墙夼水电站技术更新改造效果浅析

李继业

(诸城市墙夼水库管理局，山东 诸城　262200)



墙夼水电站技术更新改造效果浅析

李继业

(诸城市墙夼水库管理局，山东 诸城262200)

【摘要】墙夼水电站在土建不动的情况下，变更水电站的设计工况，更改发电模式，增加了容量，提高了水的利用率和供电质量，保证了安全生产，降低了生产费用,产生了显著的经济效益和社会效益。

【关键词】墙夼水电站；更新改造；效果

1　工程概况

墙夼水电站位于山东省诸城市枳沟镇墙夼村西南、墙夼水库放水洞后。墙夼电站由钢筋混凝土压力输水管道、厂房和输变电设施组成。主厂房内设ZDJ-LH-80水轮机，配套TSN85/8型250kW和200kW发电机各2台，配电间布置低压配电盘11面、高压配电盘4面。主变压器型号SJL-560-0.4,露天布置。设计水头7.16m，设计流量12.48m3/s，总装机4台，装机容量900kW，多年平均发电量65.99万kW·h。墙夼水电站是墙夼水库枢纽工程之一，是一座以灌溉、放水发电为主，调洪弃水发电为辅的坝后式水电站。

墙夼水电站建于1975年，多年来，电站长期处于低水头运行状态，无法发挥最优工况，同时，由于年久老化，电站存在水轮机转轮和转轮室汽蚀腐烂严重、发电机绝缘等级下降、变压器效率低损耗大、各类开关设施控制不灵等问题，迫切需要进行技术更新改造。

2　技术更新改造方案

2004年，水电站更换4台320kW电机、低压控制保护系统、2台800kva变压器；将水电站发电模式由原来的以灌溉、发电为主，调整为以调洪弃水发电为主的模式；提高水电站设计水头，解决转轮室汽蚀破埙问题，加装微电脑自动化控制。

2.1水电站水头的确定

最大水头为: Hmax=Z上max-Z下min-Δh损。其中：Z上max取水库正常蓄水位98.50m；Z下min=86.00m;Δh损=0.75m。

则电站最大水头为:Hmax=98.5-86-0.75=11.75m；电站最小水头为：Hmin=Z上min-Z下max-Δh损。

由于该设计以调洪弃水、发电为主，同时又要保证灌溉用水的需要，因此，弃水时，上游最低水位Z上min=97.00m，即97.00m以下不再调洪弃水。同样，下游最高尾水位取Z下max=86m，则电站最低水头为Hmin=97-86-0.75=10.25m，则电站的平均水头为H=(Hmax+Hmin)/2=(11.75-10.25)/2=11.00m，电站的设计水头H设按坝后式电站取为：H设=0.95h，则H设=0.95×11.00=10.50m。

2.2设计流量的确定

为尽量满足灌溉需要，最大灌溉流量20m3/s，同时考虑定型产品的技术数据，确定水电站设计流量Q设=4.03×4=16.12m3/s。

2.3装机容量的确定

a.机组性能分析。原水轮机型号为ZDJI-LH-80型，转轮叶片安装角度5°，电站原设计水头7.16m，现设计水头10.50m。现水轮机型号为ZD560a-LH-80型，机组性能用厂家提供的《水轮机主要性能配套表》查算，水轮机在水头10.50m情况下，水电站装机容量要加大。方案一：转轮叶片装置角度5°,单机装机容量200kW。方案二：转轮叶片装置角度10°,单机装机容量250kW。方案三：转轮叶片装置角度15°,单机装机容量320kW。

装机容量代表电站规模的大小和拥有的工作能力，装机容量必须大于保证出力。装机容量的确定除了调节流量外，还应考虑以下因素：ⓐ并网运行，在电网中水电站容量比重极小；ⓑ以弃水发电为主，尽量保证灌溉水量，灌区设计流量20m3/s ；ⓒ电站现装机组及其附属设备。

为尽量保证灌溉用水量需要，同时考虑水资源得到充分利用，经论证第三个方案最为经济合理，即：水轮机转轮叶片装置角改装为15°,发电机更换为320kW，水电站装机容量为4×320kW =1280kW。

