高 建

(喀左縣凌河保護區(qū)管理局，遼寧 朝陽 122300)

水電站技術(shù)

喀左縣郭臺子電站增效擴容效益分析

高 建

(喀左縣凌河保護區(qū)管理局，遼寧 朝陽 122300)

本文以喀左縣郭臺子電站增效擴容工程為例，通過對電站運行效益及電站現(xiàn)狀進行分析，論證了增效擴容的必要性和可行性。結(jié)果表明：郭臺子電站增效擴容工程技術(shù)可行、經(jīng)濟高效，工程實施可獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

郭臺子電站；增效擴容；效益；分析

郭臺子水庫電站建于1989年，經(jīng)過20余年運行及環(huán)境作用，電站機電設(shè)備老化，汽蝕嚴重，機組長期出力不足，安全事故常有發(fā)生，停機維修時間長，致使部分水能資源長期被浪費，時常發(fā)生安全事故。因此，郭臺子水電站增效擴容十分必要。

1 工程概況

郭臺子電站位于喀左縣白塔子鎮(zhèn)蒿桑河支流上，地處松遼流域大凌河水系蒿桑河支流。郭臺子電站由大壩加壓力鋼管引水至機組發(fā)電，設(shè)計利用水頭為5～6m，采用軸流定槳式機組，初始裝機容量為1×20kW，電站水輪機為ZD-T03-JHY-3型，發(fā)電機為SF25-6/423型。采用50kVA升壓變壓器1臺、配電盤2面。

技改工程項目主要包括：對機電設(shè)備進行改造，對水輪機、發(fā)電機及其輔助設(shè)備系統(tǒng)重新選型更換，更換變壓器、開關(guān)屏柜及配電裝置。

2 郭臺子水庫電站存在的問題

郭臺子水庫電站由于運行時間長及水庫水位下降、疏于管理等原因，電站廠房等主體工程破損嚴重，出現(xiàn)了門窗丟失、屋面漏雨、墻皮剝落等狀況，附屬工程中壓力鋼管嚴重破壞，電站尾水渠道邊墻全部傾覆，主要機電設(shè)備中水輪機組性能落后，發(fā)電機及變壓器老化失修，嚴重影響機組出力和安全運行。

2.1 水輪發(fā)電機組

轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴重，機組噴針漏水嚴重，噴針和折向器協(xié)聯(lián)不可靠，停機維修時間較多，平水柵銹蝕嚴重，出力不足；發(fā)電機絕緣老化、溫度極高。經(jīng)計算分析，電站機組出力嚴重不足的主要原因是水輪機轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴重、效率降低，其次是發(fā)電機鐵芯及線圈老化，發(fā)熱大，損耗高，導(dǎo)致發(fā)電機效率低下。

2.2 調(diào)速系統(tǒng)

電站調(diào)速系統(tǒng)是20世紀80年代制造的自動調(diào)速器，機器型號TT-75，經(jīng)長期運行，調(diào)節(jié)功率已不能滿足調(diào)節(jié)要求，且不能實現(xiàn)后臺監(jiān)控操作。

3 水能復(fù)核

3.1 洪水計算

郭臺子水庫流域面積30km2，河流長度8.1km，河道平均比降31.20‰，設(shè)計洪水標準50年一遇，校核洪水標準500年一遇。采用1988年《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》中的“推理公式法”對郭臺子水庫設(shè)計洪水進行復(fù)核(成果見表1)。

表1 郭臺子水庫設(shè)計洪水復(fù)核成果

3.2 水能復(fù)核計算

3.2.1 徑流調(diào)節(jié)

式中F——水庫集雨面積，為30km2。

水庫多年平均徑流年內(nèi)分配比亦采用建凌站的分析成果。水庫上游無特別用水要求。下游灌區(qū)農(nóng)作物以旱作物為主，現(xiàn)采用瓦房店水庫設(shè)計中的灌溉定額及月分配值。設(shè)計年可灌溉面積為F灌=W50%÷310=270×10000÷310=8710畝。

3.2.2 水能計算指標

上游水位計算參考《中小型水庫》上冊。由各月月末庫容計算相鄰兩月的平均庫容后查出相應(yīng)水位，此水位即是上游發(fā)電水位。已建渠道進口高程381.00m,渠道水深0.39m,下游水位381+0.39=381.39m。

