桑墟水電站擴容改造分析

嚴(yán)后軍　張文珍

【摘要】桑墟水電站經(jīng)過連續(xù)的擴容改造，更新了水輪發(fā)電機組，安裝了自動化清污機等設(shè)備，消除了工程安全隱患，增加了發(fā)電效益。經(jīng)過2年多運行，效益發(fā)揮顯著。本文通過對改造前情況、機組選型、改造后運行狀況等幾個方面進(jìn)行了分析，提出了相關(guān)建議，具有一定的借鑒價值。

【關(guān)鍵詞】水電站；擴容改造；分析

Analysis of expansion and reconstruction of Sang Xu Hydropower Station

YAN Houjun，ZHANG Wen Zhen

Huai Shu New River Management Division of Jiangsu province，Huaian 223005，Jiangsu

【Abstract】After continuous expansion and transformation， the Sang Xu hydropower Station has renewed hydro power generating unit and installed automatic sewage cleaning equipment， which eliminates the hidden danger of the project and increases the benefit of power generation. After more than 2 years of operation， the benefits have been marked. This paper analyzes the situation before modification， unit selection and operation condition after modification， and puts forward relevant suggestions， which has certain reference value.

【KEY words】hydropower station；expansion and reconstruction；analysis

1、工程概況

桑墟水電站位于宿遷市沭陽縣桑墟鎮(zhèn)，是分淮入沂綜合利用工程之一。工程上游為沭新河，下游為薔薇河，主要利用向連云港供水和上游地區(qū)澇水發(fā)電，與薔薇河地涵、沭新退水閘和沭新北船閘共同組成沭新河渠尾控制樞紐。工程于1986年5月竣工，設(shè)計流量為25m3/s，原裝有5臺ZDJ-LM-100型水輪機，配套TSN-59/6-100G型發(fā)電機，型號ZDJ-LM-100，變壓器型號為S11-800/10，裝機容量500kW，并網(wǎng)電壓10kV。老水輪機組為增速器連接，配套一套油系統(tǒng)。工程在擴容改造前年均發(fā)電量約200萬kW·h。工程目前由江蘇省淮沭新河管理處管理。

2、改造的必要性

2.1 工程效益難以充分發(fā)揮。桑墟水電站同時肩負(fù)供水和排澇功能，工程改造前的狀況是，設(shè)備陳舊老化、運行效率低、故障頻發(fā)，難以保證設(shè)備運行可靠性和完好率。隨著連云港的發(fā)展，需水量逐漸增加，工程狀況難以滿足供水和排澇要求。

2.2 安全隱患突出。工程自建成以來已運行30多年，水輪機組、電氣設(shè)備、輸電線路等仍為70年代生產(chǎn)的產(chǎn)品和設(shè)施，已成淘汰產(chǎn)品。水輪機氣蝕、磨損嚴(yán)重，運行效率較低；增速箱磨損、滲油較嚴(yán)重，運行時震動、噪音大；攔污柵過于靠近進(jìn)水口，地方狹小且僅靠人工清理，雜物經(jīng)常被吸入到導(dǎo)葉上，影響出力。工程效益逐年降低，維修成本不斷上漲，機電設(shè)備故障頻發(fā)，存在的隱患和缺陷較多，嚴(yán)重影響了桑墟水電站安全運行和效益的發(fā)揮。

2.3 目前水資源利用仍有余量。結(jié)合多年運行情況看，隨著連云港城市的發(fā)展、城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，城鎮(zhèn)生活用水及工農(nóng)業(yè)用水需求逐年增加，尤其是1997年江蘇省政府實施薔薇河送清水工程之后，向連云港的供水從沭新河輸送，在農(nóng)業(yè)大用水時期，送水流量不低于50m3/s。近6年來，從沭新河渠尾控制工程向連云港供水流量統(tǒng)計見表1。

從表中可以看出，向連云港的供水量在逐年增加，桑墟水電站輸水流量不能滿足送水要求，需要同時開沭新退水閘、薔薇河地涵供水，水量未充分利用，水能浪費嚴(yán)重。

3、改造內(nèi)容

由于受經(jīng)費限制，本次擴容改造主要內(nèi)容為機電設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)。

3.1 水工建筑物工程。因水輪機結(jié)構(gòu)變化和安裝高程調(diào)整，拆除電機梁并重新澆筑，拆除下游檢修門啟閉機梁澆筑。

3.2 機電設(shè)備及其它輔助設(shè)備。更換5臺發(fā)電機組及其輔助設(shè)備；更換5臺發(fā)電機綜合控制柜，帶勵磁、保護(hù)、同期、調(diào)速器控制等；更換行車，由3T單梁橋式起重機改造為5T單梁起重機。

3.3 金屬結(jié)構(gòu)。更換下游鋼筋混凝土檢修門為鋼閘門；更換5臺套手搖螺桿啟閉機為手電兩用螺桿啟閉機；新裝進(jìn)水側(cè)清污機橋，包括5臺HQN3.24*5.1-75°清污機，一臺SPW800皮帶輸送機（運輸長度50m），配套電氣控制柜一臺。

4、設(shè)計選型

4.1 水輪機改造

4.1.1基礎(chǔ)設(shè)計資料。根據(jù)工程設(shè)計流量等情況s，查《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），確定桑墟水電站工程等別為Ⅴ等，工程規(guī)模為小（2）型，主要建筑物和次要建筑物的級別均為5級。水電站為立式軸流式水電站，主要設(shè)計參數(shù)見表2。根據(jù)電站土建結(jié)構(gòu)，選型仍選用立軸明槽軸流定槳式水輪機，共5臺，單機流量取5m3/s。