水轮机各项参数如下：

水轮机型号为ZD560a-LH-80；叶片装置转角15°；水头H=7.7-12.5m；流量Q=2.91-4.18m3/s；转速n=600r/min；功率N=178-435kW；效率η=84%。

与水轮机相匹配的发电机各项参数如下：

发电机型号为SF320-10/850；额定功率320kW；额定电压400V；额定电流577A；额定转速600r/min；额定频率50Hz。

b.励磁系统。发电机励磁系统采用同轴无刷励磁。消除了发电机中易引起麻烦的碳刷和集电环结构，取消了碳刷火花可能导致的一些事故，避免了碳刷粉末落入电机内部，同时它的调幅范围大，能合理分配无功负荷，具有可靠的稳定性，其参数如下：励磁电压44V，励磁电流161A。

c.配电盘。更换与发动机容量相匹配的开关、仪表和仪器，采用结构紧凑、保护、控制三合一的配电屏。具有操作方便、占地面积小、保护完备等优点。

d.变压器。将原装2台SJL-560型变压器更换为2台800kva节能型变压器。

2.4水轮机汽蚀处理

水轮机室汽蚀非常严重，汽蚀面积达100%，深度为2～3cm。经论证采用环氧树脂掺加铁粉处理，并经多次试验后，确定配合如下。

a.基底锈蚀处理。乙二胺∶邻苯二甲酸∶丁酯∶甲苯∶铁粉=1.5∶2∶1.5∶15∶20。

首先用电动砂轮机和钢刷，把接触面去锈刨净，再用喷灯把接触面烘干，然后把调和好的环氧树脂按原型抹上，待凝固后，用软轴砂轮机按线型要求磨光。

b.处理层表面处理。乙二胺∶邻苯二甲酸∶丁酯∶甲苯=1.5∶2∶1.5∶1.5。

按上述比例在表面涂上一层。

采用上述办法处理修补后，在10年运行中，经3次检查，效果很好。

3　效益分析

通过改造，改变了水电站设计水头，优化了运行工况，增加了水能，实现了水轮发电机组大幅度增容。装机容量由900kW提高到1280kW，增容幅度达40%，超过28%的国内技改最高增幅，其合理性及增幅均居国内先进水平。在水电站控制系统中加装微电脑自动化控制系统，提高了机组运行的可靠性，减少了操作失误，降低了劳动强度，精减了管理人员，节约了管理费用。通过发动职工集资入股，提高了职工的工作积极性，增强了责任感，解决了单位无钱改造的难题。

自2004年5月改造至2014年5月，运行11年，共发电2177.80 万kW，由改造前年均发电量64.99万kW增加到年均发电197.98万kW，增加了132.99万kW；每千瓦时耗水由原来的75m3下降到52.50m3，耗水率下降30%；水电站生产人员由原来的15人减少到6人，年节约费用20多万元，电费纯收入达560多万元,取得了巨大的社会效益和经济效益。2007年被山东省人民政府评为山东省科技进步三等奖。

4　结　语

墙夼水电站技术更新改造，在不动土建的情况下，引进新产品，变更水电站的设计工况，调整了发电模式，实现了各类用水模式的统筹兼顾；通过对水轮机转轮叶片装置角度进行比对优选，增加了发电机组装机容量，提高了水的利用率和发电量；采用发电机励磁、准同期并网、电压电流保护三合一控制屏，提高了发电机组的运行安全可靠性，为同类项目改造提供了可借鉴经验。

参考文献

李飞.山东省农村水电增效扩容改造实施经验[J].山东水利，2013(12):31.

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.07.015

中图分类号：TV742

文献标识码：B

文章编号：1673-8241(2016)07- 0046- 03

Analysis on technology upgrading and transformation in Qiangkuang Hydropower Station

LI Jiye

(ZhuchengQiangkuangReservoirAdministration,Zhucheng262200,China)

Abstract:Qiangkuang Hydropower Station changes the design working condition of hydropower station, and modifies power generation mode under the premise of keeping civil engineering constant, thereby increasing the capacity, increasing the utilization rate of water and power supply quality, ensuring safe production, reducing production cost as well as producing remarkable economic benefits and social benefits.

Key words:Qiangkuang Hydropower Station; upgrading and transformation; effect