渔洞峡水电站扩机增容改造浅析

张义锋，吕安喜，叶文斌，卢胜强

（1.陕西镇安县水利队，镇安 711500；2.陕西镇安县黄家湾水务中心站，镇安 711500；3.陕西镇安县木王水务中心站，镇安 711500；4.陕西镇安县水保站，镇安 711500）

镇安县隶属陕西省商洛市管辖，地处商洛市西南部，属凉亚热带湿润牛湿润气侯区，气侯温和，空气湿润，降水充沛，光照充足。河流水系均属长江流域汉江支流，主要河流有两条，即旬河和乾佑河，旬河为汉江北岸最大支流，干流长度74.4km，流域面积为1272km2，发源于安康市宁陕县境內。乾佑河为旬河一级支流，干流长度66.8km,流域面积为1227km2，发源于柞水县老林,由北向南穿过县境汇入旬河。

1 水电站概况

厂房位于镇安县河口金三角经济开发区上游50m处，取水口位于该县永乐镇枣园村枣园水电站退水口，为引用乾佑河干流水，装机1×500kW。该水电站于1970年建成投产，为乾佑河梯级开发中的二级水电站。在其上游于1982年修建的三级枣园水电站，装机2×500kW，在其下游于1988年修建的一级长哨水电站，装机2×1250kW。渔洞峡水电站设计年发电量 270万 kWh，装机年利用小时为 5400h。已累计发电达到9000万kWh，已创造直接经济效益2700万元。由于该电站己超过设计使用年限，达到报废期，对其扩机增容改造势在必行。

1.1 机组运行超时老化

该水电站运行时间已40年，因水轮机老化年久失修，长期在40%以下低负荷带病运行，效率低而不稳，水轮机叶轮严重汽蚀，电焊补修几十次，运行中产生震动及噪音十分严重。因此其己无法正常运行，扩机增容刻不容缓。

1.2 水工部分年久失修老化严重

因该水电站全部是明渠引水，由于受修建时的经济技术条件限制，明渠全部盘山而行，渠道修建粗糙，断面形状不规则，渠道糙率较大，引水达不到设计流量。渠线长达7.2km，为梯形土渠断面，其中，石渠为矩形断面，全部渠道均未作防渗处理。特别引水明渠过长且沿途地形复杂，弯道多，跨沟多，路渠交叉多，人为干扰大等，导致年复修费用大，渠水利用系数低，引水流量已无法达到设计流量，汛期水毁严重。

1.3 压力前池需扩容改造

该水电站现前池太小，来水与压力管道成90°进水时，水流条件不好，产生来水在前池中达不到稳定要求，且不符合中华人民共和国行业标准《水电站引水渠道及前池设计规范》SL/T205—97的要求。这是造成该水电站水轮机严重汽蚀的原因之一，对其改造提高也是迫在眉睫。

2 水文分析

对该水电站进行科学的水文分析计算，以利充分利用河流水力资源，选择合理的水轮发电机组，达到投资最少，效益最高的经济目的。

2.1 多年平均年径流量

采用《商洛地区实用水文手册》图表，查得项目流域重心处多年平均年径流为300mm，年径流变差系数为0.5，采用Cs=2Cv，查皮Ⅲ曲线，得设计频率的模拟系数，计算得出工程引水枢纽处的设计年径流量。

多年平均年径流量，采用中央广播电视大学《水力学》（3-1）公式计算：

式中F为流域面积=1030km2Y为径流深=300mm

2.2 设计年径流量

采用《商洛地区水文手册》提供的经验公式及参数计算。查《商洛地区实用水文手册》图表，项目流域重心处多年平均年径流深为300mm，年径流深变差系数为0.5。采用Cs=2Cv，查皮Ⅲ曲线，得设计频率的模比系数，计算得工程引水枢纽处的设计年径流量，计算结果见表1。

2.3 设计年径流量的年内分配

青泥湾水文站与鱼洞峡同是乾佑河流域,在鱼洞峡水电站的下游10km处,流域面积与本工程取水口流域面积相差超过20%，不符合有关规范要求。为了安全起见，选用年径流深法计算结果，仅采用参证站青泥湾水文站典型年径流量的年内分配比例，进行本水电站工程引水枢纽处设计日均流量计年，结果见表2。

