加價政策，讓電網中調節性能較好的電站實行頂峰發電，多發峰電，少發谷電，將會顯著提高地方網的負荷率和經濟效益。

其次，發電機組運行十多年后，發電機定子繞組的絕緣老化比較嚴重，這包括：a)熱老化(因溫升而老化)；b)機械老化(因熱循環產生交變應力而老化)；c)電氣老化(因過電壓而老化)；d)環境老化(因吸濕、污損而老化)。在這些因素的綜合作用下，絕緣老化會進一步加劇甚至造成定子繞組主絕緣擊穿。

再次，電站原有的機電主設備和附屬設備都普遍存在嚴重磨損、銹蝕、老化的情況，效率下降明顯，且部分設備已被淘汰，故障率高，且備品備件已難以組織，運行維護成本越來越高。

因此，為了提高電站機電設備運行的可靠性和經濟性，提高電站的自動化程度，從而提高電站的整體效率，對電站機組和機電設備進行增效擴容改造已是十分必要。

2 增效擴容改造工程的基本內容

對于此次機電設備增效擴容改造工程的基本內容應從下面幾個方面進行考慮：

1） 本次改造應在盡量保持原水工建筑物不變的前提下進行。但要對澧水流域的水文資料、氣象狀況及上游新建水利工程的資料等進行全面的收集和復核；

2）改造的內容應以機電設備更新改造為重點，并對影響電站工程安全、發電、河道生態環境的水工設施、建筑物及金屬結構等進行必要的改造，消除已經出現的各種工程隱患。

3）在不改變引水系統及水輪機轉輪直徑的前提下，應優先選用能量指標先進、空蝕特性優良、運行穩定性好，并有改造成功實例的水輪機轉輪。全部機組的水輪機選型應考慮軸流轉漿式，且各機組應選用同一型號產品。改造后單機額定引用流量約為60.3m3/s左右,加權平均水頭約7.2m，最低水頭不超過4m。

4）發電機的改造應與水輪機相匹配，機組的整體設計出力應考慮增容10%以上。機座、上、下機架不動，更換定子鐵芯及線圈，絕緣等級可采用F級。考慮到機組增容，推力軸瓦負荷增加，擬將原推力瓦改造為彈性金屬塑料瓦。徑向瓦負荷增加不多，可考慮不更換。

5）勵磁系統應滿足機組自動化要求，可考慮采用自并勵可控硅全控雙橋整流勵磁系統，微機勵磁調節器。勵磁系統應滿足發電、同期等各種工況的要求，并具有與計算機監控系統通信的接口。勵磁系統結構應相對簡單，勵磁控制方式應先進，運行維護應方便，能提供今后進一步更新改造的空間。

6）加裝配置全套機組自動化元件，應能滿足計算機監控系統的需要。

7）調速器及油壓裝置應更新改造，采用微機控制的調速器，以提高調速器自動化程度，便于與計算機監控系統相配合。

8）對油、氣、水等公用輔助設備系統也應作相應的改造，增加相應的自動化元件，以便與計算機監控系統相配套。

9）對電站的電氣設備布置大體上保持原設計不變，只做較小的必要的修改。電站主接線根據現場實際，在保持原有主接線不發生太大變化的情況下，遵循安全可靠、技術可行且經濟合理的原則，進行合理的設計和篩選。根據電站提供的電力系統資料和機組的技術參數以及電氣主接線圖，對各間隔進行精確計算，根據計算結果和主接線圖，選擇符合設計要求的主變壓器、斷路器、高壓配電設備等電氣設備。

10）電氣二次部分的改造按照“無人值班，少人值守”的運行管理模式設計，結合工程的實際情況和水電站計算機監控系統的發展現狀，應考慮采用全計算機監控系統，微機自動準同期和手動準同期，采用可控硅全控整流勵磁系統微機勵磁調節器，微機型調節器。根據計算書設定合理的電氣參數選擇合適的微機型繼電保護和安全自動裝置。

除此之外，對施工組織，工程概算，投資計劃和資金籌措都應進行考慮，拿出相應的計劃書和實施方案。

3 計算原則與方法

徑流調節計算采用《日（徑流式）調節計算程序》。

艷洲水電站壩址控制集水面積15955平方公里，多年平均流量495m3/s。艷洲水庫正常蓄水位以下庫容0.57億m3，但調節能力有限，洪水期為徑流式運行，枯水期進行有限調節。對考慮到漁潭、江埡、皂市三庫采用長系列逐日平均流量進行操作，系列為1953年1月～1997年12月共45年。

根據選定的水庫正常蓄水位、死水位、電站裝機容量等基本參數，制定出水庫的運行方式，對長系列水文資料進行水能操作計算，確定電站的水頭特性指標，最大水頭約為8.9m，最小水頭4m，加權平均水頭7.2m。考慮水輪機為改造項目，為充分利用原有設備，設計水頭仍采用6.6m。

本次改造按原流道最大過水流量不變，主要以提高效率為主要手段。改造后裝機技術經濟指標計算成果見下表：

從上表中看出：現有裝機29500kw，多年平均發電量為10901萬kwh，改造后裝機容量增大，年發電量增大到13181萬kwh，電量增加了2280萬kwh，年利用小時從3695小時升至3994小時。效益增加較大。

4 結語

艷洲水電站增效擴容改造完成之后，其裝機容量將達到33000kw，多年平均發電量將超過1.3億kw.h，直接經濟效益十分明顯，且對生態環境、社會效益等產生積極有益的影響，是一項多贏的福民工程。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.017

水電站；增效擴容；改造工程；水輪機；經濟效益；計算機；控制