荣丁水电站枢纽设计优化分析

邹书江

(贵州华水建设项目管理有限公司，贵阳550001)

荣丁水电站位于册亨县东南部秧坝河上，水电站坝址及厂址均位于双江镇荣丁村，距荣丁村约800 m，距双江镇11 km，双江镇距册亨县城58 km。电站装机2 ×1 600 kW，现在水电站的年发电量为926.9 万kW·h，年利用小时2 896.6 h，规划水平年年发电量1 044.7 万kW·h，年利用3 264.8 h，经济效益显著。

1 工程概况

本电站工程枢纽由水库大坝、明渠、压力前池、压力钢管、厂房、升压站组成。由坝址比选可知，下坝线为推荐坝线。荣丁电站拟建于秧坝河中下游河段上，厂址在坝址下游约300m 河床开阔处。本站是根据“贵州省册亨县初级农村电气化规划”，“贵州省册亨县小水电代燃料生态工程规划”、册亨县电网现状及规划开发的电站，荣丁电站由一低坝经引水渠道引水至压力前池后，再经压力钢管引水至厂房，电站引水式电站，无调节水库。

根据地形、地质条件，结合渠线和前池以及压力钢管的布置，且在河道右岸距坝约300 m处有一宽敞的平地，厂房、升压站的布置并不会束窄原河床，荣丁水电站输水系统及厂房布置在右岸较为经济，因此本电站总体布置方案相对简单、明显，其总体布置方案为:在距荣丁村约800 m的河段处建坝，沿右岸修建228 m明渠至压力前池，经压力钢管到厂房。由于厂房处河谷宽敞，因此根据地形条件将开关站布置在厂房左侧接进厂公路。

2 水电站枢纽设计优化

2.1 设计依据

设计人员在进行枢纽设计中，应参考相关设计文件，对水电站的各项设备进行优化，如水轮机的基本条件，水力发电厂机电设计的技术规范，辅助机械的设计，采暖通风的注意事项。在设计反击式水轮机空蚀评定时，要遵守GB/T15469—1995 的相关条例;应用水力发电厂自动化设计技术，要遵守DL/T5081—1997 的相关规范。并确保水电站的采暖与空气调节设计规范，符合相关施工和验收标准。

2.2 水力机械的优化设计

2.2.1 水轮机额定水头

水电站为径流引水式电站，装机容量为3 200 kW，电站设计净水头H max=38.2 m，H min=30.3 m，Hr =35 m，根据现有水头段模型转轮资料，使设计更加优化，该水头范围内，可选轴流和混流式水轮机。根据枢纽布置，本站为引水式电站，岸边地面厂房布置。为减少厂房开挖，应选择空蚀系数小、能量指标高、在国内生产并经运行考验的水轮机机型。本站引水从压力前池引水，为径流引水式电站，水头范围30.3 ～38.2 m，最大与最小水头相差7.7 m，变化不大，水头属中、低水头。从电站运行方式稳定性及建设经济性，综合考虑本站水轮机额定水头确定为34.0 m。

2.2.2 水轮机参数及轮转型式

轴流式具有在各种工况下，稳定、高效运行的优点，但是，由于其结构复杂、造价高、汽蚀系数大的缺点对机组投资不利，对于本电站来说水头变化不大，轴流式并不经济。因此确定本阶段比选方案的为混流式转轮，目前适合本站水头段，能量指标较高的混流式水轮机转轮型号及模型转轮参数见表1。

表1 水轮机模型参数比较表

分析表1 模型参数:F13 为富春江水电设备总厂研制的转轮，用于本电站，经计算转轮直径为0.82 m，为4个转轮中最小，额定点效率为90.7%也较高，但空蚀系数0.19 是4个机组中最大的，空蚀性能为4个机组中最差的，安装高程较低，厂房开挖量大，故不推荐;A551、A551C、A209 均为哈尔滨大电机研究所研制的转轮，在额定点效率A551C、A209 均为89.5%，效率较低，对机组运行不利，从长期运行来看不经济，故不推荐;综合比较，HLA551 型转轮虽然其转轮直径较F13 大，为0.84 m，但机组空蚀系数为0.14，为4 种转轮种最小的，允许吸出高度最大为3.01 m，安装高程最高，有利于减少厂房开挖量、节省投资，而且在额定工况下的效率为90.9%，为四种转轮种最高，作为长期运行来说，有着明显的优势，而且在已运行的电站看来，这种转轮的运行效果很好，因此此阶段选用A551 转轮方案较为合理［1］。

2.3 辅助机械设计

2.3.1 调速器与进水阀门

水电站的最大水头为Hmax =38.2 m，对应的流量为 Q = 5.56 m3/s，经计算调速功为 A =719 kg·m。所以调速器的选择上，选用调速功为1 000 kg·m的高油压调速器。选用型号为YWT—1000。按规范要求，荣丁水电站为一管双机引水系统，其进水主阀门应设置在蜗壳前，以防机组飞逸，由于本站水头属于中低水头，主阀可选用电动蝴蝶阀，直径根据引水岔管直径确定，为DN1400，型号D941X—6—φ1400。

2.3.2 油、气、水系统

在水电站枢纽设计中，油系统由于绝缘油和透平油的使用添加量不多，且机组台数少，用油量少，因此不单独设置绝缘油系统和透平油系统，采用人工补助法。设置一台真空压力滤油机，型号为ZJB3KY。

由于本电站机组容量小，机组台数不多，用气量少，主要用于维护及检修的吹扫用气、拦污栅吹扫用气，故不再设置压缩空气系统，为满足机组用气需要，为本站配置2 台移动式低压空气压缩机。

本电站水力量测系统具有较高的自动化水平，采用了计算机监控，因此绝大部分水力监测项目及水轮机参数均可传送至计算机。根据规范要求，采用自流供水方式，本站自流供水能满足要求，因此本电站采用压力钢管取水自流供水方式供机组、消防及生活用水。在消防用水方面，厂内设Φ100 消防供水总管，主厂房选用SN12 －50，Pg =1.5MPa 消火栓2 台，通过水泵、消防水池供给，消防水池容积为60 m3。

2.4 采暖通风设计

荣丁水电站厂区属高原热带温凉湿润气候，四季较分明，冬暖夏凉。年平均气温19.2 ℃，最冷月一月平均气温10.1 ℃，最热月七月平均气温26.1 ℃。由于厂内无人值班，电站规模也不大，因此只对人员相对集中的副厂房中控室等房间采用局部空调，设备为分体式空调机。主厂房上、下游墙可大面积开窗，主厂房基本上为一层布置，因此主厂房通风可通过发布机层门窗，自然进、出风。空气流通效果好。由于冬季室外空气进入厂房后均可以达到10 ℃以上，因此厂内不必专设采暖系统，也不必利用发电机放热风采暖。因此，厂房内不设采暖系统，通风采用自然通风为主，局部空调和局部机械式排风为辅的通风方式，并在水轮机层设置一定数量的移动式机械除湿机。

［1］杨康. 滚弄水电站枢纽X 型宽尾墩消能系统的应用研究［D］. 西安:西北农林科技大学，2013.