基于水文資料的境主廟水電站增效擴容分析

彭松明

（安徽省桐城市境主廟水庫管理處，安徽 桐城 231400）

境主廟水電站始建于20世紀80年代初期，由于當時條件制約，電站設計、設備選型、站址選擇、運行方式擬定都存在諸多不合理因素，造成機組運行效率低下（水輪機效率小于80%），再加上設備老化，缺陷日益增多，機組的安全、經濟運行已受到嚴重影響?；诖耍疚尼槍持鲝R水電站的增效擴容改造進行研究。

1 工程概況

境主廟水電站位于桐城市境內長江北岸菜子湖流域龍眠河上游，壩址在桐城市區上游約1.5 km處，是一座以防洪為主，結合灌溉、發電、城鎮供水、養殖等綜合利用的省重點中型水庫。壩址以上流域面積63 km2，總庫容2480萬m3，正常蓄水位92.0 m，相應興利庫容1475萬m3，發電可調節庫容760萬m3（受城鎮供水水位84.0 m限制），防洪保護面積86.3 km2，人口14.6萬人。

1984年動工興建2×200 kW壩后式水電站，由輸水隧洞開挖支洞接鋼管引水發電。輸水隧洞形狀為城門洞形，斷面尺寸1.5 m×1.5 m，長度179.3 m。引水主管φ1.2 m，長度15 m。引水支管由φ1.2 m漸變成φ0.8 m后接φ0.8 m閘閥。電站于1986年并網發電，設計多年平均發電量123.4萬kW·h。

2 水文氣象條件

2.1 水文基本資料

2.1.1 氣象及雨量站網概況

境主廟水庫建庫前，龍眠河上只有桐城雨量站，1951年設立至今。掛車河上兩個雨量站，分別為唐家灣和新安度。沙河埠站控制的流域內有6個雨量站，降雨系列均大于40年。其中后沖和馬鞍山為汛期站。曉天河上曉天徑流站控制了6個雨量站，有4個站系列大于40年，小澗沖為汛期站。境主廟水庫建庫后設立了水文觀測站，測量庫區降雨和徑流資料。

2.1.2 氣候特性

本流域位于江淮分水嶺附近地帶，南北冷暖氣團交匯頻繁，多氣旋活動，受東南臺風登陸影響和大別山區地勢升高對空氣的抬升作用，共同形成了豐沛、集中的降水，使得本流域氣候溫和、雨量充沛，且雨熱同期。

2.2 徑流

2.2.1 年徑流總量

境主廟水庫徑流計算采用水庫運行觀測資料，首先進行徑流還原計算，系列為1967年～2011年。

經計算境主廟水庫壩址以上1967年～2011年多年平均徑流量4646萬m3，多年平均入庫流量1.58 m3/s，多年平均徑流深737.4 mm，多年平均降雨量為1216 mm。徑流年際變化較大，年最大降雨量為2140mm，發生在1991年，年最小降雨量為696mm，發生在1978年。另據壩址站資料分析，多年平均降雨日約為140天，降雨集中在5月～9月，其雨量約占多年平均雨量的70%。

2.2.2 設計年徑流

由前文可知，境主廟水庫壩址以上年平均徑流深R=737.4 mm，均方差，式中（Ri為第i年的年徑流深），適線按CS=2CV，CS=2.5CV和CS=3CV分別進行計算。

在頻率格紙上點繪曲線并用曲線板連接（注意中下部點的吻合情況），從曲線上看，CS=2CV時，適線較好。從頻率曲線上可查出:豐水年P=15%，R=1015 mm；平水年P=50%，R=750 mm；枯水年P=85%，R=380 mm。

