栓驢泉水電站增效擴(kuò)容改造工程設(shè)計(jì)

王新兵

（晉城市郭壁供水工程管理處,山西 晉城 048000）

1 栓驢泉水電站現(xiàn)狀

拴驢泉水電站位于澤州縣山河鎮(zhèn)小驢圈村東,是沁河流域裝機(jī)容量較大的水電站，整個(gè)電站坐落在山里泉旅游區(qū)內(nèi),距晉城市區(qū)55km，壩址以上流域面積9060km2，控制干流長(zhǎng)352.2km，多年平均年徑流量為14.97億m3，多年平均流量47.47m3/s。沁河從太行太岳的高山峽谷間蜿蜒南下，在潤(rùn)城水文站以上，下墊面多為砂頁(yè)巖地層，水量滲漏損失小，電站所處河段蜿蜒曲折、地勢(shì)落差大、動(dòng)能資源豐富，壩址距廠房直線距離1200m，其間河道曲折流長(zhǎng)16km，取得了60余m的發(fā)電水頭，水能利用條件和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均較優(yōu)越。

拴驢泉水電站于1991年建成，至今運(yùn)行已有20多年，由于受當(dāng)年技術(shù)條件和資金限制，施工質(zhì)量較差，加上運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)久，水電站多處工程出現(xiàn)了嚴(yán)重隱患。主要問(wèn)題是機(jī)電設(shè)備陳舊老化、效率低下；金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備不同程度存在腐蝕、變形、振動(dòng)、漏水現(xiàn)象，這些因素導(dǎo)致電站不能正常滿負(fù)荷運(yùn)行、并存在著一定的安全隱患，水資源得不到有效利用，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯降低，亟待解決。

1.1 水電站建筑物

拴驢泉水電站屬小（一）型工程，工程等級(jí)為Ⅳ等Ⅳ級(jí)，主要建筑物和次要建筑物及臨時(shí)建筑物均按Ⅳ等Ⅳ級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。

本電站樞紐工程有攔河引水樞紐、引水隧洞、交通橋、交通洞、調(diào)壓井、壓力管道、主副廠房、開(kāi)關(guān)站和利用尾水向“引沁濟(jì)莽”渠道送水工程等組成。電站樞紐及廠房、生活區(qū)等都能正常運(yùn)行。主要問(wèn)題是引水壩下游左岸沒(méi)有做岸坡防護(hù)工程、廠房和啟閉機(jī)房陳舊破損，屋面滲水嚴(yán)重。

1.2 水力機(jī)械

拴驢泉水電站為引水式徑流水電站，水輪機(jī)為擴(kuò)大單元系統(tǒng)引水，引水系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式為設(shè)置調(diào)壓井，下游尾水通過(guò)橫穿沁河河底的倒虹吸管送往河南。

全廠安裝兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，容量為2×8750kW水輪機(jī)型號(hào)為HL220-LJ-140型;發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF8750-14/2600;調(diào)速器型號(hào)為T(mén)-100型機(jī)械調(diào)速器；蝶閥為DN2000液壓操作立式;并設(shè)有起重50/10噸，跨度為12.5m的電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)一臺(tái)。

全廠分別設(shè)有供排水系統(tǒng)、透平油系統(tǒng)、絕緣油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、水力量測(cè)系統(tǒng)等附屬設(shè)備。

主要問(wèn)題是水輪機(jī)組設(shè)備嚴(yán)重老化，絕緣電阻下降嚴(yán)重，過(guò)流部件磨損和空蝕，噪音增大，機(jī)組出力明顯下降，穩(wěn)定性差，經(jīng)常停機(jī)和檢修，安全隱患嚴(yán)重。

1.3 金屬結(jié)構(gòu)

