水電站增效擴(kuò)容改造探索與實踐

□張潛（駐馬店市板橋水庫管理局）

摘要：水電作為清潔能源，不僅可以利用富裕水資源進(jìn)行電力供應(yīng),，滿足相關(guān)能源需求，同時,，又可以完成水資源的合理調(diào)配,，實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。因此,，水電資源一直以來都是我國能源的重要組成,，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。我國水電建設(shè)起步較早,，特別是一些小水電工程項目多建于20世紀(jì)六七十年代,，由于運(yùn)營時間較長，受當(dāng)時裝備水平,、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),、施工技術(shù)等方面的限制,，已經(jīng)不能充分滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，迫切需要進(jìn)行增效擴(kuò)容改造,。文章以河南省駐馬店市板橋水庫水電站為例,，對中小水電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造進(jìn)行探討，提出水電站優(yōu)化設(shè)計的方法措施,，以期為廣大中小水電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造提供借鑒,。

關(guān)鍵詞：水電站；水輪機(jī),；增效擴(kuò)容,；技術(shù)改造

0 引言

中小水電站作為我國能源供應(yīng)的重要組成部分，在歷史上發(fā)揮了重要而積極的作用,，既為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了穩(wěn)定的電力能源供應(yīng)；又發(fā)揮了防洪,、抗旱的重要作用,，確保了當(dāng)?shù)亓饔虻陌踩５S著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展,，中小水電站由于運(yùn)營時間久遠(yuǎn),，受當(dāng)時裝備水平、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),、施工技術(shù)等方面的限制,，已經(jīng)不能充分滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，迫切需要進(jìn)行增效擴(kuò)容改造,。

1 工程概況

板橋水庫位于河南省駐馬店市,，淮河支流汝河源頭,，控制流域面積為768 km2,，總庫容為6.75億m3，汛限水位110 m,，興利水位111.50 m,，具有防洪、灌溉,、發(fā)電、水源供水,、漁業(yè)養(yǎng)殖等功能,。該水庫始建于20世紀(jì)50年代，是新中國成立后國家興建的第一批大型水庫之一,，先后于1956年擴(kuò)建加固,，1978年復(fù)建,，后又經(jīng)歷停工，并于1987年復(fù)建,，1993年建成并投入運(yùn)營。

板橋水庫水電站是國家“七·五”計劃板橋水庫復(fù)建工程的重點項目之一,，是板橋水庫控制性工程，該電站位于板橋水庫大壩南端,，利用引流輸水管道引水進(jìn)行發(fā)電,，經(jīng)由35 kV變電站并入電網(wǎng)，該水電站總裝機(jī)達(dá)4×800 kW,，原設(shè)計年發(fā)電量為380萬kW·h,。

該水電站自運(yùn)營以來，累計發(fā)電近萬萬千瓦時,，因運(yùn)行時間久遠(yuǎn),，相關(guān)設(shè)備已經(jīng)不同程度地出現(xiàn)問題，電站綜合能效相對偏低,，部分設(shè)備運(yùn)行可靠性降低,，嚴(yán)重影響電站的正常運(yùn)行，為了有效降低電站運(yùn)行的危險系數(shù),，提高電站綜合能效,，非常有必要對該水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容技術(shù)改造，使其容量進(jìn)一步增加,，安全系數(shù)進(jìn)一步提升,。

2 板橋水庫水電站存在主要問題

板橋水庫水電站自建成已經(jīng)運(yùn)行23 a，由于建站時間長,、運(yùn)營時間久,，且受當(dāng)時技術(shù)、裝備水平所限,，水電站存在設(shè)備老化及安全隱患等問題,，在一定程度上影響了水電站的高效有序運(yùn)行。

2.1 運(yùn)行可靠性低

該水電站設(shè)計于20世紀(jì)90年代,，受當(dāng)時設(shè)計理念,、技術(shù)水平、裝備條件等的限制,，特別是經(jīng)過20多年的運(yùn)行,，存在水電站設(shè)備老化、技術(shù)落后,，一些元器件,、制造材質(zhì)等,，其防沉和抗氣蝕能力較弱，特別是由于焊接技術(shù)不過硬,，一些轉(zhuǎn)動部件由于長期運(yùn)行產(chǎn)生變形,，導(dǎo)致發(fā)生振動現(xiàn)象，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和設(shè)施的整體安全,。

