湖溪水電站增效擴容改造方案分析

肖紹文

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 永安，366000）

湖溪水電站增效擴容改造方案分析

肖紹文

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 永安，366000）

針對湖溪水電站已運行了20余年，主要設(shè)備嚴重老化、落后，無法滿足安全、高效運行要求的實際情況，本文介紹了湖溪水電站增效擴容改造設(shè)計。結(jié)果表明，改造設(shè)計能有效利用水資源，消除安全隱患，增效顯著。

湖溪水電站；增效擴容；改造方案

1　工程概況

湖溪水電站位于永安市小陶鎮(zhèn)境內(nèi)，電站位于湖溪河道，文川溪的支流，屬閩江沙溪水系。河道總長39km，河口流域面積228km2，河道平均坡降19.6‰。電站壩址建于員嶺村所轄湖溪村（自然村）境內(nèi)，廠址建于湖溪村湖溪河段，距小陶鎮(zhèn)13km。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252—2000），湖溪電站攔河壩（砌石拱壩）壩高7.2m，工程等級為五等，根據(jù)《小型水力發(fā)電設(shè)計規(guī)范》GB50071-2002規(guī)定，該電站工程屬小（2）型，主要水工建筑物等級為5級，臨時建筑物為5級。該電站主要建筑物由大壩、進水口、引水隧洞、壓力管、廠房和升壓站組成。

湖溪水電站于1993年初動工興建，1995年10月建成發(fā)電，是徑流引水式電站。電站壩址以上控制流域面積31.5km2，多年平均年徑流量0.294億m3，多年平均流量0.93m3/s，海拔高程520～350m，落差167.7m，發(fā)電設(shè)計引用流量0.94m3/s，設(shè)計發(fā)電水頭165.4m，原總裝機容量1600kW（1×800+2×400），原設(shè)計年發(fā)電量641萬kW·h。電站內(nèi)裝有水輪發(fā)電機組三套，1#水輪機為1997年江西贛南水輪機廠生產(chǎn)的型號為XJA-W-50/1×12.5斜擊式水輪機，發(fā)電機為南平新中發(fā)電機有限公司生產(chǎn)的型號為SFW800-6/990的發(fā)電機。2#、3#水輪機為1995年永春水電設(shè)備廠生產(chǎn)的型號為CJ22-WJ-70/1×9水輪機，發(fā)電機為1995年廣東興寧電機廠生產(chǎn)的型號為SFW99/37-8發(fā)電機。

2　電站運行現(xiàn)狀問題分析

2.1水工建筑物現(xiàn)狀問題分析

湖溪水電站大壩為砌石拱壩，最大壩高7.2m，壩頂高程531.50m，地基巖性為凝灰熔巖，壩址無斷裂和活動性斷裂通過，地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，大壩結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。其引水隧洞長2.7km，設(shè)計引水流量1.3m3/s，隧洞城門型，進口段尺寸為寬×高=2×2m，長度約600m，尺寸為寬×高=1.5×1.8m，長度約2100m，坡降為1/2000，隧洞末端接壓力鋼管，一條主管，內(nèi)徑為0.8mm，長度為358m，分三岔管接至廠房。經(jīng)現(xiàn)場勘察，其隧洞、壓力管等引水建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定均能正常運行，只需對隧洞局部進行防滲加固處理就能滿足電站運行要求。廠房為磚混結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)無大變形和開裂，基礎(chǔ)無沉降，廠房穩(wěn)定性好。但廠房外層老化脫落嚴重，木門窗也破爛不堪，鐵門銹蝕嚴重。

2.2機電設(shè)備現(xiàn)狀問題分析

（1）水力機械現(xiàn)狀問題分析

該水電站機組經(jīng)過20年的運行，機電設(shè)備已嚴重老化，主要存在以下問題：

1）水輪機超期服役，機組效率低，運行過程中問題較多，噴針不靈活，噴嘴關(guān)閉不嚴而漏水；斗葉磨蝕嚴重，運行效率下降，單位耗水量增大；水輪機軸瓦間隙大，機組振動大；機組零部件銹蝕嚴重、配件無法更換。特別是2臺CJ22機組漏水特別嚴重，經(jīng)常要檢修，且并網(wǎng)穩(wěn)定性差。

