小河嘴水電站增效擴容改造分析

李杰

摘 要：小河嘴水電站已運行四十多年，存在設備老化、故障多和自動化水平低的情況。因此，對該站進行增效擴容改造是必要的。

關鍵詞：小河嘴水電站；增效擴容改造；設備老化；自動化水平

中圖分類號：TV742 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.082

2011年，財政部、水利部對浙江、重慶、湖北、湖南、廣西和陜西等省（區、市）1995年底以前建成的農村水電站組織實施了增效擴容改造，2012年底已順利完成，試點工作成效明顯，獲得了國務院領導的充分肯定。2013年，該工作在全國范圍內得到了推廣。我公司抓住此契機，對符合條件的老電站——小河嘴水電站開展了增效擴容改造的前期論證工作。

1 小河嘴水電站概況

小河嘴水電站位于達川區南外鎮境內明月江河流旁，屬明渠引水式水電站，隸屬于達州電力集團有限公司。目前，其裝機容量為1×1 360 kW+1×1 600 kW，設計水頭為25.5 m，2臺機設計總流量為15 m3/s。該站于1972年建成發電，為達州的工農業生產作出了巨大的貢獻。經過四十多年的運行，電站機組過流部件磨損嚴重，比如導葉、水輪機轉輪葉片等已磨損殆盡，導致機組效率明顯下降；其他電氣設備、油水氣輔助設備故障頻繁。因此，電站機組每隔2年大修一次，甚至有時還要在2年大修周期內開展1次中修，以保證機組安全運行，這使電站的年維護成本大幅上升。隨著技術的進步，該電站與新建電站相比，電氣自動化水平已明顯落后，無法滿足目前“無人值班、少人值守”的要求。因此，對小河嘴水電站進行改造已勢在必行。

2 增效擴容改造的可行性分析

2.1 從水電站機組增容的途徑分析

計算水電站機組出力的公式為：

P=9.81QHη（kW）. （1）

式（1）中：P為水電站機組出力；Q為流量，m3/s；H為計算水頭，m；η為機組效率。

從式（1）可以看出，增加機組出力可從3個方面著手：提高機組效率、增加機組引用流量和增大水頭。

2.1.1 增加機組效率

隨著水輪發電機組技術的不斷進步，具有更高效率的水輪機模型轉輪不斷出現。因此，可將原轉輪更換為同直徑的新型轉輪，以提高水輪轉的效率。原先水輪機的轉輪型號是HL123-LJ-120，額定工況點效率為91%. 而在實際中，因機組流道磨損嚴重，漏水量大，容積效率很低，進而導致水輪機效率遠遠無法達到91%；原先的發電機是20世紀60年代生產的，型號為TSL—260/35-20，發電效率為92%；機組效率為91%×92%=0.837（水輪機效率仍采用91%）。

目前，可采用型號為HLA551C-LJ-120或其他型號的轉輪，效率可達到92.4%，而新型發電機的效率也比以往有所提高，比如2 000 kW的發電機的效率可達0.95. 在此情況下，通過更換水輪機和發電機，機組效率η=η水輪機η發電機=0.924×0.95=0.878，比原機組效率至少提高了4%；增加出力ΔP=9.81QHΔη≈150 kW（機組流量按15 m3/s，水頭按25.5 m計算）。由此可見，該方式可作為機組增容的有效途徑之一。

2.1.2 增大機組引用流量

小河嘴水電站引水渠道原先按3臺機組、總過流能力為22 m3/s設計的，但實際情況為：裝機臺數為2臺，機組總引用設計流量為15 m3/s。因此，通過引水渠道的整治，清理渠道里的雜石和淤泥、修補渠道滲漏點可保證渠道過流能力達到原先設計要求的22 m3/s。

同時，為了有效增加通過水輪發電機組的流量，需要更換水輪機轉輪和活動導葉（以增加葉片開度）等，并復核原機組前的引水鋼管直徑是否為1 750 mm。經研究發現，單根鋼管通過9.5 m3/s的流量（2臺機的流量為19 m3/s）是可以實現的。

架設機組按原設計水頭25.5 m設置，2臺機組過流流量增加4 m3/s，效率按0.837計算，則機組出力的增加量為：ΔP=9.81ΔQ×H×η=9.81×4×25.5×0.837≈838 kW。

