中型水库坝后式电站技改相关问题探讨——以里畈水库二级电站为例

何正华

(杭州市临安区水利水电局，浙江 杭州 311300)

1 工程概况

里畈水库位于浙江省临安区太湖源镇里畈村，属南苕溪上游，距下游临安城区19.5 km。水库始建于1966年10月，原是1座高50 m,总库容855万m3的小(1)型水库。扩建工程于1993年1月8日展开，1996年1月8日基本完工。扩建后坝高72 m，总库容2 094万m3,是1座以防洪为主，结合灌溉、供水、发电等综合利用的中型水库。

里畈水库由拦河大坝(含坝顶溢洪道)、泄洪发电洞和发电站等组成。大坝为混凝土砌石重力坝，最大坝高72 m，坝顶长265 m，坝顶高程242.0 m，坝顶防浪墙高程242.80 m。

里畈水库扩建后在大坝下游左侧新建里畈二级电站，1997年建成投产，设计水头45.0 m，流量6.76 m3/s，装有2台1 250 kW的卧式混流发电机组,水轮机型号为HLA616—WJ—71，发电机型号为SFW1250—8/1430。二级站厂区主要建筑物有发电引水隧洞、压力钢管、发电厂房、尾水渠、户外开关站和进厂公路等。

2 电站现状

里畈二级电站投产运行多年来，陆续发现了一些问题，因此，2012年委托浙江省水科院对水库大坝进行安全鉴定。经专家分析和相关试验，里畈二级电站存在的主要问题如下：

2.1 发电隧洞闸门及启闭系统存在安全隐患

泄洪发电隧洞进口事故检修闸门门体锈蚀严重、强度不够，需加固和除锈处理；启闭液压系统老化严重，需更新。泄洪发电隧洞出口泄洪工作闸门弧形门体强度不够，需加固除锈处理；启闭液压系统老化严重，需更新。

2.2 水轮机发电机组运行状况差

水轮机发电机组正常运行时，机组振动和噪声偏大，水轮机转轮气蚀严重并造成磨损严重；部分叶片出现裂纹，机组运行不稳定；轴系摆动过大，在实际运行中经常出现水导轴烧毁等事故。

2.3 电气设备老化严重

电站大部分的电气设备陈旧老化，效益低下，损耗量大，属淘汰产品，包括主变压器、厂用变、户内6 kV开关柜缆，直流系统应全部更新。操作台自动化程度低，技术落后，可靠性差，应全部更换为新的计算机监控系统。现保护屏内各类继电器、仪表陈旧，需全部更换为微机型保护装置。厂用电控制屏现状采用PL和PK型屏柜，属淘汰型产品，应全部更换成先进的抽屉柜。

3 技改方案的确定

根据水库安全鉴定时发现的问题，水库管理所于2013年委托设计单位进行专项初步设计。运行单位和设计单位的技术人员着重对水轮发电机组存在的问题进行仔细分析研究，以确定技术改造方案。

3.1 水轮机额定水头选取

目前，电站水轮机组运行状况差，效率低及转轮气蚀严重和机组运行工况有直接关系，而机组的额定水头选取最关键。

根据电站实际运行统计，里畈水库上游水位在223.0～236.73 m之间，电站正常发电水位为228～232 m的时候机组运行时间较长，所以机组额定水头应在50.7～54.7 m间选取，故选取平均水头为52.7 m。根据电站引水系统，复算电站在2台机组满发时引水系统水头损失为1.52 m；故本次改造推荐机组额定水头Hr=51 m；所以电站原机组设计水头为45 m是不合理的。

复核机组最大水头与额定水头比为Hmax/Hr=1.16，最小水头与额定水头比为Hmin/Hr=0.9，均符合机组选型要求。

3.2 水轮机组改造方案

本次电站技术改造不改变厂房水轮机发动机组基本布置，不更换机组进水弯管及尾水管等机组处理件，故新转轮的选择应尽量与原机组部件相配套。在不增加电站引用流量的条件下，通过更换高效率新型转轮，与电站实际运行工况相匹配，提高电站机组的出力能力，达到或超过电站原装机设计要求，改善水轮机转轮气蚀与机组振动，减少机组运行噪声等问题；并通过改进水轮发动机组结构设计，彻底消除原水导轴承烧毁等事故现象，减少机组的检修和维护强度，使电站获得最大的发电效益。