1.3.1 壓力管道

電站壓力管道上接調(diào)壓井，下端與機(jī)組蝶閥相連，全長(zhǎng)146.16m，其中地下埋鋼管的直管段長(zhǎng)23.5m，管內(nèi)徑4.4m，壁厚16mm；鋼管明管段全長(zhǎng)34.7m，自上而下由進(jìn)人孔、伸縮節(jié)、漸變管、三梁式岔管和直管段等組成，管內(nèi)徑有4.4m、3.2m、2.0m三種，對(duì)應(yīng)的壁厚分別為18mm、16mm、14mm。

主要問(wèn)題為壓力管道不同程度產(chǎn)生腐蝕、剝落，個(gè)別地方甚至有漏水現(xiàn)象，急需進(jìn)行修復(fù)和防腐。

1.3.2 閘門(mén)及啟閉機(jī)

主要設(shè)備有沖沙閘平板工作閘門(mén)三扇，配備80t卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)三臺(tái)；沖沙閘平板檢修閘門(mén)一扇，配備80t電動(dòng)葫蘆一臺(tái)；進(jìn)水閘平板工作閘門(mén)和檢修閘門(mén)各一扇，分別配備2×15t卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)一臺(tái);進(jìn)水閘攔污柵一扇，配備2×7.5t電動(dòng)臺(tái)式啟閉機(jī)一臺(tái)；潛孔式尾水檢修閘門(mén)二扇，單門(mén)門(mén)重3t，配備2×7.5t電動(dòng)臺(tái)式啟閉機(jī)；引沁濟(jì)蟒送水倒虹吸工程渠首控制閘門(mén)兩扇，配備2×7.5t電動(dòng)臺(tái)式啟閉機(jī)兩臺(tái)。

共性缺陷，閘門(mén)門(mén)體有銹蝕現(xiàn)象；止水老化；止水連接螺栓銹蝕和小部分缺失，松動(dòng)部位不便檢修；滾輪有銹蝕現(xiàn)象，不能正常工作；閘門(mén)加重塊缺失現(xiàn)象嚴(yán)重，致使閘門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)；啟閉設(shè)備有腐蝕現(xiàn)象，部分零件工作不正常。致使產(chǎn)生了不同程度的啟閉不暢、振動(dòng)、漏水等現(xiàn)象。

2 主要改造措施

2.1 工程任務(wù)和規(guī)模

拴驢泉水電站是澤州縣小水電骨干電源之一，1978年主體工程動(dòng)工興建，1991年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)水頭57.65m，設(shè)計(jì)引水流量32.8m3/s，總裝機(jī)2臺(tái)，每臺(tái)容量8750kW，設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量9460萬(wàn)kW·h。電站自運(yùn)行以來(lái)，為緩解水電供電壓力和當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電起了積極作用，為農(nóng)民脫貧致富起到了的推動(dòng)作用。

水能計(jì)算：根據(jù)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)保證率選用85%。電站保證出力公式：N=AQH

式中：A——出力系數(shù)。取8.0；

Q——保證流量，為7.0m3/s；

H——水頭為57.65m。

經(jīng)計(jì)算，保證出力N為3228kW。

根據(jù)五龍口水文站代表年徑流資料，計(jì)算得出電站多年平均發(fā)電量為9460萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)數(shù)為5406h。本次改造工程不對(duì)水電站進(jìn)行擴(kuò)容，仍沿用原來(lái)的裝機(jī)容量。

2.2 水電站建筑物

岸坡防護(hù)工程。引水壩下游兩岸部分沒(méi)有進(jìn)行岸坡防護(hù)，現(xiàn)狀為土坡，由于在岸坡上部均為旅游區(qū)道路，考慮到其位置的重要性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況應(yīng)設(shè)置總長(zhǎng)約300m漿砌石重力式擋土墻進(jìn)行岸坡防護(hù)。

維修、裝飾工程。對(duì)電站廠房和啟閉機(jī)房部分設(shè)施進(jìn)行維修和簡(jiǎn)單的裝飾，主要工程措施有更新屋面板、內(nèi)外墻的涂料涂裝、更新塑鋼門(mén)窗等。