三年平均徑流深為748 mm，與平均徑流深R=737.4 mm相差1.5%，可以采用。

2.2.3 設計年徑流年內分配

水能計算采用典型年法，對設計的典型年資料需分配到日，便于選擇代表年:1）盡可能選取經驗頻率接近設計頻率的年份；2）代表年應有一定的代表性，不能選取特殊年份；3）盡可能選取水量分布不均勻的年份，水庫增效擴容分析中選擇的三個代表年分別是:豐水年（1977年）R=1061.2 mm，平水年（1984年）R=760.9 mm，枯水年（1994年）R=434.9 mm。三個典型年分配系數分別為:α豐=W設豐/W參豐=0.956；α平=W設平/W參平=0.986；α枯=W設枯/W參枯=0.874。分配系數較小，采用分配系數乘以參證站逐日平均流量，得出典型年的逐日平均流量資料。

2.2.4 徑流調節計算

水庫正常蓄水位92 m、死水位70 m，發電限制水位84 m，調節庫容760萬m3，庫容系數0.317，屬年調節，對水庫進行典型年分日等流量調節計算。電站設計保證率采用旬歷時保證率，根據有關規定，取85%。

水庫在正常蓄水位92 m時，庫區面積僅2.1 km2，蒸發損失相對較小，另外水庫兩岸山體雄厚，無滲漏通道，引水系統與庫周滲漏損失也很小，故在徑流調節計算時均不計蒸發與滲漏引起的水量損失。發電尾水位根據廠址處水位～流量關系確定[1]。水頭損失根據引水設施布置、采用水力學公式計算。經計算，各方案略有不同，大致在1.5 m左右，計算時各方案均取1.5 m。各方案水輪機效率平均在88%左右，發電機效率平均在94%左右。根據推求的典型年逐日入庫流量，水能計算匯總表見表1。

表1 等流量調節:境主廟水電站水能計算成果表

3 水電站增效擴容

3.1 水輪機及其附屬設備基礎改造

為提高水輪機效率，提高電站自動化水平，電站兩臺水輪機由HL260-WJ-50更新為HL270/A551-WJ-60，需鑿除原水輪機蝸殼及進水彎管、尾水擴散管等部位的基礎砼，待新基礎安裝完畢后重新澆筑C25二期混凝土。同樣，原發電機、調速器、閘閥、開關柜均予以拆除，按照SFW320-10/850發電機、調速器、蝶閥、開關柜及機組布置要求重新調整位置，然后澆筑混凝土基礎[2]。

3.2 水力機械設備改造

境主廟水電站現狀裝機容量為400 kW，復核擴容后裝機容量為640 kW，為兩臺320 kW機組。

本站凈水頭在19.0 m～27.0 m之間，查“中小型反擊式水輪機使用范圍圖”，比較合適的水輪機型為混流式?；炝魇剿啓C結構簡單，價格便宜，運行維護方便，平均效率高、氣蝕性能優越，適用水頭范圍廣，并積累了豐富的制造和運行經驗。故本階段推薦經濟適中，且效率高，又便于運行維護的HL270和HL295兩種混流式機型。

3.3 水力機械主要設備布置

增效擴容改造后，境主廟水電站裝有2臺臥式水輪發電機組，發電機總容量為640 kW。本次更新改造主要包括水輪發電機組、蝶閥、調速器、勵磁裝置、綜合自動化、主變和廠變等，更新后的水輪機無論是效率還是空蝕性能均優于原機組，考慮節省投資發電機層地面高程維持在66.00 m不變。

主廠房內布置兩臺HL270—WJ—60水輪機，配兩臺SFW320-10/850型發電機。根據機組總長度、機組外緣與墻之間距離、廠內交通和滿足一臺機大修等要求，確定主廠房長度16.5 m，寬7.8 m。

4 結語

境主廟水庫電站增效擴容改造工程的主要任務是通過對水電站機電設備及廠房等主要生產建筑物的更新改造，提高電站的發電效率，改變現在落后的控制保護方式和外觀形象，以便更好地適應現代化管理要求，減輕運行管理人員的勞動強度，為水庫更好地發揮作用提供保障。