2）發(fā)電機在長時間運行過程中定子、轉(zhuǎn)子線圈老化，絕緣強度低；定子、轉(zhuǎn)子鐵芯溫度高；定子線圈壓塊已松動；機組噪音和振動偏大。

3）勵磁機運行時換向器線速大，線圈老化，轉(zhuǎn)動部件磨損嚴重。

4）調(diào)速為手動操作器，已沒有零部件更換，并網(wǎng)穩(wěn)定性差。

5）閘閥由于使用時間長，螺桿及轉(zhuǎn)動零部件磨損大，閘體腐蝕嚴重，法蘭結(jié)合部分銹蝕嚴重有漏水。

（2）電氣設(shè)備現(xiàn)狀問題分析

勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行時間長，設(shè)備老化，調(diào)節(jié)時有故障；低壓柜的斷路器老化，操作不靈活，繼電器產(chǎn)品過時，損壞后替換難；控制屏系統(tǒng)機械陳舊，設(shè)計落后，按鈕觸點常接觸不良，控制回路也時有故障出現(xiàn)；主變壓器出現(xiàn)溫升高和滲油現(xiàn)象，過時產(chǎn)品，損耗很大；高壓斷路器戶外油斷路器，運行多年，設(shè)備陳舊，滅弧性能差；二次儀表準確度低，繼電保護裝置失靈，保護設(shè)備均為傳統(tǒng)的電磁式保護，經(jīng)常出現(xiàn)誤動且可靠性差，還有測量導(dǎo)線絕緣老化、脫落、出現(xiàn)短路，燒壞高壓開關(guān)柜。送電線路為裸露導(dǎo)線，運行維護工作量大，有個別桿段線徑偏小。

綜上所述，湖溪水電站增效改造的建設(shè)是十分必要的和緊迫的。

3　增效擴容改造設(shè)計

3.1水工建筑物改造設(shè)計

（1）隧洞防滲加固改造

在隧洞經(jīng)20年運行與維護，因本電站為高水頭電站，引用流量小，隧洞斷面尺寸較大，洞內(nèi)流速小，雖裝機容量增加，其過水能仍滿足要求，故只需對隧洞內(nèi)局部進行防滲加固處理。

（2）廠房改造

廠房為地面式，現(xiàn)狀主廠房尺寸長×寬×高= 21.79×8.24×7.2m，經(jīng)過20年的運行，廠房木質(zhì)門窗開裂、脫漆、腐蝕，原廠房室內(nèi)外墻面脫皮，顏色蛻變，嚴重影響廠房整體美觀，需要翻修。此外，廠房周圍及生活區(qū)路燈、鐵質(zhì)欄桿、扶手銹蝕嚴重，也存在嚴重安全隱患，進行更換維修。廠房改造方案為內(nèi)墻用M10水泥砂漿抹面，面刮膩子二道，廠房外墻體上涂外墻漆；廠房頂棚防滲涂漆；原來木門更新為卷閘門。

（3）升壓站改造

升壓站布置在廠房右端，其尺寸8m×5.8m，高程為360.70m，為戶外式升壓站，四周用圍墻圍護。在原變壓器基礎(chǔ)上安裝S11-800/11和S11-1600/11型主變各一臺，容量分別為800kVA和1600kVA，電壓組合均為11/0.4kV。在原構(gòu)架基礎(chǔ)上更換兩臺10kV真空開關(guān)。由于對主變設(shè)備更換，相應(yīng)構(gòu)架、主變基礎(chǔ)和電纜溝的土建部分也需要進行改造。

3.2機電設(shè)備改造

（1）水輪發(fā)電機組及輔助設(shè)備改造

根據(jù)增容改造要求和現(xiàn)有機組產(chǎn)品資料，選用適合湖溪水電站的兩種模型轉(zhuǎn)輪比較：方案1為CJA237-40；方案2為CJA475-40，方案3為XJA-20模型參數(shù)比較如表1。CJA237該轉(zhuǎn)輪為原沖擊CJ22傳統(tǒng)轉(zhuǎn)輪進行改型產(chǎn)品，具有較高的效率區(qū)。CJA475該轉(zhuǎn)輪為使用高水頭的轉(zhuǎn)輪，具有高的效率。XJA該轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于小型水輪機，但效率偏低。從CJA237、CJA475和XJA轉(zhuǎn)輪的參數(shù)表可看出，CJA475轉(zhuǎn)輪效率較高，而CJA475為整鑄不銹鋼轉(zhuǎn)輪比CJA237焊接合金鋼有更好的結(jié)構(gòu)性能，XJA效率相比于 CJA475、CJA237效率偏低。故選擇CJA475轉(zhuǎn)輪較CJA237、XJA為優(yōu)。而CJA475型轉(zhuǎn)輪有單噴嘴和雙噴嘴兩種，見表2。從表中可以看出單噴嘴方案轉(zhuǎn)速較雙噴嘴方案低，兩方案水機造價偏差不大，但單噴嘴方案發(fā)電機造價較高，機組總造價多14萬元，而且雙噴嘴效率比單噴嘴略高。此外，考慮到本電站廠房空間有限，為了方便機組布置和增加廠房設(shè)備間凈距等，本電站最終選用CJA475雙噴嘴轉(zhuǎn)輪，采用立軸布置。即確定水輪機為CJA475-L-70/2× 7.8。

