汾河二库水电站生态机组选型设计

靳向波

（山西省汾河二库管理局，山西 太原 030001）

汾河二库水电站生态机组选型设计

靳向波

（山西省汾河二库管理局，山西 太原 030001）

介绍了汾河二库基本情况，为充分利用水资源，提高电站效益，达到生态放水的要求，根据二库调度运行报告，有必要对汾河二库水电站新增生态机组。对水电站新增生态机组的选型设计进行了阐述，可为同类机组设计提供技术参考。

机组选型；水电站；汾河二库

1 工程概况

汾河二库位于太原市尖草坪区与阳曲县交界处玄泉寺附近的汾河干流上，距上游汾河水库80km，距下游太原市区30km，主要拦蓄汾河一库、二库区间流域2348km2的来水，是一座以防洪、供水为主，兼顾发电、旅游、养殖等综合效益的大（二）型水利枢纽工程。大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高88m，总库容1.33亿m3。

水电站位于大坝右岸发电支洞出口，设计流量36.5m3/s，设计水头34.5m。装机容量3×3200kW，装机台数3台，水轮机安装高程853.40m。水电站主厂房总长43.5m，宽12m，高24.07m。屋面梁底高程870.90m，厂房在高程860.20m以上为砖混结构，以下为钢筋混凝土结构。三台发电机组中心间距10m。副厂房位于主厂房上游，总长43.5m，宽7.2m，高13.3m，为3层砖混结构。

根据汾河二库调度运行报告，汾河二库发电调度方式为利用水库工农业供水和汛期水库弃水发电，在来水为保证率以内的供水期，电站的出力应不小于电站的保证出力；在保证率以外的供水期，应尽量减少水电站出力的降低程度。本次新增4号机组设计流量1.5～2.5m3/s，根据汾河二库周出库水量统计资料可以看出，二库放水时间相对集中，放水时流量较大，多在9m3/s左右，完全可满足机组发电流量。

2 生态机组建设必要性

汾河干流最小流量为4.5m3/s，减去晋祠泉域内汾河河道平均渗漏量和汾河二库渗漏，汾河二库长年向下游放水流量约2.0m3/s，为使生态机组适应水库最高水位和最低水位的运行要求，适用流量范围加大，机组流量范围取1.5～2.5m3/s。汾河二库水电站原三台机组于2007年建成并网发电，单机设计流量12.17m3/s，原有机组在1.5～2.5m3/s流量下无法运行发电，致使能源白白浪费，为充分利用水资源，合理利用水能，提高水电站效益，有必要对汾河二库水电站新增一台生态机组，利用小流量发电，同时达到生态放水的要求。

3 机组设计方案

对生态机组进行水能复核后，机组设计流量1.5～2.5m3/s，设计发电水头45.0m，可选用1台水轮机，型号为HLA630-WJ-65，单台机出力795kW；配套发电机型号为SFW800-8/1180，容量800kW。本次新增水力机械设备包括水轮机、发电机、调速器及进水阀等主要设备以及机组辅助系统设备。

3.1 水轮发电机组设备选型

根据复核后本机组设计参数，对水轮发电机组设备进行选型。在运行水头（25～50m）段适合的转轮型号有HLA696和HLA630，经计算，单位转数和单位流量分别对应到两转轮综合特性曲线上，在设计工况下，工作点均位于高效率区内，HLA696转轮对应的效率为93.2%，空化系数为0.07；HLA630转轮对应的效率为93.7%，空化系数为0.07。经综合比较，HLA630的效率较高，本阶段推荐HLA630转轮，型号为HLA630-WJ-65，配套发电机型号为SFW800-8/1180。

3.2 水轮机安装高程确定

经计算，吸出高度为3.78m，水轮机理论安装高程为856.35m，实际安装值856.00m，低于理论计算值，满足要求。

3.3 调节保证计算

通过计算，规范要求压力管道水锤压力上升值允许小于50%，本计算结果为47.1%；规范要求机组速率上升值＜50%的范围内，本计算结果为27.6%。因此本机组调保计算结果满足要求。

3.4 水轮机附属设备复核选型

根据相关公式计算机组调速功为345kg·m，选配BWT-600型微机调速器，经复核容量满足要求。水轮机进水阀门选用电动蝶阀，型号为D941X-6，公称直径1000mm，公称压力1.0MPa。