4.1.2 水輪機選型

4.1.2.1水輪機額定水頭的選用。根據(jù)規(guī)范，水輪機的額定水頭與加權(quán)平均水頭之比在0.85～0.95之間選擇，本工程加權(quán)平均水頭Ha=3.55m，則額定水頭H總=（0.85～0.95）Ha=3.02～3.37m，根據(jù)上、下游水位情況，取用額定水頭H總=3.3m。

4.1.2.2 水輪機額定出力的計算。水輪機額定出力按如下公式計算：，式中：NT—水輪機額定出力（kW），Q—水輪機設(shè)計流量，Q=5m3/s，H—水輪機額定工作水頭，H=3.1m（考慮水力損失20cm），η—水輪機效率，η=83%。經(jīng)計算，NT=126.2kW。

4.1.2.3 改造前后水輪機性能比較。桑墟水電站改造前水輪機型號為ZDJ-LM-100型，改造后水輪機型號為ZDT03-LM-100型。改造前后水輪機主要技術(shù)參數(shù)表見表3。由表中可見，改造后水輪機效率提高3%，出力增加25%，空蝕性能提高，穩(wěn)定性較好。

4.2 發(fā)電機改造

發(fā)電機額定出力的復(fù)核。發(fā)電機額定出力按如下公式計算：Nf=NT×ηf×ηz，式中：Nf—發(fā)電機額定出力（kW），NT—水輪機出力，為了保證充分利用水能，水輪機出力采用平均水頭下出力，NT=126.2kW，ηf、ηz—發(fā)電機及聯(lián)軸器效率，ηf=90%，ηz=99%。經(jīng)計算，Nf=112.4kW。

根據(jù)發(fā)電機型譜，選擇發(fā)電機額定容量為125kW。經(jīng)比選，確定發(fā)電機型號為SF125-20/990-W，其參數(shù)如下：額定功率：125kW，額定功率因數(shù)：0.8，效率：0.9，額定轉(zhuǎn)速：300r/min。

5、改造后效果

5.1社會效益。

5.1.1 改造后，電站的開機時間和正常率得以提高，一方面保障了向連云港供水可靠率和需水量雙從需求，另一方面也提高了上游地區(qū)排澇標(biāo)準(zhǔn)；

5.1.2 自水電站下游的薔薇河實施整治后，航道等級由原先的Ⅶ等提升為Ⅲ等，對通航水位的保證率提出了更高的要求。電站改造，增加了供水量和運行正常率，保證了通航水位，促進(jìn)航運發(fā)展；

5.1.3 在連云港實施薔薇湖備用飲用水水源地后，通過電站供水，保障薔薇湖的水質(zhì)、水位和水量，確保連云港城區(qū)飲用水的應(yīng)急水源。

5.2經(jīng)濟效益。電站機組擴容改造后總裝機容量由500kW提高到625kW，增加了25%；月平均發(fā)電量由17.02kW提高到20.34kW，增加年收入14.7萬元。同時，設(shè)備更新后，原來設(shè)備維修的成本降低，提高了收益率。

5.3安全效益。更換水輪機、發(fā)電機、控制柜、行車等設(shè)備，原有的設(shè)備及電氣隱患被消除；安裝清污機之后，由原先的人工不定期撈草改為機械清污，提高了效率、減輕了管理工作量。

6、幾點建議

6.1 自動化項目。因經(jīng)費有限，本次未實施電站運行自動控制項目，目前運行管理依然靠原始人工進(jìn)行操作、采集數(shù)據(jù)等工作。這種情況，一是不適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展形勢，二是對運行人員的綜合素質(zhì)提更加依賴。因現(xiàn)在的設(shè)備要求較高，運行人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)有高有低，建議通過安裝自動控制系統(tǒng)加強對設(shè)備的監(jiān)控。

6.2 噪音處理。目前桑墟水電站主廠房噪音基本在90dB作用，噪音主要來自同步發(fā)電機、水輪機組、通風(fēng)設(shè)備等，在新建的水電站中，對噪音的處理已經(jīng)開始重視，但在老水電站的改造中，噪音處理還沒有采取相應(yīng)措施。建議在以后類似水電站改造時，增加對噪音源的控制、噪音的處理，減輕噪音對運行人員的健康影響。

6.3 加強運行管理。設(shè)備的更新只是從物的角度減少了隱患，如何提高效益、延長設(shè)備壽命、減少事故發(fā)生需要通過精細(xì)化、規(guī)范化的管理才能實現(xiàn)。一是要加強對運行人員業(yè)務(wù)素質(zhì)培訓(xùn)，同時加強運行檢查和考核管理，二是要加強應(yīng)急預(yù)案的編制和演練，對可能出現(xiàn)的問題細(xì)化、實化，強化應(yīng)急能力建設(shè)。

7、結(jié)束語

建設(shè)年代較早的小型水電站存在諸多的問題，通過擴容改造，不僅可以選用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，消除安全隱患，還可以達(dá)到擴容增效、增加工程綜合效益發(fā)揮的目的。通過本文分析，可以更加充分認(rèn)識和統(tǒng)籌水電站擴容改造，將工程效益最大化。

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