賀龍水電站增容改造的探討

大唐華銀電力股份有限公司 趙晉平

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賀龍水電站增容改造的探討

大唐華銀電力股份有限公司 趙晉平

【摘要】賀龍水電站多年平均水量利用率為56.34％，多年平均發(fā)電量為設(shè)計(jì)發(fā)電量89.6％。對(duì)水電站科學(xué)進(jìn)行增容改造，年均發(fā)電量增加2130萬(wàn)kWh，年均水量利用率提高到64.1％。

【關(guān)鍵詞】水量利用率；擴(kuò)機(jī)增容；增效擴(kuò)容；水電站

1　水電站概況

賀龍水電站是國(guó)家唯一以領(lǐng)袖姓名命名的水電站，位于湖南省澧水干流上游，壩址控制集雨面積2470km2，多年平均流量97m3/s，正常蓄水庫(kù)容4446萬(wàn)m3，屬日調(diào)節(jié)水庫(kù)。壩址左岸安裝三臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)HLA244-LJ-240，發(fā)電機(jī)SF8000-32/4250，設(shè)計(jì)流量34.4 m3/s，設(shè)計(jì)水頭27m，最大水頭29.8m，最小水頭22m，設(shè)計(jì)發(fā)電量10435萬(wàn)KWh。水庫(kù)正常蓄水位288m，正常尾水位259.2m，死水位280m。進(jìn)水口板頂高程276.3m，板底高程268m，三臺(tái)機(jī)組共用引水壓力隧洞直徑6.5m、長(zhǎng)度163m。1992年10月正式開(kāi)工，1997年三臺(tái)機(jī)組相繼并網(wǎng)發(fā)電，上網(wǎng)電價(jià)0.36元/KWh。

2　問(wèn)題提出

從2000-2015年水文和發(fā)電運(yùn)行資料統(tǒng)計(jì)分析，年平均發(fā)電量9350萬(wàn)KWh，為設(shè)計(jì)發(fā)電量89.6％；平均來(lái)水量26.045億m3，發(fā)電用水14.675億m3，棄水量為11.37億m3，年水量利用系數(shù)56.34％；年最多棄水時(shí)間達(dá)1500h。

3　原因分析

3.1水頭損失大發(fā)電效益降低

設(shè)計(jì)資料，進(jìn)水口攔污柵過(guò)柵流速達(dá)1.47m/s，引水壓力隧洞流速達(dá)3.11 m/s，機(jī)組在額定運(yùn)行狀態(tài)下水頭損失分別為：?jiǎn)闻_(tái)機(jī)組0.533m，兩臺(tái)機(jī)組1.367m，三臺(tái)機(jī)組為3.139m。運(yùn)行統(tǒng)計(jì)，三臺(tái)機(jī)組同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，最小水頭損失達(dá)0.5m，最大水頭損失超過(guò)3.0m，與設(shè)計(jì)基本吻合，但是，庫(kù)水位從正常水位288m下降到287.2m以下，三臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行達(dá)不到額定出力，庫(kù)水位下降到283m，由于工況惡化三臺(tái)機(jī)組不能同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行。

主要原因：進(jìn)水口攔污柵過(guò)流截面偏小，過(guò)柵流速超出設(shè)計(jì)規(guī)范⑴5.7.5攔污柵孔口總面積由平均過(guò)柵流速0.8 m/s∽1.2 m/s的要求，即過(guò)柵流速1.47m/s大于1.2 m/s，不滿足規(guī)范要求，實(shí)際運(yùn)行中不僅水頭損失大，而且經(jīng)常造成攔污柵堵塞，發(fā)電效益降低惡性循環(huán)事件。全長(zhǎng)達(dá)155.17m鋼筋混凝土引水隧洞過(guò)水流速設(shè)計(jì)規(guī)范⑵5.5.45…管內(nèi)經(jīng)濟(jì)流速，對(duì)鋼筋混凝土可采用2.5 m/s∽3.5 m/s上限值，滿負(fù)荷運(yùn)行水頭損失較大，降低發(fā)電效益。

3.2有效庫(kù)容未能充分利用

多年來(lái)，電站值班人員依據(jù)機(jī)組振動(dòng)、擺度、脈動(dòng)等運(yùn)行參數(shù)作出判定，三臺(tái)機(jī)組同時(shí)滿負(fù)荷運(yùn)行到庫(kù)水位283m工況惡化停止繼續(xù)運(yùn)行，此時(shí)庫(kù)水位距設(shè)計(jì)死水位相差3m，機(jī)組運(yùn)行達(dá)不到280設(shè)計(jì)死水位，距離進(jìn)水口頂板高程6.7m。依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范⑴5.4.2有壓式進(jìn)水口應(yīng)保證在上游最低水位以下有足夠的淹沒(méi)深度…淹沒(méi)深度最小值不應(yīng)小于1.5m，死水位276.3+1.5=277.8m，即機(jī)組可運(yùn)行到庫(kù)水位277.8m，目前庫(kù)水位至少還有5米沒(méi)有利用，假定死水位為279m，從283m到279m庫(kù)容為835萬(wàn)m3，理論上每次洪水騰空和儲(chǔ)蓄共計(jì)水量1670萬(wàn)m3水量，損失電量達(dá)83.5萬(wàn)KWh以上。