2.2 發(fā)電效率降低

該水電站由于設(shè)計年代較早,，最早由蘇聯(lián)水利專家設(shè)計，后遭受“75·8”自然災(zāi)害破壞,，又重新進(jìn)行設(shè)計建設(shè),，由于受當(dāng)時設(shè)計水平、理念,、工藝和建設(shè)手段所限,，一些設(shè)施出現(xiàn)運(yùn)行風(fēng)險。比如：水輪機(jī)由于早期使用的以碳鋼為主,，質(zhì)量水平制造工藝水平較低,，由于長期受水和泥沙的侵蝕，水電站設(shè)備的抗腐蝕能力較弱,，導(dǎo)致一些水輪機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生振動，甚至?xí)绊懺O(shè)施的整體運(yùn)行風(fēng)險,。由于這些因素的存在,，導(dǎo)致水輪機(jī)運(yùn)行阻尼增加，能效轉(zhuǎn)化效率較低,，導(dǎo)致發(fā)電效率降低,，因此，需要進(jìn)行技術(shù)改造,。

2.3 運(yùn)行存在隱患

水電站由于運(yùn)行時間較長,，出現(xiàn)不同程度的銹蝕，使設(shè)備的密閉性大打折扣,，一些地方出現(xiàn)不同程度的滲漏現(xiàn)象,，甚至影響正常停機(jī)；由于設(shè)備部件局部產(chǎn)生變形,，摩擦生熱,，導(dǎo)致部件局部濕度升高，無法實現(xiàn)調(diào)速器的正常調(diào)節(jié),；電站整體自動化程度低,，自身能耗較大，需要大量的人工進(jìn)行設(shè)備運(yùn)營維護(hù),，增加了運(yùn)營成本,。同時,，存在水電站參數(shù)設(shè)計落后，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)容量及效能轉(zhuǎn)換存在諸多問題,，存在帶病運(yùn)行的問題,，需要進(jìn)一步加大增效擴(kuò)容改造的力度，實現(xiàn)庫區(qū)安全度汛和發(fā)電效益雙豐收,。

3 板橋水庫水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造的意義

根據(jù)以上分析,，板橋水庫水電站存在運(yùn)行可靠性低、發(fā)電效率降低,、運(yùn)行存在隱患等問題,，進(jìn)行增效擴(kuò)容改造非常必要，對于板橋水庫的科學(xué)高效運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實意義,。

3.1 提升發(fā)電效益

板橋水庫水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造,，可以充分利用現(xiàn)有水資源優(yōu)勢，增加水電站發(fā)電能力,。該水電站的發(fā)電機(jī)組可以從3 200 kW增容至4 000 kW,，增效擴(kuò)容后年均發(fā)電量可達(dá)到733萬kW·h，年均發(fā)電量可以實現(xiàn)近201萬kW·h的增量,，增效可達(dá)近40%,，這將進(jìn)一步挖掘水庫發(fā)電潛能，以落后設(shè)備的小規(guī)模更新,，較小的投入實現(xiàn)發(fā)電效益的提升,。

3.2 提升綜合效益

對板橋水庫水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，徹底改變設(shè)備漏水滲水等問題,，可以進(jìn)一步優(yōu)化改善水電站周邊環(huán)境,。同時，由于發(fā)電效益的提升,，并網(wǎng)供電能力進(jìn)一步提升,，可以為周邊城鎮(zhèn)提供更多的能源及水源供應(yīng)，可以有效緩解農(nóng)村電力供應(yīng)不足的問題,，使廣大農(nóng)村電器可以正常使用,，持續(xù)改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件，減少傳統(tǒng)能源的利用,，從而使傳統(tǒng)能源消耗方式帶來的污染問題得以改觀,，同時，由于綜合自動化系統(tǒng)的引入,，可以進(jìn)一步減小人工作業(yè)的工作量,，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益十分明顯,。