根據(jù)水輪機選型配套計算，發(fā)電機選擇3臺630kW，型號為SF630-8/990，發(fā)電機出線電壓為400V。新機組的采用無刷勵磁，定子機座采用自然通風結(jié)構(gòu)。原機組調(diào)速器為手動操作器，已是淘汰產(chǎn)品，本電站選用3臺型號為CJWT-2/2-4.0可編程微機調(diào)速器，該調(diào)速器為雙噴雙折，調(diào)速功為6000N.m，調(diào)速器的工作油壓為4.0Mpa，采用高壓氣囊貯能式。更新2臺型號為Z941H-25-DN400手電動閘閥，1臺型號為Z941H-25-DN500手電動閘閥。

表1　水輪機模型參數(shù)比較表

表2　CJA475型水輪機方案比較表

（2）電氣設(shè)備改造

保留原有主接線方案，發(fā)電機端電壓為0.4kV，發(fā)電機端采用分段單母線接線，Ⅰ段母線帶一臺630kW發(fā)電機同時和一臺800kVA變壓器構(gòu)成單元接線，Ⅱ段母線帶兩臺630kW發(fā)電機并和一臺1600kVA變壓器構(gòu)成擴大單元接線，出線為10kV電壓等級，單母線接線，一條10kV線路T接至上湖口電站出線。每臺機配置一體化屏一面，綜合保護、測控、水機自動化、勵磁調(diào)節(jié)等功能于一體，廠用電取自兩段機端母線，并采用雙電源自動切換裝置進行切換，配廠用電切換屏一面，屋外變壓器保護控制采用集中組屏方式，與廠用電配電系統(tǒng)共用一面屏。更換原有2臺主變壓器及2組避雷器、2臺真空斷路器，1#主變壓器S11-800/11變比為 11×（1±2×2.5%）/0.4，2#主變壓器S11-1600/11變比為11×（1±2×2.5%）/0.4。

4　增容改造后效益評價

湖溪水電站增效擴容改造需為期6個月施工，改造后電站裝機容量增加至1890kw，機電設(shè)備采用高效節(jié)能型，使得機組的綜合效率大大提高；年發(fā)電量由實際的503.2萬kw.h，增加到764.8萬kw.h，年利用小時為4046.5h，年新增發(fā)電量261.6萬kw.h，增加了52%，增效顯著。

5　結(jié)語

通過更新改造后，可提高機組安全運行可靠性，降低電站噪音，機組檢修安裝更加方便，使得職工勞動強度顯著減輕，其生產(chǎn)條件得到改善，從而更好的保障了職工的生命財產(chǎn)安全。同時增效改造后，電站自動化運行程度提高，機組的能量轉(zhuǎn)換效率也大幅提高，發(fā)電能力增強，新機組出力足，可以大幅提高電站的發(fā)電經(jīng)濟效益。

［1］穆建軍.農(nóng)村水電站增效擴容改造關(guān)鍵技術(shù)問題的探討［J］.小水電，2012（5）：6-8.

［2］薛鵬，王鑫，田婭娟，等.中小水電站增效擴容改造的主要問題及解決方案［J］.中國農(nóng)村水利水電，2014（02）：133-136，141.

［3］胡四一.全面推進農(nóng)村水電增效擴容改造需關(guān)注的問題及建議［J］.中國水利，2013（08）：10-12.

［4］盛國林.水輪發(fā)電機組安裝與檢修［M］.北京：中國電力出版社，2008.

Efficiency Increase and Capacity Expansion Reconstruction Project of Huxi Hydropower Station in Yong'an City

XIAO Shao-wen
（Fujian College Of Water Conservancy And Electric Power，Yong’an366000，F(xiàn)ujian）

After the operation over 20 years，the main equipment in Huxi hydropower station is in a serious aging situation with low efficiency and high security risk.Under this circumstance，a reconstruction plan on efficiency increase and capacity expansion of Huxi hydropower station is proposed.It turns out that in this case the reconstruction can effectively improve the water resources，reduce the security risk and also increase efficiency greatly.

Huxi hydropower station；efficiency increase and capacity expansion；reconstruction project

TV738

A

1671-5004（2016）03-0011-03

2016-8-22

肖紹文（1985-），男，福建三明市人，福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教，研究方向：水電站增效擴容。