周公宅水库电站增容技改可行性研究

郑文栋

（宁波市周公宅水库管理局，浙江宁波 315161）

1 工程概况

周公宅水库是一座供水、防洪，结合发电的综合利用大（二）型水利工程。水库建成后,通过与下游的皎口水库联合调度，向宁波市日供优质水源50万m3；水库设置防洪库容2290万m3，通过与皎口水库联合调度并结合其它防洪工程，使下游鄞江流域的防洪标准达到20 a一遇，并结合供水进行发电。

水库工程由拦河坝、泄洪及放空（水）建筑、引水隧洞及发电厂房等主要建筑组成。水库电站引水建筑布置在大皎溪右岸山体中，引水系统由岸坡竖井式进水口、引水隧洞、压力钢管主管、钢岔管、高压钢支管组成。引水道全长约1581 m（闸门井至机组蝶阀）。进水口为2级建筑物，位于大坝上游60 m处，底板高程168 m，进水口前缘设有倾斜布置的拦污栅，经喇叭段和平洞段过渡至闸门井，闸门底槛高程168 m，闸门检修平台高程233.5 m，闸门竖井总高65.5 m，闸门启闭机平台高程241.2 m，设交通桥与右坝头的公路相接。引水隧洞为3级建筑物，采用一坡到底的布置形式，起点中心高程169.5 m，终坡点桩号102.8 m，纵向坡比4.791%。隧洞开挖断面采用平底马蹄形，开挖洞径桩号0＋400前为3.6 m，以后为4 m，开挖底宽2.5 m。根据引水隧洞埋深，地质条件的不同，分别采用3种衬砌型式：不衬砌、喷锚衬砌和钢筋混凝土衬砌。引水隧洞后接压力钢管段。压力钢管段采用1洞2机的布置形式，经副厂房底部与机组前蝶阀相接。水库电站厂房为引水式地面厂房，4级建筑物，位于杜岙村上游约0.2 km处，主厂房内装2台6.3 MW水轮发电机组。

2 原机组参数配置

（1）水轮机（1#，2#机同型号）基本参数。型号 HL（F215）-LJ-95，转轮直径0.95 m，设计水头108 m，最大水头70 m，最小水头6.64 m，设计流量6.64 m3/s，额定转速750 r/min，额定出力6563 kW。

（2）发电机（1#，2#机同型号）基本参数。型号SF6300-8/2600，额定出力6300 kW，额定容量7875 kV·A，额定电压6300 V，额定电流722 A，功率因数0.8，额定转速750 r/min。

（3）调速器（1#，2#机同型号）基本参数。型号 GYT-1800，操作功18 000 N·m，工作压力16 MPa，压力油灌容积NXQAL40/20-A。

3 电站技术改造要求

电站要求在“三不动”（不动原设计水头,不动引水管道,不动土建基础部分）的前提下，采用优质、高效、大流量转轮，对电站2台机组进行增容技改，更换部分零部件，实现滚动发展，以最少的成本，提高1#,2#机组出力。

电站2台机组运行多年，已不能满足电站经济效益的增长和发展的需求，造成水力资源的大量浪费。故电站要求在投入少、产出快，在“三不动”前提下对水轮发电机组进行技术改造，采用国内外领先水平的优秀转轮和先进技术，提高水轮机效率与出力，增加水轮机过流量，使水轮机组更适合于电站的实际情况运行，达到提高发电机出力之扩容目的。

4 水轮机转轮选型

4.1 原机组出力复核（铭牌值）

根据原机组参数，设计水头H＝108 m，额定转速n＝750 r/min,额定出力Ng＝6300 kW，额定出力NT＝6563 kW,转轮直径D1＝0.95 m。计算得出单位转速 n1′＝68.6 r/min，单位流量 Q1′＝0.708 m3/s，水轮机效率 ηT＝0.933 ，发电机效率 ηg＝6300 kW。与实际情况基本吻合。

4.2 新转轮选型及特点

根据电站提供的数据资料和公司现有的转轮资料及多年技术改造经验，依据水轮机改造流道相近似原则，选出HLA630型转轮作为新转轮进行可行性分析。HLA630型转轮是公司引进的优质高效大流量转轮。新转轮的特点：最优工况效率高，为94.7%；效率曲线平坦，高效范围宽，对流量及水头变化的适应性强；空化及能量特性好；过流量大，大流量区效率较高，限制工况时的模型效率＞90%。经初步计算，转轮选型HLA630-LJ-95。

4.3 新旧转轮水力参数比较

（1）设计水头108 m时，新旧转轮的出力比较（理论计算）见表1。

（2）效率换算。经计算得出，在相同水头（108 m）的工况下，由于受早期转轮模型，生产工艺等影响，新转轮的效率比旧转轮高0.7%以上，水轮机出力提高700 kW，增幅11%，发电机理论计算可到6300 kW左右。

5 发电机出力保证

由于发电机一般都按长期超发10%能安全稳定运行设计，6300×110%=6930 kW，故水轮机增容后发电机基本能满足电站发电要求，如遇发电机定子线圈温度稍高，可以更换加大空气冷却器以加强冷却效果来降低定子通风环境温度。

表1 新旧转轮的出力比较

6 调速器校核

由于1#，2#机水轮发电机增容技改后流量与出力均有所增加，需校核调速器调速功，检验结果显示原调速器不能满足水轮机调速功的要求，故调速器需同步技改，型号为GYT-3000。

7 改造措施

（1）设计制造HLA630-LJ-95转轮，转轮叶片采用ZG0Cr13Ni4Mo不锈钢材料，以提高抗汽蚀能力，减小流道摩擦损失。上冠、下环均为铸钢件。叶片通过人工打磨或数控加工成形，并用组合样板严格按照水轮机通流部件技术条件的规定检查。铸焊结构的焊缝进行探伤检查。

（2）制做与新转轮配合的泄水锥。

（3）水轮机原转轮需拉至厂内，使新旧转轮的联轴法兰同心度相同（制造方技术人员至电站现场实测）。

（4）将原GYT-1800调速器更换为GYT-3000微机调速器。

8 改造效益

通过技术改造，更换新转轮，提高水轮机效率和出力，延长水轮机寿命，为电站创造更好的经济效益。电站增容技改投资少、见效快，按平均增容700 kW，年发电 3000 h，上网电价0.3元人民币/kW·h计算，不到一年就可收回投资，回收率高、周期短，是旧电站提高企业经济效益、可操作性强、易于实践的改造捷径。