总第７１期第ｌ１期 ２０１０年１１月 中国水能及电气化 ＣＨＩＮＡ ＷＡＴＥＲ ＰＯＷＥＲ＆ＥＬＥＣＴＲＩＦＩＣＡｒＩ’ＩＯＮ Ｔ０ＴＥＬ Ｎｏ．７１ ＮＯＶ．，２０１０ 渔洞峡水电站扩机增容改造浅析 张义锋１，吕安喜２，叶文斌３ ７卢胜强 （１．陕西镇安县水利队，镇安７１１５００；２．陕西镇安县黄家湾水务中心站，镇安７１１５００； ３．陕西镇安县木王水务中心站，镇安７１１５００；４．陕西镇安县水保站．镇安７１１５００） 摘要：陕西省镇安县是农村水电站建设起步较早的县。建造于七十年代的一批小水电站．已 先后到达更新改造时期。按照国家建设清洁可再生能源的规定，为了适应满足全县经济建 设对电力不断增长的要求，结合该渔洞峡水电站运行工况的实际。己很有必要对该水电站进行 技术更新改造提高。本文对该水电站技术改造的可行性、必要牲进行了分析论证．认为该水电 站已具备更新改造的技术条件和经济建设条件。更新改造后，其经济效益和社会效益十分可观 关键词：水电站；扩机增容：改造 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｅｎｌａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｙｕｄｏｎｇｘｉａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ＺＨＡＮＧ Ｙｉ—ｆｅｎｇ ，ＬＶ Ａｎ－ｘｉ ，ＹＥ Ｗｅｎ－ｂｉｎ。，ＬＵ Ｓｈｅｎｇ—ｑｉａｎｇ４ （１．Ｚｈｅｎａｎ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｔｅａｍ ｏｆＳｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｚｈｅｎａｎ ７１１５００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｚｈｅｎａｎ Ｈｎａｎ￣ｉａｗａｎ Ｃｅｎｔｅｒ Ｓｔ￣ｉｏｎ ｆＷａｏｔｅｒ Ａｕｔｈｏｒｉｔｙ ｆＳｈａｏｎｘｉ ｒｏＰｖｉｃｅ，Ｚｈｅｎｏｎｌｔ ７１１５００，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｚｈｅｎａｎ Ｍｕｗａｎｇ Ｗａｔｅｒ Ｃｅｎｔｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ｏｆＷａｒｅｒＡｕｔｈｏｒｉｔｙ ｆＳｈａｎｘｉｏ ｒｏｖｉＰｃｅ，Ｚｈｅｎａｎｎ ７１１５００，Ｃｈｉｎａ； ４．Ｚｈｅｌｌｚ１１￣Ｗａｒｅｒ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｏｉｎ Ｓｔｔａｉｏｎ ｆＳｈａｎｏｘｉ ｒｏＰｖｉｃｅ，Ｚｈｅｎａｎ ｎ７１１５００，Ｃｈｉａ）ｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｒｕｒａｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｏｆ Ｚｈｅｎ＇ａｎ ｃｏｕｎｔｒｙ ｉｎ Ｓｈａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｂｅｇａｎ ｅａｒｌｙ． Ｔｈｏｓｅ ｓｍａｌｌ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎｓ ｂｕｉｌｔ ｉｎ ｔｈｅ １ ９７０ｓ ｈａｖｅ ｓｔｅｐｐｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｒｅｎｅｗｉｎｇＡｃｃｏｒｄｉｎｇ ．