喀左县郭台子电站增效扩容效益分析

高 建

(喀左县凌河保护区管理局，辽宁 朝阳 122300)

水电站技术

喀左县郭台子电站增效扩容效益分析

高 建

(喀左县凌河保护区管理局，辽宁 朝阳 122300)

本文以喀左县郭台子电站增效扩容工程为例，通过对电站运行效益及电站现状进行分析，论证了增效扩容的必要性和可行性。结果表明：郭台子电站增效扩容工程技术可行、经济高效，工程实施可获得良好的经济效益和社会效益。

郭台子电站；增效扩容；效益；分析

郭台子水库电站建于1989年，经过20余年运行及环境作用，电站机电设备老化，汽蚀严重，机组长期出力不足，安全事故常有发生，停机维修时间长，致使部分水能资源长期被浪费，时常发生安全事故。因此，郭台子水电站增效扩容十分必要。

1 工程概况

郭台子电站位于喀左县白塔子镇蒿桑河支流上，地处松辽流域大凌河水系蒿桑河支流。郭台子电站由大坝加压力钢管引水至机组发电，设计利用水头为5～6m，采用轴流定桨式机组，初始装机容量为1×20kW，电站水轮机为ZD-T03-JHY-3型，发电机为SF25-6/423型。采用50kVA升压变压器1台、配电盘2面。

技改工程项目主要包括：对机电设备进行改造，对水轮机、发电机及其辅助设备系统重新选型更换，更换变压器、开关屏柜及配电装置。

2 郭台子水库电站存在的问题

郭台子水库电站由于运行时间长及水库水位下降、疏于管理等原因，电站厂房等主体工程破损严重，出现了门窗丢失、屋面漏雨、墙皮剥落等状况，附属工程中压力钢管严重破坏，电站尾水渠道边墙全部倾覆，主要机电设备中水轮机组性能落后，发电机及变压器老化失修，严重影响机组出力和安全运行。

2.1 水轮发电机组

转轮汽蚀严重，机组喷针漏水严重，喷针和折向器协联不可靠，停机维修时间较多，平水栅锈蚀严重，出力不足；发电机绝缘老化、温度极高。经计算分析，电站机组出力严重不足的主要原因是水轮机转轮汽蚀严重、效率降低，其次是发电机铁芯及线圈老化，发热大，损耗高，导致发电机效率低下。

2.2 调速系统

电站调速系统是20世纪80年代制造的自动调速器，机器型号TT-75，经长期运行，调节功率已不能满足调节要求，且不能实现后台监控操作。

3 水能复核

3.1 洪水计算

郭台子水库流域面积30km2，河流长度8.1km，河道平均比降31.20‰，设计洪水标准50年一遇，校核洪水标准500年一遇。采用1988年《辽宁省中小河流(无资料地区)设计暴雨洪水计算方法》中的“推理公式法”对郭台子水库设计洪水进行复核(成果见表1)。

表1 郭台子水库设计洪水复核成果

3.2 水能复核计算

3.2.1 径流调节

式中F——水库集雨面积，为30km2。

水库多年平均径流年内分配比亦采用建凌站的分析成果。水库上游无特别用水要求。下游灌区农作物以旱作物为主，现采用瓦房店水库设计中的灌溉定额及月分配值。设计年可灌溉面积为F灌=W50%÷310=270×10000÷310=8710亩。

3.2.2 水能计算指标

上游水位计算参考《中小型水库》上册。由各月月末库容计算相邻两月的平均库容后查出相应水位，此水位即是上游发电水位。已建渠道进口高程381.00m,渠道水深0.39m,下游水位381+0.39=381.39m。

3.2.3 水能计算

选用发电机保证率同灌溉保证率(P=50%)。

a.设计年电站水能计算。利用灌溉水量部分进行设计年电站水能计算(见表2)。

由表2可计算出：平均出力N=7MQ，发电量E=N天×发电小时,水头损失很小未计。

b.汛期洪水能量估算。参照水泉沟水库《电站设计》。该地区6月中旬进入汛期，9月中旬为汛末。按汛期机组连续运转计可增加发电运行时间为

t=45×24+45×(24-16)=1440h

c.计算汛期电量。

E=7HQt

=7×5.97×0.6×1440

=36106.56kW·h

表2 设计年电站水能计算

d.计算多年平均发电量。

E=29395.2+36106.56=65501.76kW·h

机组运行天数为

101+45=146d

机组运行小时为

1416+1440=2856h

e.计算多年平均装机容量。

N装=E/t=65501.76/2856=23kW

式中E——多年平均发电量;

t——多年平均运行时间。

3.2.4 水能复核结论

原设计电站装机为1×20kW，多年平均发电量48700kW·h，年利用小时数2435h，额定引用流量1×0.45m3/s，装机规模合理。由此次电站的水能指标复核可见，通过电站相关设备维护及更新，尚有空间对电站扩容，增加电站发电效益。

