南秦水電站增容改造工程方案分析

李 科

(江西省安瀾工程咨詢有限公司，江西 南昌 330001)

1 引言

水電站工程建設可提高水能的利用效率，輸送清潔能源。早期修建的水電站規模主要根據當時的經濟、社會發展水平確定。隨著國家的發展，原有發電量無法滿足用電需求，采用新建水電站的方式將造成極大的浪費，因此，為了提高水電站的發電量，采取增容改造工程處理具有良好的經濟性、科學性。目前，我國已有較多的水電站采取了增容改造工程設計，如砬子溝水電站、黃壇口水電站、石塘水電站等[1-5]，水電站擴容改造工程建設充分利用了既有水電站，同時也提高了水電站發電量，效益顯著。

2 工程概況

南秦水庫位于丹江一級支流南秦河上，大壩為粘土心墻砂殼壩，壩頂高程124.0 m，壩底高程95.00 m，最大壩高29 m，壩頂寬度5.00 m，壩頂設1.0 m 高的防浪墻，防浪墻頂高程125.00 m，壩頂長度132.00 m，總庫容984 萬m3，其中調節庫容490 萬m3，死庫容90 萬m3。南秦水庫電站于1994 年建成并正式投產發電。設計裝機2×250 kW，設計水頭23 m～33 m，引水流量3.0 m3/s，屬南秦水庫壩后式電站，調節性能為年調節。設計年發電量為294 萬kW·h，目前多年平均發電量為38 萬kW·h。

3 增容改造工程任務

進水口新修放水塔1 座，安裝進水閘門及攔污柵;增設尾水閘門及啟閉設備;廠房機電設備更新安裝2 臺套，更換主變;電站廠房后部斜坡下部修建一道長30 m、高1.5 m 的梯形漿砌石擋墻;由變電站處至電站引水隧洞進口，沿溢洪道左側邊坡布置一條長321 m，寬1 m 的人行步道。

3.1 水能計算

采用麻街水文站徑流系列資料，進行水文比擬，本次計算采用25%(豐)、50%(平)、75%(枯)3 個代表年日均流量參與徑流調節計算。

(1)庫容曲線

庫容曲線采用水庫2007 年最新的實測庫容曲線，見表1。

表1 南秦水庫2007 年實測水位～庫容關系

(2)水頭損失

水頭損失按有關公式計算。不同流量下的具體數值在徑流調節表2 列出。

①流速計算

干管流速:V干=Q干/S干=3.6×4/(3.14×1.52)=2.04 m/s

支管流速:V支=Q支/S支=1.8×4/(3.14×0.82)=3.58 m/s

②沿程水頭損失計算

干管h沿= ×V2×L/D1.25=0.702 m

叉管:h沿=0.14 m

③局部水頭損失按下式計算

計算得到:攔污柵:h攔=0.21 m;進口:h進=0.02 m;出口:h出=0.081 m ;叉管:h出=0.176 m;h蝴+h出=0.719 m。

④總水頭損失:

最大有效利用水頭:h=24.6-2.048=22.552 m

按水輪機效率η水=91%，發電機效率η電=95%計算，綜合出力系數A=9.81×η水×η電=8.5。

南秦水庫電站為壩后式水電站，水能計算結果見表2。

表2 南秦水庫電站75%徑流調節計算表

3.2 增容改造工程規模

增容改造的主要任務是增加南秦電站的發電量，提高電站的發電效益。經分析，南秦電站增容改造，宜采用現有的2 臺機組方案，并由原來的2×250 kW，更新為2×320 kW，最大發電水頭為24.68 m，電站多年平均發電量260 萬kW·h，年利用小時數為4061 h。

4 增效擴容改造工程布置

南秦電站原進水口為隧洞直接進水，洞涇1.5 m，攔污柵用角鋼和扁鐵加工而成，進水口未設閘門，檢修機組時只有關閉蝴蝶閥才可以進行。但在實際使用過程中，由于蝴蝶閥關閉不嚴，給檢修工作帶來很大困難。因此，提出在進口處新修放水塔、人行橋，更換攔污柵，增設進水閘門。