从本工程的实际运行情况看，适合于机组改造的转轮有HLA743及HLA696两种型号，选用HLA696转轮在额定水头51.0 m时与原机组的性能比较如下所示(见表1)。

表1 HLA696改造方案与原机组的性能比较

经对比计算，选择HLA696—71转轮可满足技术改造要求。本次改造后转轮允许吸出高度为3.73 m，抗气蚀余量大，机组工况优，其他各项性能均优于改造前机组。

3.3 发电机组改造方案

根据水轮机出力要求及当前水轮发动机组制造水平，要求改造后发电机额定效率不得低于94%；另外为方便机组的检修和维护，将整个机组由三支点改为两支点；因此需要更换全部发动机组，包括机组机座、定子装配、轴承装配等所有机组零部件，发电机采用国内成熟产品SFW1250—8/1480。

电站其他方面的技改包括电气设备改造、升压站改造、输电线路改造以及闸门门体及液压启闭系统改造。

4 几点建议

4.1 前期工作要及时到位

前期工作包括电站现状存在问题鉴定、技术改造初步设计编制、项目报批立项、施工招标设计、施工安装和设备采购招投标，确定施工、安装中标单位和设备供应商。而作为运行中的中型水库，在电站技改过程中水库仍需要向下游供水并承担原有的防洪抗旱任务，为此电站技改前期工作必须及时、充分、到位；这些前期工作的完成至少需要1年左右时间。从防洪和电站发电效益考虑，电站技改施工期宜放在当年的非汛期(当年10月15日～次年4月15日)，应在入汛前完成。电站技改施工期时间紧凑，所有的前期工作必须在当年的10月15日前完成。

里畈二级电站技改是2012年底完成安全鉴定，2014年1月委托初步设计，2014年6月完成初步设计，2014年7月完成项目报批立项，2014年10月15前完成各分项的设备采购招标和施工安装招标。

电站技改是否能达到设计要求，关键在于电站设备招标环节，本次技改项目标划分水轮发电机组(包括进水阀、励磁、调速器)、电气二次控制系统、高压电气系统(包括主变压器、厂用变、高压开关柜)等3个主标。另外，电站进水泄洪检修事故闸门和弧形工作闸门的改造为1个标(包括液压启闭设备采购)。这些设备采购招标文件编制时，注重了技术上的要求，设定技术分占50%，企业信用分占10%，商务分占40%，以便采购到价格合理、设备优良的产品。

4.2 查找问题要精准，解决问题要科学

一般来说，中型水库配套电站装机不大，但配套设施设备多，技改中碰到的问题也多，特别是进水闸门、泄洪闸门等设备改造复杂；为此委托了技术单位先对电站进行安全鉴定，并委托原设计单位承担电站技改初步设计和招标设计。设计过程中，设计单位认真听取并采纳了运行单位的意见，比如，水库实际运行水位是228～232 m之间时间最多，电站原选取的设计水头45.0 m明显不合理；在维护和维修时，三支点机组结构明显不合理，后改为两支点。合理科学的技改设计、优良设备的采购，为电站技改成功打下了良好的基础。

4.3 精心组织施工，确保技改项目按时完成

中型水库坝后式电站技改施工期间，水库运行不能停止，防洪、供水功能需要正常运作。为尽可能减少电站技改对水库防洪、供水、发电的影响，施工期间应安排在非汛期进行，工期只有6个月，时间较紧。因此，水库运行管理单位应精心组织施工，合理安排每道工序的展开，根据每道工序之间的顺序关系及其所需要的时间，控制关键时间节点，精心组织施工，才能如期完成技改工程。

5 结 语

里畈二级电站技改后已运行了5 a，经测算电站效率提高了17%，电站各分类设备运行稳定、安全；并且电站二次控制设备已达到可无人值班的水平。