3.3 提升安全效益

該水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造,，對一些老舊損毀,、存在問題的設(shè)備進(jìn)行更換，可以有效解決設(shè)計不優(yōu),、質(zhì)量存在問題,、運(yùn)行存在隱患等問題，通過設(shè)備更新,、裝備綜合自動化管理系統(tǒng),，對一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以提高設(shè)備的安全運(yùn)營水平和水電站綜合自動化管理水平,，消除安全隱患,，提升安全運(yùn)營水平，徹底改變水電站安全運(yùn)營中滯后的問題,，從而為板橋水庫整個庫區(qū)的安全運(yùn)行打下堅實的基礎(chǔ),。

4 板橋水庫水電站增效擴(kuò)容改造對策

4.1 擴(kuò)容改造遵循的原則

根據(jù)板橋水庫水電站存在的問題，結(jié)合板橋水庫水電站的運(yùn)營實際狀況,，水電站水工建筑物,、相關(guān)固件運(yùn)行狀態(tài)較好，為節(jié)約成本,，沒有必要對其進(jìn)行更新,，綜合進(jìn)行相關(guān)效能計算，通過更新水輪發(fā)電機(jī)組的方式,，具有投入小,、增容效果好的優(yōu)勢，可以有效提高機(jī)組的發(fā)電效率,，擴(kuò)大電站的供電能力。

4.2 水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計參數(shù)選擇

通過對板橋水庫歷年運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,，該水庫運(yùn)行興利水位為111.50 m,，死水位為101.04 m。根據(jù)測量記錄：該水庫尾水位-流量之間成近似線性關(guān)系,，可知該電站最大毛水頭為96.40 m,，最小毛水頭為94.20 m，板橋水庫水電站處于現(xiàn)有水頭以下,，仍有較大的擴(kuò)容空間,。在對水電站現(xiàn)場尾水管、蠅殼等進(jìn)行了實地勘察,，經(jīng)過對多個模型進(jìn)行分析比較,，將HLS110C型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪替代在原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪HL110-WJ-60，并由800 kW增容至1 000 kW,，機(jī)組運(yùn)行水頭定在6.00～16.00 m以內(nèi),。

4.3 水輪機(jī)組裝機(jī)選擇

根據(jù)水能復(fù)核計算結(jié)果,，以及該水庫每年來水量及水源變化統(tǒng)計分析,，為合理利用有限的水能資源，提高利用效率,，結(jié)合汛期高水頭發(fā)電，增加經(jīng)濟(jì)和社會效益,，需要對電站進(jìn)行適當(dāng)增容,。在水能復(fù)核計算的基礎(chǔ)上，水輪機(jī)組裝機(jī)方案為將容量為4×800 kW機(jī)組增容至4×1 000 kW,，總裝機(jī)容量增加至4 000 kW,。

5 板橋水庫水電站增效擴(kuò)容效益評價

板橋水庫水電站目前上網(wǎng)電價為0.32元/kW·h，廠用電率為1%,，有效電量系數(shù)0.98,，輸、變電損耗為2%,，改造后增加的發(fā)電量為201萬kW·h,，則正常生產(chǎn)年份增容部分年售電量收入可達(dá)61萬余元，效益提升明顯,，可以使水資源得以充分利用,，具有良好的環(huán)境效益和社會效益。

參考文獻(xiàn)：

［1］張潛,，張博,，王瑋.宿鴨湖水庫除險加固工程實踐與探討［J］.河南水利與南水北調(diào)，2011（10）：56-57.

［2］葉永,，周勝,，牟玉池.小型水電站增效擴(kuò)容改造方案研究［J］.人民長江，2017（4）：88-91.

［3］劉利.克孜爾水電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造設(shè)計［J］.小水電,，2017（4）：60-62.

［4］葉永,，牟玉池.農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造設(shè)計探討［J］.中國農(nóng)村水利水電，2016（7）：184-186.

中圖分類號：TV734

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1673-8853（2017）06-0043-02

收稿日期：2017-04-18

編輯：左英勇

作者簡介：張潛（1979－）,，女,，工程師，主要從事水利工程設(shè)計,、施工和建設(shè)管理工作,。