4 工程任务与规模

4.1 工程等级划分及洪水标准

郭台子电站水能开发主要任务是：利用灌溉水量进行水力发电，装机容量1×23MW。按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL 252—2000)的规定，郭台子电站增效扩容工程枢纽为Ⅳ等4级建筑物(见表3)。

表3 工程等级标准

根据本文水能复核可知，郭台子电站装机及发电量仍有空间增效扩容。此次技改工程选择装机容量为1×23kW，多年平均发电量65501.76kW·h，年利用小时数2856h。

4.2 改造设计与方案选择

4.2.1 特征水头

最大水头6.61m，最小水头5.51m，额定水头6.00m，电站设计引用流量1×0.60m3/s。

4.2.2 改造方案

由于现状水轮发电机组转轮汽蚀严重、机组喷针漏水量大、喷针和折向器协联不可靠、停机维修时间多、发电机绝缘老化、温度极高，已严重影响机组出力。机组已接近折旧年限，已失去更换部件及维修价值。另外，经过水能复核，该电站原有机型ZD661-LMY-40性能参数低，不能满足电站额定水头发足装机容量的要求，尚有扩容空间。因此，改造方案可对水轮发电机组重新选型更换，以达扩容增效目的。

4.2.3 水轮机机型选择

根据水能复核算得的多年平均出力，装机容量为23kW，发电水头为5～6m，流量为0.2～0.6m3/s。此次扩容增效工程推荐机型为：水轮机ZD-T03-JHY-35型,发电机SF25-6/423型。

4.3 改造前后水轮机性能比较

改造后，经过更换水轮机发电机组，水轮机和发电机效率得到提高(见表4)。

表4 改造前后机组性能比较

5 经济效益分析

5.1 电站增效扩容效益分析

发电收入=上网电量×上网电价。

增效扩容工程实施后，郭台子电站正常运行年有效发电量6.60万kW·h，增加年发电量约2.70万kW·h，比技改前3年平均发电量增加达41%。满足农村水电站增效扩容项目初步设计要求。另外，参照类似工程并结合实际情况计算，发电电价0.45元/(kW·h)，正常运行年发电收入2.90万元，比技改前3年平均发电量收入增加1.2万元，增加经济效益约41%。由此可见，在满足电站增效扩容各项指标的基础上，工程实施后不仅可增加效益，更具有节约能源、发挥生态效益等重大社会意义。

5.2 静态计算

郭台子电站原设计装机20kW，设计年发电量57120kW·h，实际最大出力18.4MW，实际年发电量37830.40万kW·h；技改后，郭台子电站装机23kW，多年平均发电量65501.76kW·h。

通过静态计算(见表5)，郭台子电站工程在较短时间便可还本，因此，实施该工程是经济合理、可行的。

表5 郭台子电站增效扩容静态计算

6 结 语

对郭台子电站工程全面技术、经济环境等各项指标的全面论证表明：郭台子电站增效扩容工程技术可行、经济高效，在环境方面无污染，既节能又使水资源得到合理开发利用，工程的实施可获得良好的经济效益和社会效益。

The Synergistic Scale Efficiency Analysis of Guotaizi Power Station in Kazuo County

GAO Jian

(LingRiverProtectionZoneAuthority,KazuoCounty,Chaoyang122300,China)

The article takes the synergistic scale efficiency analysis of Guotaizi Power Station in Kazuo County as an example, demonstrates the necessity and feasibility of synergistic scale by analyzing therunning benefit and current situation of the power station. The result indicates that Guotaizi Power station synergistic scale engineering is technically feasible, economical and efficient, the engineering implementation can achieve well economic benefit and social benefit.

Guotaizi Power Station; synergistic scale; benefit; analysis

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.03.013

TV7

A

1673- 8241(2017)03- 0046- 04