馬營水電站增效擴容改造方案探討

陳輝

（陜西江漢水電勘測設計有限公司，陜西西安710016）

馬營水電站增效擴容改造方案探討

陳輝

（陜西江漢水電勘測設計有限公司，陜西西安710016）

馬營水電站存在水能利用不充分、水輪機機型選擇不合理、設備故障率高、型號落后等問題。為充分利用水能資源，保證電站安全可靠運行，結合對電站所處河道水能資源復核計算成果，并考慮電站擋水、引水、廠區等建筑物及機電設備情況，理確定裝機容量為4800kW，選擇新型高效水輪發電機組及機電輔助設備。通過技術改造，達到了充分利用水能資源、增加出力、提高效率以及提高設備運行穩定性、安全性等目的，具有顯著的經濟效益和社會效益。

農村水電站；增效擴容改造；方案設計

1 工程概況

馬營水電站位于陜西省漢中市西鄉縣境內漢江一級支流牧馬河中游，為引水徑流式電站。壩址位于西鄉縣峽口鎮留營壩村，廠址位于沙河鎮毛壩村，距西鄉縣城30 km。電站于1973年建成發電，裝機規模3×800 kW，設計水頭29.5 m，設計引水流量12.0 m3/s，設計多年平均發電量1200萬kW·h。

2 水電站存在問題

馬營電站建設年代久遠，受當時建設資金限制，加之水輪發電機組及電氣設備制造水平較低，電站設備技術條件比較落后，自動化程度不高，電站運行40多年來，主要存在以下問題：

（1）水能利用不充分,裝機規模偏小。電站壩址處多年平均流量18.7 m3/s，而電站發電流量僅有12 m3/s，棄水量大，水能資源浪費嚴重；

（2）水輪機選型不合理。電站設計水頭29.5 m，水輪機型號為HL120-WJ-71，根據水輪機型譜表，推薦HL120轉輪適用水頭范圍為180 m～250 m，機組運行范圍偏離高效區，效率低、穩定性差；

（3）水力機械設備故障率高。水輪機運行時間過長，機械老化，轉動部件磨損及氣蝕嚴重，導葉漏水量大；油氣水系統設備故障、生產效率低；

（4）電氣設備型號落后、自動化程度低。電站曾對一、二次設備進行過改造，但目前運行的GG-1A型高壓開關柜、PGL-1系列低壓配電柜、S7變壓器等設備是明文規定淘汰產品，設備隱患多。

3 水電站改造方案

3.1 裝機規模確定

根據水文資料分析計算及電站動能指標，改造后電站額定水頭為28.2 m，結合現有水工建筑物情況及改造投資，確定如下裝機方案：

方案一：利用現有水工建筑物，在廠房內部進行機電設備擴容改造，裝機容量3000 kW；

方案二：利用現有擋水建筑物，改造部分引水、輸水建筑物，重建廠房進行擴容改造，裝機容量4800 kW；

方案三：對所有水工建筑物進行全面改造，最大限度的利用水能，進行擴容改造，裝機容量6000 kW；

對三個方案進行技術、經濟比較如表1。

從表1可以看出：①裝機容量從3000 kW增加到4800 kW時，每增加1 kW，可增加年發電量1831 kW.h，而裝機容量從4800 kW增加到6000 kW時，每增加1 kW，增加年發電量1353 kW.h，說明裝機容量為4800 kW時效益較好。裝機容量從3000 kW增加到4800 k時，年利用小時數差值、電站年收益差值增幅均較大。②裝機容量從3000 kW增加到4800 kW時，投資費用差值、投資差值回收年限較大，說明裝機容量為4800 kW時投資相對較小。③裝機容量為4800 kW時，單位電量投資最小，說明此方案整體效益較好。

通過以上綜合比較，本次改造推薦方案二，即裝機容量為4800 kW。

表1 裝機容量比較表

表2 模型轉輪參數

表3 水輪機選型計算表

3.2 水輪機選型

改造后仍選用3臺臥軸混流式機組，單機容量1600 kW。

根據現有混流式機組資料，初步選取HLA551、HLA551 C、HL240、HLA286、HLA208等5種效率較高的模型轉輪型號進行比較，其水輪機模型參數比較見表2，水輪機選型計算參數見表3。

根據表3計算結果可以看出以下幾點：①在所列5種機型中，經計算兩種機型未能達到額定出力，且效率較低，因此不推薦。②在三種機型中，以HLA551機型效率最高、氣蝕系數及轉輪直徑最小。故本次推薦HLA551機型，推薦水輪機型號為HLA551-WJ-100。