4　改造方案

“增效擴(kuò)容”就是對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行機(jī)組升級(jí)提效增容改造。目前“增效擴(kuò)容”改造技術(shù)對(duì)現(xiàn)有機(jī)組增容為10％左右，機(jī)組增加出力約3Mw，搶發(fā)電能的能力不足；機(jī)組“增效擴(kuò)容”必須對(duì)進(jìn)水口及引水隧道等進(jìn)行改造，根據(jù)改造經(jīng)驗(yàn)，工期難于掌控，發(fā)電損失也難預(yù)計(jì)準(zhǔn)確；進(jìn)水口方案(圖省）進(jìn)水口改造延伸長(zhǎng)度為 8m，采用左、右導(dǎo)流墻結(jié)合中墩的布置型式,進(jìn)口段起始寬度為 20m，末端寬度為 14m,采用圓弧段過(guò)渡,孔口尺寸為 B×H（斜高）=5.66×17.65m，攔污柵與水平方向夾角為 70°，進(jìn)水口板頂高程達(dá)284.6m，超過(guò)了原設(shè)計(jì)死水位280m高程，有悖于設(shè)計(jì)規(guī)范⑴5.4.2條，因此，不宜優(yōu)先考慮“增效擴(kuò)容”。

“擴(kuò)機(jī)增容”對(duì)現(xiàn)有機(jī)組不動(dòng)，擴(kuò)建新機(jī)組，賀龍水電站擬定在大壩下游右岸新建廠房安裝一臺(tái)機(jī)組。選擇合適機(jī)組滿足泄洪前搶發(fā)電能需求，擬定了三個(gè)方案進(jìn)行比較。選擇合適時(shí)間減少施工損失，擴(kuò)機(jī)施工與電站承擔(dān)的綜合利用任務(wù)不相矛盾，進(jìn)水口施工可以利用枯水期間完成改造工作，準(zhǔn)備工期1個(gè)月，隧洞進(jìn)口段開(kāi)挖及混凝土施工計(jì)劃工期2個(gè)月，根據(jù)上游來(lái)水統(tǒng)計(jì)，擬安排在12月-1月，利用左岸發(fā)電隧洞將水位由死水位279m降至265m以下。右岸地勢(shì)開(kāi)闊，交通方便，施工條件良好，大壩施工時(shí)右岸留下直徑6m導(dǎo)流隧洞，可作為擴(kuò)機(jī)引水隧洞。電站繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)化裝置及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等已升級(jí)改造，110KV升壓站預(yù)留了一回110KV進(jìn)線間隔，110kV開(kāi)關(guān)更新為六氟化硫設(shè)備，110KV LGJ-185架空線路滿足增容后電能經(jīng)濟(jì)輸送要求。

確定裝機(jī)容量。根據(jù)運(yùn)行近20年水文記錄：多年平均壩前入庫(kù)流量大于103 m3/s有60天左右（其中大于150 m3/s有33天左右〈13天為大于300 m3/s〉）。擬定賀龍水電站擴(kuò)機(jī)增容正常蓄高水位288.0m，汛期水庫(kù)死水位為279.0m。

方案I：,新增裝機(jī)8Mw,電站多年平均發(fā)電量11190萬(wàn)kWh,年利用小時(shí)數(shù)3497h，水量利用系數(shù)63.4％，但不能滿足棄水前機(jī)組24小時(shí)搶發(fā)電能的要求。

方案II：新增裝機(jī)10Mw,多年平均發(fā)電量11480萬(wàn)kWh，增加發(fā)電量2130萬(wàn)kWh，年利用小時(shí)數(shù)3376h，水量利用系數(shù)64.1％，剛好滿足電站棄水前機(jī)組24小時(shí)搶發(fā)電能的要求。

方案III：新增裝機(jī)12Mw,電站多年平均發(fā)電量11630萬(wàn)kWh,年利用小時(shí)數(shù)3230h，水量利用系數(shù)65.8％，滿足棄水前機(jī)組24小時(shí)搶發(fā)電能的要求。

主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：方案II優(yōu)于方案I，差額投資內(nèi)部收益率為15.8％，大于社會(huì)基準(zhǔn)收益率12％，方案III與方案II比較差額內(nèi)部收益率為7.4％，小于社會(huì)基準(zhǔn)的收益率12％。推薦方案II。

賀龍水電站擴(kuò)機(jī)10Mw，總裝機(jī)容量達(dá)34Mw,發(fā)電效益得到提高，有效庫(kù)容得到了有效利用，年均增加發(fā)電量2130萬(wàn)kWh，水量利用率由56.34％提高到64.1％，擴(kuò)機(jī)總投資4910萬(wàn)元，4910元/KW，2.31元/KWh。右岸“擴(kuò)機(jī)增容”效益高，風(fēng)險(xiǎn)小,見(jiàn)效快，應(yīng)優(yōu)先盡快組織實(shí)施，擴(kuò)機(jī)竣工后，在充分論證的基礎(chǔ)上對(duì)左岸水電站進(jìn)行“增效擴(kuò)容”改造，進(jìn)一步提高水能利用率和發(fā)電效益。

參考文獻(xiàn)

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[3]賀龍水電站設(shè)計(jì)資料.