根據目前進水口及其樞紐的布置形式，結合周邊的地質、地形條件分析，原進水設施已不能滿足電站正常運行的需要，對日常運行和檢修帶來很大不便，急需增設方便運行管理的進水口設施，并對原來年久失修的蝴蝶閥進行更換。

結合工程實際地形條件，進水口設計形式選擇塔式進水口和斜坡式進水口兩種方案進行比較，通過方案比選選取優者為本次設計的推薦方案。方案簡述如下:

(1)塔式進水口方案

放水塔進口高程107.25 m，進口處設檢修及工作閘門各一道，孔口尺寸均為2.0 m×2.0 m，采用整體拱形平板鑄鐵閘門。其后由2 m×2 m 方洞漸變到直徑1.5 m 的圓洞。塔身采用C20 鋼筋混凝土澆筑，其斷面為圓形，直徑4.8 m，塔壁厚度0.4 m，內徑4.0 m。啟閉機平臺高程125.00 m。塔頂與壩頂采用工作橋聯通。工作橋采用C25 鋼筋混凝土預制T 梁結構，工作橋總跨度16.6 m，共分兩跨，第一跨跨度8 m，第二跨跨度8.6 m。橋面高程125.00 m。塔頂閘房內安裝QL-300 KN-SD 手電兩用螺桿啟閉機兩臺。

塔基礎座落于開挖新鮮的基巖面上，用C20 鋼筋砼澆筑，工作橋面用鋼筋砼柱作支撐，柱子底座座落于基巖面上，柱子高5.5 m。靠近路面作橋臺支撐工作橋面，其設計詳見塔式進水口設計圖。

閘門尺寸2 m×2(寬×高)m，閘門自重3 t，經計算選擇30 噸的QL-300-SD 手電兩用螺桿啟閉機。

攔污柵2 m×2 m，采用70 mm×70 mm×5 mm 的角鋼做框架，用螺栓錨固在進水口砼中，60mm×8mm 的扁鐵做刪條，做成間距為70 mm 的攔污柵，安裝角度90 °。柵格外鍍鋅防銹，攔污柵重1.2 t。

(2)斜拉閘方案

進口形式為斜拉閘門，設置檢修閘門和工作閘門各一道，閘門尺寸2 m×2.5 m，采用整體拱形平板鑄鐵閘門。進水口高程107.25 m。啟閉機平臺高程125.00，并修建閘房，內配套安裝QL-400 KN-SD 手電兩用螺桿機一臺。閘門檢修平臺高程112.55 m，安裝QL-200 KN-SD 手電兩用螺桿機一臺。

閘門尺寸2 m×2.5(寬×高)m，閘門自重3.5 t，經計算工作閘門選擇40t 的QL-400-SD 手電兩用螺桿啟閉機，檢修閘門選擇20 t 的QL-200-SD 手電兩用螺桿啟閉機。

攔污柵2 m×3.2 m，采用70 mm×70 mm×5 mm 的角鋼做框架，用螺栓錨固在進水口砼中，60 mm×8 mm 的扁鐵做刪條，做成間距為70 mm 的攔污柵，安裝角度60°。柵格外鍍鋅防銹，攔污柵重1.5 t。

(3)方案比較

塔式進水口方案(51.05 萬元)雖然工程量及造價較斜坡式進水口方案高，但其運行安全可靠，日常維護也簡單方便，從電站運行的長遠角度考慮其優勢是明顯的，因此本次設計采用塔式進水口方案作為電站進水口的推薦方案。

5 結論

南秦水電站修建時期較早，其建設規模已無法滿足現狀需求，為了改善這一現狀并充分利用既有工程，提出采用增容改造的方式加以處理。通過分析，確定了水電站增容改造規模，經過方案比選確定采用塔式進水口方案，具有施工簡便，安全性高，維護簡便等優勢。