表1 鱼洞峡水电站引水枢纽处设计年径流量表

表2 渔洞峡水电站匀日均流量计算成果表

2.4 设计日均流量

采用《商洛地区实用水文手册》以下方法分别计算，对其计算结果综合比较、分析确定采用值：

经验公式法

利用《商洛地区实用水文手册》提供的流域代表日均流量并按计算方法、参数计算。依青泥湾水文站日均流量保证率统计曲线，其资料年限为1967—2003年。

水文比拟法

将流域代表站青泥湾水文站实测流量资料1967—2003年实测日均流量予以统计分析，推求坝址处日均流量。

已成电站的比照法

比照本流域内已成电站装机规模，实际运行等因素，综合水文计算结果，综合考虑分析拟定工程日均流量。

本工程所在河流乾佑河镇安县境内上游有己运行29年的枣园水电站，其装机设计流量为4.5m3/s，年均运行装机千瓦利用小时为4600小时以上。下游己运行23年的长哨水电站，设计流量为8m3/s，年均运行装机千瓦利用小时为4500小时以上。以上两座水电站其设计年发电量均达到或超过设计生产能力。

根据渔洞峡水电站直接引用枣园水电站退水运行十多年的实际看，由于枣园水电站地处渔洞峡水电站同河流的上游15km，流域面积比渔洞峡水电站少50km2。运行十多年来,年装机千瓦利用小时普遍在4600小时以上，均超过设计年装机千瓦利用小时4200小时， 经济效益十分可观。经应用多种方案进行比较，采用枣园水电站退水流量是可行的。

3 扩机增容改造方案

3.1 原水头不变，扩大隧洞引水渠断面，提高引水流量

因现渠道比降为1/2000，比降很小，且机房尾水位受下游绵湖公园湖水位限制，现23M水头再无法增加。将现引水明渠过流量 3.2m3/s，设计为4.5m3/s隧洞引水，增加引水流量1.3m3/s，与上游枣园水电站引水流量相同；将现压力前池30m3，扩建为 150m3。其地形地质条件及其他对扩建前池条件均具备。

3.2 机组型号选择

选择HL系列水轮发电机组，查表3-2得知，80%保证流量为2.38m3/s。应用保证出力计算公式：

式中：A=8（传动系数）

N=0.95（渠水利用系数）

Q=2.38M3/S（80%保证流量）

H=23M（净水头）

计算得80%流量时，保证出力为：N=416kW

渔洞峡水电站装机容量主要依据水能计算结果和中华人民共和国国家标准《小型水力发电站设计规范》GB50071-2002规定，并根据该工程的实际情况和建设方的设想确定。

本工程水电站保证出力N=416kW，根据水电站装机容量和保证出力按 P=80%保证出力的1.5倍初拟单机容量为630kW。此外，另备用一台为630kW。

初选HL260-WJ-84水轮发电机组两台，SFW630-14/1430发电机两台，为400V低压出线（镇安县甘岔河流域梯级开发的杨泗栗扎二级2×800千瓦装机水电站，采用400V低压发电机组。这是该县第一座低压发电机组，己成功运行8年，减少了副厂房以及高压控制电气设备，减少投资200多万元）。

初步拟定本工程水电站装机容量为2×630 kW，总装机为1260kW。比装机增容改造前的500kW增加760kW。且选择双机组是为充分利用水能资源的最佳方案。

查取 “装机容量 ～年利用小时关系曲线”可知：当电站装机容量为N=1260kW时，年利用小时t=4500h，在要求的t=4000-6000h范围内，多年平均年发电量为E=567×104kWh。

4 扩机增容改造的可行性

4.1 得天独厚的地理条件及资源优势

由于该水电站地处镇安县新城区，曾是镇安县第一批农村初级电气化试点县和第四批农村电气化县的骨干电源电站及“十一五”镇安县全国农村水电县建设的骨干电源电站。因此，极有必要对该电站进行重点技术改造，增加引用流量、扩大发电装机。

该水电站建造于上世纪七十年代，由于受当时的经济和技术条件限制，水资源利用不充分，装机小，又是单机，造成河流水资源长期得不到充分利用。利用枣园水电站4.5m3/s退水流量，长度3.6km长的安全高效引水隧洞，以及23m的净水头，可以保证优越的资源条件，使装机增容改造十分可行。