3.3 水力機械附屬設備

（1）調速器：改造后每臺機組配備一臺GYWT-1000型可編程微機調速器，工作壓力16 MPa，調速功1000 kg.m。

（2）主閥：改造后仍采用“單機單管”的供水方式，壓力鋼管直徑1.5m，在每臺機組進水口處設置一臺D941X-10/1500閥門。

（3）起重設備：根據改造后機組各部件重量，最重件為發電機轉子帶軸約11 t，考慮吊鉤及吊具重量，本次改造選用QD-16/3.2 t～12 m的電動雙梁起重機，工作級別A5，采用封閉式滑觸線，控制機構裝有限位裝置。

（4）水、油、氣系統：改造后重新設計技術供排水系統，設備采用全自動濾水器，廠房排水系統安裝效率較高的潛水泵，并在集水井內安裝水位檢測元件，實現自動控制排水。油系統及氣系統更換高效、節能的油泵、濾油機及空壓機等設備。

3.4 電氣設備改造及選型

電氣設備改造按照技術先進、安全可靠、經濟合理的原則，考慮遠景發展的需要，滿足正常運行、檢修、短路、過電壓各種工況條件的要求，優先采用節能、環保、安全、可靠的新型設備，并兼顧防火及無油化的要求[1]。

（1）發電機：改造后發電機型號為SFW1600-12/2150，額定容量2000 kVA，出口電壓6.3 kV，額定轉速428.6 r/min，線圈為F級絕緣。

（2）變壓器：改造后電站變壓器選用節能、環保新型設備，主變型號為S11-6300kVA 38.5±2×2.5%/6.3 kV，布置在原戶外變電站。廠用變壓器型號為SCB11-160 kVA/6.3 kV，布置在配電室內，選擇1臺等容量的備用廠變，布置在戶外變電站。

（3）6.3 kV開關柜：電站目前采用GG-1A型開啟式固定開關柜，防護等級低且有不同程度的損壞，本次改造更換現有開關柜，選用帶“五防”功能的封閉手車式鎧裝高壓成套開關柜，型號為KYN28-12（Z），柜內配VS1-12型真空斷路器，“五防”功能納入全站綜合自動化系統。

3.5 自動化監控系統

為了提高電站自動化程度和可靠性，提高管理水平和運行經濟效益，減輕運行人員的勞動強度，便于系統的調度管理，改造后電站采用計算機監控系統，實現“無人值班、少人值守”運行管理模式。

計算機監控系統由電站控制級和現地控制單元級兩層組成，通過由光纜及以太網交換機組成的以太網絡有機地聯系在一起。電站控制級包括一臺主機兼操作員工作站、一臺寬行打印機和一臺在線式UPS等。電站控制層負責協調和管理各現地控制單元的工作，收集有關信息并作相應處理和存儲，運行人員可通過人機接口對數據庫和畫面進行在線修改、人工設定、設置監控狀態、修改定制等操作。現地控制單元級以觸摸屏和可編程控制器為核心設備組成，包括3套機組單元LCU、1套開關站LCU及1套公用設備單元LCU。

計算機監控系統主要功能有：數據采集和處理、安全運行監視、實時控制和調節、事件順序記錄、打印記錄、事故追憶、事故處理指導和恢復操作指導、系統通信、系統自診斷與自恢復、電站運行維護管理、系統授權管理等。

4 結論

（1）充分利用水能水資源，增加發電效益。改造后電站總裝機規模4800 kW，發電流量20.13 m3/s，與河道多年平均流量匹配更為合理，水能水資源利用更充分，多年平均發電量1715萬kW.h，發電效益增加明顯。

（2）提高設備性能，消除設備安全隱患。改造后電站綜合出力系數由7.0提高至8.2，機組綜合性能提高明顯。電氣設備采用節能、環保、安全、可靠的新型設備，納入電站綜合自動化系統，消除設備安全隱患。

（3）電站自動化水平提高。改造后電站采用計算機監控系統，實現“無人值班、少人值守”運行管理模式，提高管理水平，減輕工作人員勞動強度，改善了職工工作環境。

馬營電站增效擴容改造，對影響范圍大且投資多的擋水、引水及廠區等建筑物進行局部改造利用，重點更新改造了水輪發電機組，調速器、主閥水力機械輔助設備及電氣一、二設備，極大的增加了電站發電效益，并提高了電站安全性。

TV737

B

1673-9000（2017）04-0069-03

2017-04-05

陳輝（1982-），男，陜西西安人，工程師，從事水利水電工程設計工作。