关山水电站增效扩容改造

2015-02-24韦光林

小水电 2015年4期

关键词：关山水轮水轮机

韦光林

(安顺市水利水电勘测设计院，贵州?安顺?561000)

关山水电站增效扩容改造

韦光林

(安顺市水利水电勘测设计院，贵州?安顺?561000)

1 概述

关山水电站位于贵州省镇宁县，所在河流为清水河的主源——呀哑河(又称坐马河)，其发源于革利乡东北的大岩脚，河源分水岭高程为1 678 m左右。河流由东北向西南流经老寨、罗家弯转向南流，于菠萝寨接纳由北而来的水淹坝河后，再转向西南流经呀哑、新寨、纳磨、桥边等地，沿途多有地下水补给，在坝扛附近与右源呀哑河汇合后称清水河(1987年3月在呀哑河上建成关山水电站，通过裁弯取直引水至清水河发电，使两源的实际汇合口下移约3 km至关山水电站厂房处)。清水河发源处河床高程1 100 m左右，主河道全长135.7 km，总落差1 340 m,流域集水面积2 049 km2。电站厂址位于引水坝址下游约1 km处的左岸关山寨子处，厂址与坝址处区间集水面积约1.4 km2，厂址处河床高程为903.0 m。

2 现状与评价

关山水电站坝址以上集水面积为374 km2，其中地表集水面积105 km2，坝址实测枯水流量1.48 m3/s。电站已运行20多年，运行较为平稳；据统计，实际多年平均发电量约为1 960万kW·h。从电站目前装机与来水量相比，装机容量偏于保守，丰水期除电站可满足外，还有部分弃水。

2.1 水轮机主要性能参数和电站实际不符

在我国建国初期所编制的水轮机模型的转轮型谱中，能够进行选择的转轮机型号偏少，而大多数的小型水电站在设计时只能采用相似的转轮参数进行设计，往往导致水轮机的主要性能参数与电站实际运行参数不符的问题。同时，由于设计单位的水平不足或相关部门重视的程度不够，也造成了在一些小水电站中出现了额定转速、额定水头、水轮机转轮直径选择不当，主要性能参数与实际参数不符的问题。

随着近年来国家对水利工作的重视，各地的中小水库陆续进行了加固、扩建等工程，造成水库的运行水位与最初设计不一致的情况也较为常见。而关山水电站增效扩容改造工程水力机械设备主要包括水轮机及其附属设备、水轮发电机及其附属设备、水力机组辅助设备，以现在的技术条件，可优选到较合适的设备，通过优选后确定水轮机为2台HLA801—WJ—67，水轮发电机为2台SFW2500—6/1430，调速器为2台LYWT—PLC—1000。

2.2 转定子绝缘老化和烧瓦问题

由于水轮发电机组已运行多年，定转子的绝缘老化现象非常严重，超过了规定的使用寿命，不但容易出现接地故障现象，还对机组的安全运行造成严重的威胁；并且由于轴承的制造和安装的水平比较低，更导致了推力轴承的安全可靠性能不高，使得烧瓦事故常常发生，因而应更新改造。

2.3 水轮机存在质量差和技术落后的问题

我国从1960年开始颁布的一系列型号的水轮机目前仍有一些小型水电站在使用。这些水轮机转轮技术水平大多都比较陈旧，效率、转速以及流量等主要性能指标相对较低。同时，由于这些水轮机的安全可靠性、制造质量也相对较差，这就造成水轮机发电效率低，而且在对这些水轮机进行修理时会造成大量财力、人力的浪费。

2.4 电气设备和水轮机之间不配套的问题

在水电站中，由于电气设备和水轮机并不配套，使得发电机额定容量和水轮机的输出功率并不相符。如容量大于输出功率，则导致了水电站的设计效率受到限制，在发电时会出现不正常的弃水现象；如容量小于输出功率，则既加大了水轮机运行的损耗，又浪费了发电机的容量。

3 增效扩容的必要性

3.1 河流规划及上下游梯级电站的衔接情况

关山水电站的特殊位置决定了其形式的特殊性，即为引水式水力发电站，通过修建取水坝引水，经过暗渠、引水隧洞、压力前池，再由压力管道引至六志河与呀哑河交汇处右岸，然后修建厂房发电。该电站为呀哑河支流上规划建设的1座电站，其上游为村寨及农田，下游为与六志河汇合后的红辣河。而红辣河规划主要是对其干流上未建设的落务、八大、乐云、板岩电站和已建的落凹、发艾、安定、翁元进行水能资源开发，确定其开发方式及规模，其上游六志河及呀哑河维持原规划建设4座引水式电站，六志河为下河头、六志、弄贯3座，呀哑河为关山1座。由于支流上的电站均为无调节引水式电站，且各电站相距较远，上、下游水位无连接关系，故电站改造不会影响上下游的梯级电站。

3.2 必要性

关山水电站自1987年并网发电运行至今，历经了我国从计划经济到市场经济的转轨过程。电站在区域电网中的作用不容小视，担负着区域电网负荷供电的重任。电站目前装机容量与来水量相比，装机容量设计偏于保守，特别是在丰水期有大量弃水(每年的5—10月，全年降水的70%～80%多集中在此期间)。

4 增效扩容改造主要形式

4.1 明确增效扩容改造设计方案

经复核分析计算，关山水电站增效扩容改造后，引水坝坝高满足现行防洪标准抗洪要求，取水口能满足取水流量要求，引水暗渠及隧洞通过改造后能满足过流量要求，前池能满足调节水量要求，压力管道增大流速后可满足过流要求，厂房尺寸能满足改造后机组安装运行要求。经方案分析比选，本次增效扩容改造主要内容是对引水暗渠及隧洞进行抹面降糙，对水轮机、发电机、变电设备及相应辅助设备设施进行更新改造，对蝶阀、闸门、启闭机、拦污栅等金属结构设备进行更换，对电站厂房进行维修改造，完善管理设施，增设必要的工情及水情监测设施。关山水电站增效扩容改造后，总装机容量为2×2 500 kW，设计年保证出力(保证率P=90%)760 万kW，年发电量2 430 万kW·h，年利用小时数4 860 h。具体应遵循以下几点要求：

(1)在原有建筑物能安全或经适当处理后能安全运行的情况下，尽可能利用原有建筑物，减少拆除重建重复投资，充分利用现有资源。

(2)对动力引水渠道进行改造降糙，使渠道、前池运行水深小于原设计运行水深，保证渠道、前池能安全运行，减少工程建设投资。

(3)对水轮发电机组及附属设备不进行打包集中采购，采取分散配置采购，优选各专业化较优的设备进行匹配组合，使各设备在高效率区运行，减小资源损耗。

(4)在不改变原主厂房尺寸、结构的情况下，调整水轮发电机组及附属设备布置，改变其常规布置模式，以满足运行管理空间和检修的要求；在副厂房内安装现行自动化管理设施设备，以满足自动化管理运行要求。

4.2 机组增容改造方式

由于水轮机与发电机是在两个不同的范围之中，而且各自的技术发展也各不相同；并且，由于水轮机在水轮发电机组中起到了原动机的功能，因而水轮机对机组运行效率的影响比发电机更加明显。本次工程设计主要是增效扩容改造，选择装机容量时，应在复核原有水能资源的情况下，结合现有水工建筑物的尺寸，考虑装机容量保证出力、年利用小时数的关系，同时结合负荷、经济状况及河流径流特性(主要在汛期发电)等综合因素确定。