ｔｏ ｐｏｌｉｃｙ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｃｌｅａｎ ａｎｄ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙｉｔ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｕｒｇｅｎｔ ｔｏ ｒｅｆｏｒｍ Ｙｕ ，ｄｏｎｇｘｉａ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｙｕ ｄｏｎｇｘｉａ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｉｔ ｗｅｌｌ ｂｅ ｍｕｃｈ ｍｏｒｅ ｅｆｉｃｉｅｎｔｆ ａｆｒｅｒ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ；ｉｎｃｒｅａｓｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｓｅｔ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＶ７３４．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７３—８２４１（２ＯＬＯ）１ １－００５８—０５ 镇安县隶属陕西省商洛市管辖，地处商洛市 和，空气湿润，降水充沛，光照充足。河流水系 西南部，属凉亚热带湿润牛湿润气侯区，气侯温 均属长江流域汉江支流，主要河流有两条，即旬 收稿日期：２０１０—０８—１６ 作者简介：￣￣．ｇｋ（１９６４－），男，工程师。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈｕｉｌｉ８８８ｇｚｇ＠１２６．ｅｏｍ ５８ 水电站运营 河和乾佑河，旬河为汉江北岸最大支流，干流长 度７４．４ｋｍ，流域面积为１２７２ｋｍ ，发源于安康市 宁陕县境内。乾佑河为旬河一级支流，干流长度 ６６．８ｋｍ，流域面积为１２２７ｋｍ ，发源于柞水县老 １－３压力前池需扩容改造 该水电站现前池太小。来水与压力管道成９０。 进水时，水流条件不好，产生来水在前池中达不 林，由北向南穿过县境汇入旬河。 １水电站概况 厂房位于镇安县河口金三角经济开发区上 游５０ｍ处．取水１：３位于该县永乐镇枣园村枣园 水电站退水１：３。为引用乾佑河干流水，装机 １ｘ５００ｋＷ。该水电站于１９７０年建成投产，为 乾佑河梯级开发中的二级水电站。在其上游于 １９８２年修建的三级枣园水电站，装机２ｘ５００ｋＷ， 在其下游于１９８８年修建的一级长哨水电站， 装机２×１２５０ｋＷ。渔洞峡水电站设计年发电 量２７０万ｋＷｈ，装机年利用小时为５４００ｈ。 已累计发电达到９０００万ｋＷｈ，已创造直接经 济效益２７００万元。由于该电站己超过设计使 用年限．达到报废期，对其扩机增容改造势在 必行。 １．１机组运行超时老化 该水电站运行时间已４Ｏ年．因水轮机老化 年久失修。长期在４０％以下低负荷带病运行， 效率低而不稳，水轮机叶轮严重汽蚀，电焊补修 几十次，运行中产生震动及噪音十分严重。因此 其己无法正常运行，扩机增容刻不容缓。 １．２水工部分年久失修老化严重 因该水电站全部是明渠引水，由于受修建 时的经济技术条件。明渠全部盘山而行． 渠道修建粗糙，断面形状不规则，渠道糙率较 大。引水达不到设计流量。渠线长达７．２ｋｍ， 为梯形土渠断面，其中，石渠为矩形断面，全 部渠道均未作防渗处理。特别引水明渠过长且 沿途地形复杂，弯道多，跨沟多，路渠交叉多， 人为干扰大等，导致年复修费用大，渠水利用 系数低，引水流量已无法达到设计流量，汛期 水毁严重。 到稳定要求，且不符合中华人民共和国行业标准 《水电站引水渠道及前池设计规范｝ＳＬ／Ｔ２０５－－９７ 的要求。这是造成该水电站水轮机严重汽蚀的原 因之一，对其改造提高也是迫在眉睫。 ２水文分析 对该水电站进行科学的水文分析计算，以利 充分利用河流水力资源，选择合理的水轮发电机 组，达到投资最少，效益最高的经济目的。 ２．１多年平均年径流量 采用《商洛地区实用水文手册》图表，查得项 目流域重心处多年平均年径流为３００ｍｍ，年径 流变差系数为０．５，采用Ｃｓ＝２Ｃｖ，查皮Ⅲ曲线， 得设计频率的模拟系数，计算得出工程引水枢纽 处的设计年径流量。 多年平均年径流量，采用广播电视大学 《水力学》（３一１）公式计算： １０５ 式中，为流域面积＝１０３０ｋｍ Ｙ为径流深＝ ３００ｍｍ Ｗ＝１０３０ｘ３００ ＝３０．９万ｍ。 ２．２设计年径流量 采用《商洛地区水文手册》提供的经验公式及 参数计算。查《商洛地区实用水文手册》图表，项 目流域重心处多年平均年径流深为３００ｍｍ，年 径流深变差系数为０．５。