该水电站现引水渠道总长为7.2km，全部为明渠，渠道过长，且为土渠或未作防渗处理的石渠，既引水未达到设计流量，又渗漏严重。新的设计方案将7.2km明渠，全部改为3.6km的隧洞，将引水渠道长度减少一半。渠线短，且为直线隧洞，可极大的改变引水条件。发电引水隧洞具有引水安全，渗漏少，引水流量高，可大大的提高渠水利用系数。

根据勘测资料显示，该水电站新建引水隧洞，轴线所经地段地质较好，为灰色石灰岩，岩石较完整，无断裂带，无不良地质结构，施工条件好。工程建成后可保证运行安全，渗漏少，人为干扰少，具有增加装机提高发电量的优越条件。

因该工程地处乾佑河沿线的永乐镇和回龙镇，该两镇又是县经济及工业发展中心，地处西康铁路、西康高速公路沿线，交通方便，隧洞施工中的石碴，可就近加工为砼骨料出售，变废为宝，既可保护环境，又可实现较可观的经济收入，大大降低工程造价。

4.2 扩大引水流量，增加装机容量，技术上的可行性

渔洞峡电站改造方案中，采用引水隧洞后，引水渠长度为3.6km，比原渠道长度缩短一半，符合中华人民共和国电力行业标准DU/T5195—2004《水工隧洞设计规范》要求。同时，可将原1×500kW装机，改造后设计为2×630kW装机，增加装机760kW，年增加发电量342万kWh，可增加发电经济效益102.6万元。年总发电量为567×104kWh，这是增容扩机改造前年发电量的2.1倍，因此，电费收入是增容扩机改造前的2.1倍。该电站年电费收入170万元，加上优越的地理条件和电能资源优势，从事其他多种经营收入，年总收入可达270万元，经济效益十分看好。

4.3 部分水工建筑物的更新改造方案

该水电站现前池容积较小，只有30M3，且不符合中华人民共和国行业标准《水电站引水渠道及前池设计规范》SL/T205—97的4.1.4的要求，需扩建改造，增加容积，特别是引水渠道与压力前池的连接段，在平面上应两边对称扩展，其扩展角应为12°以内，改变现前池与渠道连接不合格段。

4.4 装机容量的确定

根据乾佑河青泥湾水文站水文实测资料分析。该河口常流量为4.9m3/s，枯水流量为3.5 m3/s。又根据本水电站下游5km处的长哨水电站，引水流量为8m3/s，且已运行21年，装机千瓦年利用小时己达4500小时以上，机组引水发电流量运行正常，符合设计要求。上游枣园水电站引水流量4.5m3/s，且该水电站己运行29年，装机千瓦年利用小时己达4600小时以上。依据该河流梯级运行水电站装机容量的实际，应用该流域青泥湾水文站水文条件分析计算结果，渔洞峡水电站直采用2×630千瓦装机是合理的、可行的。

5 效益分析

5.1 经济效益

根据中华人民共和国国国家标准《小型水力发电站设计规范》GB50071-2002，结合目前当地建筑材料市场价格估算可知，改造后单位千瓦投资1.05万元，总投资1200万元，年运行收入170万元，加上其他多种经营收入，年经济收入在270万元以上。7年就可以收回全部投资，效益十分可观。与该县其它己建成的水电站投资相比较，是装机投资最少、投资回收年限最短的水电站。

5.2 社会效益

因该水电站引水明渠沿线人口多、地方农村建设工程多，不但减少了对沿线地方群众生产生活的影响，并将引水明渠改为隧洞，将给沿线居民营造安全生存环境，也有助于沿线农村经济的快速发展。

6 结语

渔洞峡水电站是镇安县全国笫－批农村电气化县骨干电源工程，为当地经济发展作出了重要贡献。 由于该电站有着得天独厚的地理条件和增容扩机的资源优势，增容扩机技术上不但可行，而且经济效益和社会效益十分显著。由于当地经济高速发展对电力需求每年以12%的速度增长，工程建设资金也已落实,开工建设各方面条件已具备，建议尽快开工修建。

[1]李国庆，《水力学》[M].北京：中央广播电视大学出版社，2001.

[2]毕绳武，《商洛地区实用水文手册》，1986.

[3]陈徳新，《水轮机.水泵及辅助设备》[M].北京：中央广播电视大学出版社，2000.