周公宅水庫電站增容技改可行性研究

鄭文棟

（寧波市周公宅水庫管理局，浙江寧波 315161）

1 工程概況

周公宅水庫是一座供水、防洪，結合發電的綜合利用大（二）型水利工程。水庫建成后,通過與下游的皎口水庫聯合調度，向寧波市日供優質水源50萬m3；水庫設置防洪庫容2290萬m3，通過與皎口水庫聯合調度并結合其它防洪工程，使下游鄞江流域的防洪標準達到20 a一遇，并結合供水進行發電。

水庫工程由攔河壩、泄洪及放空（水）建筑、引水隧洞及發電廠房等主要建筑組成。水庫電站引水建筑布置在大皎溪右岸山體中，引水系統由岸坡豎井式進水口、引水隧洞、壓力鋼管主管、鋼岔管、高壓鋼支管組成。引水道全長約1581 m（閘門井至機組蝶閥）。進水口為2級建筑物，位于大壩上游60 m處，底板高程168 m，進水口前緣設有傾斜布置的攔污柵，經喇叭段和平洞段過渡至閘門井，閘門底檻高程168 m，閘門檢修平臺高程233.5 m，閘門豎井總高65.5 m，閘門啟閉機平臺高程241.2 m，設交通橋與右壩頭的公路相接。引水隧洞為3級建筑物，采用一坡到底的布置形式，起點中心高程169.5 m，終坡點樁號102.8 m，縱向坡比4.791%。隧洞開挖斷面采用平底馬蹄形，開挖洞徑樁號0＋400前為3.6 m，以后為4 m，開挖底寬2.5 m。根據引水隧洞埋深，地質條件的不同，分別采用3種襯砌型式：不襯砌、噴錨襯砌和鋼筋混凝土襯砌。引水隧洞后接壓力鋼管段。壓力鋼管段采用1洞2機的布置形式，經副廠房底部與機組前蝶閥相接。水庫電站廠房為引水式地面廠房，4級建筑物，位于杜岙村上游約0.2 km處，主廠房內裝2臺6.3 MW水輪發電機組。

2 原機組參數配置

（1）水輪機（1#，2#機同型號）基本參數。型號 HL（F215）-LJ-95，轉輪直徑0.95 m，設計水頭108 m，最大水頭70 m，最小水頭6.64 m，設計流量6.64 m3/s，額定轉速750 r/min，額定出力6563 kW。

（2）發電機（1#，2#機同型號）基本參數。型號SF6300-8/2600，額定出力6300 kW，額定容量7875 kV·A，額定電壓6300 V，額定電流722 A，功率因數0.8，額定轉速750 r/min。

（3）調速器（1#，2#機同型號）基本參數。型號 GYT-1800，操作功18 000 N·m，工作壓力16 MPa，壓力油灌容積NXQAL40/20-A。

3 電站技術改造要求

電站要求在“三不動”（不動原設計水頭,不動引水管道,不動土建基礎部分）的前提下，采用優質、高效、大流量轉輪，對電站2臺機組進行增容技改，更換部分零部件，實現滾動發展，以最少的成本，提高1#,2#機組出力。

電站2臺機組運行多年，已不能滿足電站經濟效益的增長和發展的需求，造成水力資源的大量浪費。故電站要求在投入少、產出快，在“三不動”前提下對水輪發電機組進行技術改造，采用國內外領先水平的優秀轉輪和先進技術，提高水輪機效率與出力，增加水輪機過流量，使水輪機組更適合于電站的實際情況運行，達到提高發電機出力之擴容目的。

4 水輪機轉輪選型

4.1 原機組出力復核（銘牌值）

根據原機組參數，設計水頭H＝108 m，額定轉速n＝750 r/min,額定出力Ng＝6300 kW，額定出力NT＝6563 kW,轉輪直徑D1＝0.95 m。計算得出單位轉速 n1′＝68.6 r/min，單位流量 Q1′＝0.708 m3/s，水輪機效率 ηT＝0.933 ，發電機效率 ηg＝6300 kW。與實際情況基本吻合。

4.2 新轉輪選型及特點

根據電站提供的數據資料和公司現有的轉輪資料及多年技術改造經驗，依據水輪機改造流道相近似原則，選出HLA630型轉輪作為新轉輪進行可行性分析。HLA630型轉輪是公司引進的優質高效大流量轉輪。新轉輪的特點：最優工況效率高，為94.7%；效率曲線平坦，高效范圍寬，對流量及水頭變化的適應性強；空化及能量特性好；過流量大，大流量區效率較高，限制工況時的模型效率＞90%。經初步計算，轉輪選型HLA630-LJ-95。

4.3 新舊轉輪水力參數比較

（1）設計水頭108 m時，新舊轉輪的出力比較（理論計算）見表1。

（2）效率換算。經計算得出，在相同水頭（108 m）的工況下，由于受早期轉輪模型，生產工藝等影響，新轉輪的效率比舊轉輪高0.7%以上，水輪機出力提高700 kW，增幅11%，發電機理論計算可到6300 kW左右。

5 發電機出力保證

由于發電機一般都按長期超發10%能安全穩定運行設計，6300×110%=6930 kW，故水輪機增容后發電機基本能滿足電站發電要求，如遇發電機定子線圈溫度稍高，可以更換加大空氣冷卻器以加強冷卻效果來降低定子通風環境溫度。

表1 新舊轉輪的出力比較

6 調速器校核

由于1#，2#機水輪發電機增容技改后流量與出力均有所增加，需校核調速器調速功，檢驗結果顯示原調速器不能滿足水輪機調速功的要求，故調速器需同步技改，型號為GYT-3000。

7 改造措施

（1）設計制造HLA630-LJ-95轉輪，轉輪葉片采用ZG0Cr13Ni4Mo不銹鋼材料，以提高抗汽蝕能力，減小流道摩擦損失。上冠、下環均為鑄鋼件。葉片通過人工打磨或數控加工成形，并用組合樣板嚴格按照水輪機通流部件技術條件的規定檢查。鑄焊結構的焊縫進行探傷檢查。

（2）制做與新轉輪配合的泄水錐。

（3）水輪機原轉輪需拉至廠內，使新舊轉輪的聯軸法蘭同心度相同（制造方技術人員至電站現場實測）。

（4）將原GYT-1800調速器更換為GYT-3000微機調速器。

8 改造效益

通過技術改造，更換新轉輪，提高水輪機效率和出力，延長水輪機壽命，為電站創造更好的經濟效益。電站增容技改投資少、見效快，按平均增容700 kW，年發電 3000 h，上網電價0.3元人民幣/kW·h計算，不到一年就可收回投資，回收率高、周期短，是舊電站提高企業經濟效益、可操作性強、易于實踐的改造捷徑。