采用Ｃｓ＝２Ｃｖ，查皮Ⅲ曲 线，得设计频率的模比系数，计算得工程引水枢 纽处的设计年径流量，计算结果见表１。 ２．３设计年径流量的年内分配 青泥湾水文站与鱼洞峡同是乾佑河流域，在 鱼洞峡水电站的下游１０ｋｍ处，流域面积与本工程 取水口流域面积相差超过２０％，不符合有关规 ５９ 水电站运营 范要求。为了安全起见，选用年径流深法计算结 果，仅采用参证站青泥湾水文站典型年径流量的 年内分配比例，进行本水电站工程引水枢纽处设 计Ｅｌ均流量计年，结果见表２。 ２．４设计日均流量 流量为８ｍ３／ｓ。年均运行装机千瓦利用小时为 ４５００小时以上。以上两座水电站其设计年发电 量均达到或超过设计生产能力。 根据渔洞峡水电站直接引用枣园水电站退水 运行十多年的实际看．由于枣园水电站地处渔洞 峡水电站同河流的上游１５ｋｍ．流域面积比渔洞 采用《商洛地区实用水文手册》以下方法分 别计算，对其计算结果综合比较、分析确定采 用值： 经验公式法 峡水电站少５０ｋｍ 。运行十多年来，年装机千瓦 利用小时普遍在４６ｏ０小时以上．均超过设计年 装机千瓦利用小时４２００小时，经济效益十分可 观。经应用多种方案进行比较，采用枣园水电站 退水流量是可行的。 利用《商洛地区实用水文手册》提供的流域代 表日均流量并按计算方法、参数计算。依青泥湾 水文站日均流量保证率统计曲线，其资料年限为 １９６７－－２００３年。 水文比拟法 ３扩机增容改造方案 ３．１原水头不变，扩大隧洞引水渠断面。提高 引水流量 将流域代表站青泥湾水文站实测流量资料 １９６７－－２００３年实测日均流量予以统计分析．推 求坝址处日均流量。 已成电站的比照法 比照本流域内已成电站装机规模，实际运行 因现渠道比降为１／２０００，比降很小，且机房 尾水位受下游绵湖公园湖水位，现２３Ｍ水 头再无法增加。将现引水明渠过流量３．２ｍ３／ｓ， 设计为４．５ｍ３／ｓ隧洞引水。增加引水流量１．３ｍ３／ｓ， 与上游枣园水电站引水流量相同：将现压力前池 ３０ｍ ，扩建为１５０ｍ 。其地形地质条件及其他对 扩建前池条件均具备。 ３．２机组型号选择 等因素，综合水文计算结果，综合考虑分析拟定 工程日均流量。 本工程所在河流乾佑河镇安县境内上游有己 运行２９年的枣园水电站，其装机设计流量为 ４．５ｍ３／ｓ，年均运行装机千瓦利用小时为４６００小 时以上。下游己运行２３年的长哨水电站．设计 ６０ 选择ＨＬ系列水轮发电机组．查表３—２得 水电 运营 知．８０％保证流量为２．３８ｍ３／ｓ。应用保证出力计 大发电装机。 算公式： Ｎｅ，＝ＡＮＱＨ 式中：Ａ＝８（传动系数） Ｎ＝０．９５（渠水利用系数） ｑ＝２．３８Ｍ３／Ｓ（８０％保证流量） Ｈ＝２３Ｍ（净水头） 计算得８０％流量时。保证出力为：Ｎ＝４１６ｋＷ 渔洞峡水电站装机容量主要依据水能计算结 果和中华人民共和国国家标准《小型水力发电站 设计规范））ＧＢ５００７１—２００２规定，并根据该工程的 实际情况和建设方的设想确定。 本工程水电站保证出力Ｎ＝４１６ｋＷ，根据水 电站装机容量和保证出力按Ｐ＝８０％保证出力的 １．５倍初拟单机容量为６３０ｋＷ。此外，另备用一 台为６３０ｋＷ。 初选ＨＬ２６０一ＷＪ一８４水轮发电机组两台， ＳＦＷ６３０—１４／１４３０发电机两台，为４００Ｖ低压出 线（镇安县甘岔河流域梯级开发的杨泗栗扎二级 ２ｘ８００千瓦装机水电站．采用４００Ｖ低压发电机 组。这是该县第一座低压发电机组，己成功运行 ８年，减少了副厂房以及高压控制电气设备，减 少投资２００多万元）。 初步拟定本工程水电站装机容量为２￣６３０ ｋＷ，总装机为１２６０ｋＷ。比装机增容改造前的 ５０ｏｋＷ增加７６０ｋＷ。且选择双机组是为充分利 用水能资源的最佳方案。 查取“装机容量～年利用小时关系曲线” 可知：当电站装机容量为Ｎ＝１２６０ｋＷ时，年利 用小时ｔ＝４５００ｈ，在要求的ｔ＝４０００—６０００ｈ范围 内，多年平均年发电量为Ｅ＝５６７ｘ１０４ｋＷｈ。 ４扩机增容改造的可行性 ４．１得天独厚的地理条件及资源优势 由于该水电站地处镇安县新城区．曾是镇安 县第一批农村初级电气化试点县和第四批农村电 气化县的骨干电源电站及“十一五”镇安县全国农 村水电县建设的骨干电源电站。因此，极有必要 对该电站进行重点技术改造，增加引用流量、扩 该水电站建造于上世纪七十年代，由于受当 时的经济和技术条件，水资源利用不充分， 装机小．