3.2.3 水能計算

選用發(fā)電機保證率同灌溉保證率(P=50%)。

a.設(shè)計年電站水能計算。利用灌溉水量部分進行設(shè)計年電站水能計算(見表2)。

由表2可計算出：平均出力N=7MQ，發(fā)電量E=N天×發(fā)電小時,水頭損失很小未計。

b.汛期洪水能量估算。參照水泉溝水庫《電站設(shè)計》。該地區(qū)6月中旬進入汛期，9月中旬為汛末。按汛期機組連續(xù)運轉(zhuǎn)計可增加發(fā)電運行時間為

t=45×24+45×(24-16)=1440h

c.計算汛期電量。

E=7HQt

=7×5.97×0.6×1440

=36106.56kW·h

表2 設(shè)計年電站水能計算

d.計算多年平均發(fā)電量。

E=29395.2+36106.56=65501.76kW·h

機組運行天數(shù)為

101+45=146d

機組運行小時為

1416+1440=2856h

e.計算多年平均裝機容量。

N裝=E/t=65501.76/2856=23kW

式中E——多年平均發(fā)電量;

t——多年平均運行時間。

3.2.4 水能復(fù)核結(jié)論

原設(shè)計電站裝機為1×20kW，多年平均發(fā)電量48700kW·h，年利用小時數(shù)2435h，額定引用流量1×0.45m3/s，裝機規(guī)模合理。由此次電站的水能指標復(fù)核可見，通過電站相關(guān)設(shè)備維護及更新，尚有空間對電站擴容，增加電站發(fā)電效益。

4 工程任務(wù)與規(guī)模

4.1 工程等級劃分及洪水標準

郭臺子電站水能開發(fā)主要任務(wù)是：利用灌溉水量進行水力發(fā)電，裝機容量1×23MW。按照《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL 252—2000)的規(guī)定，郭臺子電站增效擴容工程樞紐為Ⅳ等4級建筑物(見表3)。

表3 工程等級標準

根據(jù)本文水能復(fù)核可知，郭臺子電站裝機及發(fā)電量仍有空間增效擴容。此次技改工程選擇裝機容量為1×23kW，多年平均發(fā)電量65501.76kW·h，年利用小時數(shù)2856h。

4.2 改造設(shè)計與方案選擇

4.2.1 特征水頭

最大水頭6.61m，最小水頭5.51m，額定水頭6.00m，電站設(shè)計引用流量1×0.60m3/s。

4.2.2 改造方案

由于現(xiàn)狀水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴重、機組噴針漏水量大、噴針和折向器協(xié)聯(lián)不可靠、停機維修時間多、發(fā)電機絕緣老化、溫度極高，已嚴重影響機組出力。機組已接近折舊年限，已失去更換部件及維修價值。另外，經(jīng)過水能復(fù)核，該電站原有機型ZD661-LMY-40性能參數(shù)低，不能滿足電站額定水頭發(fā)足裝機容量的要求，尚有擴容空間。因此，改造方案可對水輪發(fā)電機組重新選型更換，以達擴容增效目的。

4.2.3 水輪機機型選擇

根據(jù)水能復(fù)核算得的多年平均出力，裝機容量為23kW，發(fā)電水頭為5～6m，流量為0.2～0.6m3/s。此次擴容增效工程推薦機型為：水輪機ZD-T03-JHY-35型,發(fā)電機SF25-6/423型。

4.3 改造前后水輪機性能比較

改造后，經(jīng)過更換水輪機發(fā)電機組，水輪機和發(fā)電機效率得到提高(見表4)。

表4 改造前后機組性能比較

5 經(jīng)濟效益分析

5.1 電站增效擴容效益分析

發(fā)電收入=上網(wǎng)電量×上網(wǎng)電價。

增效擴容工程實施后，郭臺子電站正常運行年有效發(fā)電量6.60萬kW·h，增加年發(fā)電量約2.70萬kW·h，比技改前3年平均發(fā)電量增加達41%。滿足農(nóng)村水電站增效擴容項目初步設(shè)計要求。另外，參照類似工程并結(jié)合實際情況計算，發(fā)電電價0.45元/(kW·h)，正常運行年發(fā)電收入2.90萬元，比技改前3年平均發(fā)電量收入增加1.2萬元，增加經(jīng)濟效益約41%。由此可見，在滿足電站增效擴容各項指標的基礎(chǔ)上，工程實施后不僅可增加效益，更具有節(jié)約能源、發(fā)揮生態(tài)效益等重大社會意義。

5.2 靜態(tài)計算

郭臺子電站原設(shè)計裝機20kW，設(shè)計年發(fā)電量57120kW·h，實際最大出力18.4MW，實際年發(fā)電量37830.40萬kW·h；技改后，郭臺子電站裝機23kW，多年平均發(fā)電量65501.76kW·h。

通過靜態(tài)計算(見表5)，郭臺子電站工程在較短時間便可還本，因此，實施該工程是經(jīng)濟合理、可行的。

表5 郭臺子電站增效擴容靜態(tài)計算

6 結(jié) 語

對郭臺子電站工程全面技術(shù)、經(jīng)濟環(huán)境等各項指標的全面論證表明：郭臺子電站增效擴容工程技術(shù)可行、經(jīng)濟高效，在環(huán)境方面無污染，既節(jié)能又使水資源得到合理開發(fā)利用，工程的實施可獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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