由此可見，通過采用增加引用流量的方法是實現電站增容的主要途徑。

2.1.3 增大電站水頭

對于小河嘴水電站而言，該電站已建好，水工建筑已定型，以增加前池壩高等改變水工建筑的措施抬高水位是不現實，也是不經濟的。而通過降低電站尾水位增加水頭是可以考慮的，這是因為該站尾水渠道內的雜物較多，堵塞嚴重，明顯抬高了電站的實際運行尾水位。因此，通過徹底清理尾水渠道，可降低尾水位0.5 m，這樣扣除了水頭損失因素后，可使水頭有效增加0.3 m。假設機組的流量和效率不變，機組出力可增加的量為：ΔP=9.81Q×0.3η≈37 kW（Q按2臺機流量15 m3/s，η按0.837計算）。

由此可見，通過增大水頭增容的效果并不明顯。

綜上所述，通過采用渠道整治和更換機組等這些方式，可使小河嘴水電站的單機出力增至2 147 kW，總裝機容量可達到4 294 kW。經綜合考慮，將機組容量增至4 000 kW是可行的。

2.2 從水能方面分析

目前，雖然機組故障較多，檢修頻繁，但是，近5年電站的平均年發電量為1.52×107 kW·h，年利用小時為5 135 h，超出了原設計中上半年的平均發電量1.3×107 kW·h。由此可見，該站的原裝機容量2 960 kW偏小，水能資源未得到充分利用。因此，可增大機組裝機容量，充分利用豐水期多發電，這樣可減少水能浪費。此外，充分利用水能發電與當前要求的多利用可再生能源和清潔能源是相適應的。

經過計算，電站增容后，雖然年利用小時有所下降，但是，仍能實現年利用小時達4 800 h以上，每年可增加發電量約4.0×106 kW·h。

3 增效擴容改造的主要內容

小河嘴水電站的改造主要從增加機組過流流量和提高機組效率等方面考慮改造內容。

3.1 引水渠整治和尾水渠改造

可對引水邊墻全面進行水泥砂漿抹面減糙、清淤底板、用砼護底處理和垮塌渠道進行改造等，以保證增容后2臺機組的過流流量為19 m3/s，甚至達到或超過原設計中的過流能力22 m3/s，使機組具備短時的超發電能力。

對于尾水渠而言，可疏通、清理渠內亂石、淤泥和雜物，但不必進行擴寬處理，這樣既可滿足機組擴容后的過流能力要求，并可使尾水位略微下降。

3.2 機電設備改造

可更換水輪機、發電機和勵磁裝置；將原機械調速器更換成微機調速器；更換變壓器和部分開關柜等電氣設備；改造保護監控等設備等。這樣不僅可使機組增容，還可提高電站設備的自動化程度。

4 增效擴容改造的經濟性分析

通過估算上述改造的投資金額，本項目建設投資共需約1 300萬元。按每年可增加發電量4.0×106 kW·h，上網電價0.3元/kW·h計算，每年可增加收入約120萬元，且改造后電站的自動化水平將得到質的提升，可實現“無人值班、少人值守”，大大減少了人力成本。同時，機組大修周期將大大延長，電站維護成本也會大幅下降。以人力成本節支情況為例初步估算：原先電站職工人數為75人，改造后可減至30人，按每人年工資4.5萬元計算，可減少開支202.5萬元；扣除設備維護等相關費用后，能實現10年內全部回收建設投資的目標。因此，改造該站后產生的經濟效益是可觀的。

5 結束語

小河嘴水電站增效擴容改造工程不屬于新建工程，對水工建筑沒有較大的改動，水庫庫容不會發生變化，不會涉及征地、移民等問題，也不對環境造成新的影響。

同時，經過上述分析可知，小河嘴水電站完全具備增效擴容改造的條件。通過改造，不僅能消除設備缺陷，而且可大大提高電站的自動化水平，實現較好的經濟效益和社會效益。因此，對小河嘴水電站進行增效擴容改造是完全必要的和可行的。

綜上所述，我公司在接到上級的有關通知后，即委托設計單位對小河嘴水電站進行增效擴容改造的初步設計工作，目前，該項目已完成了設計并已通過了上級部門的審批，預計在2015年下半年的枯水期即可開始施工，2016年底完成該項工程的竣工驗收。

〔編輯：張思楠〕

Abstract： The river mouth Hydropower Station has been in operation more than forty years， the presence of aging equipment， low failure and automated multi-level situation. Therefore， the expansion of the station efficiency transformation is necessary.

Key words： Xiaohezui Hydropower Station； synergistic expansion transformation； aging equipment； level of automation