3.5 电站辅助机械设备

3.5.1 供排水系统

电站用水设备为发电机径向推力轴承冷却器、发电机径向导轴承冷却器及厂内生活用水。由于本电站为中低工作水头，且水库水质较好，技术供水从水轮机蜗壳取水，经自动滤水器后直接接入技术供水管，分别接入各轴承冷却器。各轴承冷却器排水及厂内生活排水、厂房渗漏水均通过排水管直接排入尾水渠。

3.5.2 供气系统

机组制动为调速器油压制动，不设专门的供气设备。吹扫用气接自原电站吹扫管路。

3.5.3 水力监视测量系统

监视测量内容包括水轮机工作水头、蜗壳进口压力、尾水管出口压力、技术供水压力、示流、温度及机组效率等。水电站水力监视测量系统与电站自动化设计相结合，选取与自动化相配套的智能设备，除在现场显示外，还接入计算机监控系统。

3.5.4 起吊设备

电站厂房内原来安装一台30/5t的电动双梁起重机，满足安装要求。

3.6 主要设备布置

根据电站地形条件，电站1台机组布置在原油处理室，水轮发电机组为卧式安装，机组段地面高程855.50m，布置有调速器、水轮机、发电机、机旁屏，水轮机安装高程856.00m，安装间地面高程860.20m。

3.7 电气

该水电站新增机组比选三种接线方式：低压机组方案；高压机组直接并入6.3kV母线Ⅱ段母线方案；高压机组采用单元接线的方式并入35kV变电站母线方案。

3.7.1 接入电力系统方式

本水电站现有上网方式是通过一回35kV专线接入太原市北城110kV变电站35kV母线。本次改造对接入电力系统方式不作改变。

3.7.2 电气主接线比选

电站现有发电机采用6.3kV，设3台发电机组，单机功率3200kW，6.3kV侧采用单母线分段接线形式，分别通过一台8000kVA和一台6300kVA升压变压器升压至35kV接至变电站35kV出线至汾河二库专用变电站后上网。

经综合比较三种方案的优缺点，结合工程实际情况，推荐采用高压机组直接并入6.3kV母线Ⅱ段母线方案。

3.7.3 电气设备选择及设备布置

根据推荐方案的电气主接线，电站需新增设6kV高压开关柜4面，其中高压出线柜1面，励磁变压器柜1面，电压互感器柜1面，电流互感器柜1面。新增的高压设备，选用满足“五防”要求的KYN28型金属封闭开关设备，断路器采用真空开关。其中6kV断路器选用与原设计相同的型号，型号为VS1-12。电站现有电气设备布置分为三部分，即主厂房、副厂房和35kV变电站，本次新增机组的电气设备布置在主、副厂房。在主厂房内发电机旁设置机组LCU控制屏、励磁控制屏和测温制动屏。6kV高压出线柜布置在电站原6kV高压开关室；励磁变压器柜、电压互感器柜和电流互感器柜布置在电站原母线廊道励磁变压器室内。

3.7.4 控制保护通信

依据《电力系统调度自动化设计技术规程》《水电厂计算机监控系统基本技术条件》的规定，为保证电站运行安全、可靠，提高电站运行和管理的自动化水平，电站按“少人值守”设计，采用全计算机监控。监控系统采用全分布开放式网络控制系统。本次新增的发电机组的监控系统采用机组LCU控制屏，信息并入电站原有的综合自动化系统。现地控制单元将信号传送到监控主机，并接受其指令，实现集中自动控制。发电机保护配置过电流保护、过负荷保护、低电压保护等。通信系统采用电站原有方式。

4 结语

水电站机组的选型设计合理与否是实现工程效益的关键，特别是对于流量要求较为恒定、机组运行范围较为特别的生态机组，在选型设计过程中应结合工程特点，选择与电站各项参数相匹配的主机。工程完工后，每年可发电5760h，按上网电价0.275元/kW·h计，年收益可达126万元，项目投资预计在两年内完成回收，在经济上合理可行，对提高水电站效益将起到重要作用。

TV742

C

1004-7042（2016）05-0038-02

靳向波（1977-），男，1996年毕业于山西省水利学校水工建筑专业，工程师。

2016-03-21；

2016-04-26