又是单机，造成河流水资源长期得不到 充分利用。利用枣园水电站４．５ｍ３／ｓ退水流量， 长度３．６ｋｍ长的安全高效引水隧洞，以及２３ｍ 的净水头，可以保证优越的资源条件，使装机增 容改造十分可行。 该水电站现引水渠道总长为７．２ｋｍ，全部为 明渠．渠道过长，且为土渠或未作防渗处理的石 渠，既引水未达到设计流量，又渗漏严重。新的 设计方案将７．２ｋｍ明渠，全部改为３．６ｋｍ的隧 洞，将引水渠道长度减少一半。渠线短，且为直 线隧洞，可极大的改变引水条件。发电引水隧洞 具有引水安全，渗漏少，引水流量高，可大大的 提高渠水利用系数。 根据勘测资料显示，该水电站新建引水隧 洞，轴线所经地段地质较好，为灰色石灰岩， 岩石较完整，无断裂带，无不良地质结构，施 工条件好。工程建成后可保证运行安全，渗漏 少．人为干扰少。具有增加装机提高发电量的 优越条件。 因该工程地处乾佑河沿线的永乐镇和回龙 镇，该两镇又是县经济及工业发展中心，地处西 康铁路、西康高速公路沿线。交通方便，隧洞施 工中的石碴，可就近加工为砼骨料出售，变废为 宝，既可保护环境，又可实现较可观的经济收 入，大大降低工程造价。 ４．２扩大引水流量，增加装机容量，技术上的 可行性 渔洞峡电站改造方案中，采用引水隧洞后， 引水渠长度为３．６ｋｍ。比原渠道长度缩短一半． 符合中华人民共和国电力行业标准ＤＵ／Ｔ５１９５— ２００４（水工隧洞设计规范》要求。同时，可将原 １ｘ５００ｋＷ装机，改造后设计为２ｘ６３０ｋＷ装机， 增加装机７６０ｋＷ，年增加发电量３４２万ｋＷｈ， 可增加发电经济效益１０２．６万元。年总发电量为 ５６７ｘ１０４ｋＷｈ．这是增容扩机改造前年发电量的 ２．１倍，因此．电费收入是增容扩机改造前的 ６１ 水电站运营 ２．１倍。该电站年电费收入１７０万元．加上优越 发电站设计规范｝ＧＢ５００７１—２００２，结合目前当地 建筑材料市场价格估算可知，改造后单位千瓦投 资１．０５万元，总投资１２００万元，年运行收人 １７０万元，加上其他多种经营收入，年经济收人 在２７０万元以上。７年就可以收回全部投资，效 益十分可观。与该县其它己建成的水电站投资相 的地理条件和电能资源优势，从事其他多种经 营收入，年总收入可达２７０万元，经济效益十 分看好。 ４．３部分水工建筑物的更新改造方案 该水电站现前池容积较小．只有３０Ｍ 。且 比较．是装机投资最少、投资回收年限最短的水 电站 ５．２社会效益 不符合中华人民共和国行业标准《水电站引水渠 道及前池设计规范｝ＳＬ／Ｔ２０５－－９７的４．１．４的要 求，需扩建改造，增加容积，特别是引水渠道与 压力前池的连接段，在平面上应两边对称扩展． 其扩展角应为ｌ２。以内，改变现前池与渠道连接 不合格段 ４．４装机容量的确定 因该水电站引水明渠沿线人口多、地方农村 建设工程多。不但减少了对沿线地方群众生产生 活的影响，并将引水明渠改为隧洞，将给沿线居 民营造安全生存环境．也有助于沿线农村经济的 快速发展。 根据乾佑河青泥湾水文站水文实测资料分 析。该河口常流量为４．９ｍ３／ｓ，枯水流量为３．５ ｍ ／ｓ。又根据本水电站下游５ｋｍ处的长哨水电 ６结语 渔洞峡水电站是镇安县全国第一批农村电气 站，引水流量为８ｍ。／ｓ，且已运行２１年，装机 千瓦年利用小时己达４５００小时以上，机组引水 化县骨干电源工程，为当地经济发展作出了重要 贡献。由于该电站有着得天独厚的地理条件和 增容扩机的资源优势，增容扩机技术上不但可 行，而且经济效益和社会效益十分显著。由于当 地经济高速发展对电力需求每年以１２％的速度 发电流量运行正常，符合设计要求。上游枣园 水电站引水流量４．５ｍ３／ｓ，且该水电站己运行２９ 年，装机千瓦年利用小时己达４６ｏ０小时以上。 依据该河流梯级运行水电站装机容量的实际。 应用该流域青泥湾水文站水文条件分析计算结 增长，工程建设资金也已落实，开工建设各方面 条件已具备，建议尽快开工修建。 参考文献： 【ｌ】李国庆，《水力学》【Ｍ】．北京：广播电视大学出版社， ２０ｏ１． 果，渔洞峡水电站直采用２ｘ６３０千瓦装机是合 理的、可行的。 ５效益分析 ５．１经济效益 【２］毕绳武，《商洛地区实用水文手册》，１９８６． 【３］陈德新，《水轮机．水泵及辅助设备》ｆＭ】．北京：广播电 根据中华人民共和国国国家标准《小型水力 视大学出版社．２０００． ６２