廠房發(fā)電機(jī)組機(jī)墩改造。機(jī)組安裝位置基本不變，僅在對(duì)機(jī)組更新改造過(guò)程中，對(duì)舊的發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)拆除的同時(shí)，對(duì)埋入基礎(chǔ)混凝土內(nèi)的發(fā)電機(jī)機(jī)座、蝸殼等部件及二期混凝土進(jìn)行拆除，安裝新機(jī)組后再澆注二期混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)采用C20。

2.3 水力機(jī)械

根據(jù)復(fù)核后電站設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組重新選型。本電站設(shè)計(jì)水頭57.65m，根據(jù)反擊水輪機(jī)適用水頭范圍和現(xiàn)行的中小型水輪機(jī)型譜，結(jié)合原有廠房條件和單機(jī)容量，適合本電站機(jī)組的轉(zhuǎn)輪型號(hào)有HL702X和HLA616，設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，轉(zhuǎn)速n1`=79.1r/min；流量Q1`=1102.4L/s；對(duì)應(yīng)兩轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線，HL 702X對(duì)應(yīng)的效率為88%，空化系數(shù)為0.15；HLA616對(duì)應(yīng)的效率為92%，空化系數(shù)為0.072。經(jīng)比較確定本電站機(jī)組擬選用混流式水輪機(jī)，立式安裝，水輪機(jī)型號(hào)為HLA616-LJ-140型，配套發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF8750-14/2600。

擬選用的HLA616-LJ-140型水輪機(jī)性能和特點(diǎn)：轉(zhuǎn)輪葉片和導(dǎo)葉加工精度高，轉(zhuǎn)輪采用不銹鋼制作，其抗空蝕、磨損能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)豐水期泥沙大的運(yùn)行條件。該水輪機(jī)空化系數(shù)較低，穩(wěn)定性較強(qiáng)，高效范圍寬。

2.4 金屬結(jié)構(gòu)

壓力管道漏水部位通過(guò)焊接消除缺陷，更換伸縮節(jié)止水圈。

攔河壩進(jìn)水閘和沖砂閘的閘門(mén)和啟閉機(jī)系統(tǒng)部分構(gòu)件更新和維護(hù)。更新止水和連接螺栓；對(duì)滾輪進(jìn)行維護(hù)，必要時(shí)要更新；配齊閘門(mén)加重塊；對(duì)啟閉設(shè)施進(jìn)行維護(hù)。

金屬結(jié)構(gòu)防腐。壓力管道外壁防腐措施，冷底子油一道，瀝青瑪瑙脂兩道；管內(nèi)壁防腐措施，磷化底漆一道，環(huán)氧瀝青漆一道。閘門(mén)防腐前應(yīng)清理表面雜質(zhì)和銹渣，然后進(jìn)行除銹，對(duì)于因腐蝕而形成的孔縫應(yīng)焊填并表面磨平。最后采用涂料防護(hù)層，一層鋁粉環(huán)氧樹(shù)脂、一層環(huán)氧瀝青樹(shù)脂、最終干膜厚度不小于265μm。

2.5 消防設(shè)計(jì)

根據(jù)有關(guān)消防規(guī)范，主、副廠房、設(shè)備室和其它建筑物的基本構(gòu)件耐火等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)建筑物的功能及現(xiàn)狀，主要消防措施如下：

消防用水取自壓力管道（備用水源為廠外生活用水通過(guò)消防水泵加壓），后接供水消防總管。

主廠房是布置機(jī)電設(shè)備比較集中的場(chǎng)所，在設(shè)備運(yùn)行和檢修中都有可能引起火災(zāi)，在主廠房的每個(gè)機(jī)組段設(shè)置一些消防器材，選用干粉滅火器MFZL4型，共10只。

安裝間配置推車(chē)式干粉滅火器MFTZL25型一只。

高壓開(kāi)關(guān)室配置推車(chē)式干粉滅火器MFTZL25型一只和干粉滅火器MFZL4型4只。

中控室配置推車(chē)式干粉滅火器MFTZL25型一只和干粉滅火器MFZL4型4只。

透平油庫(kù)及油處理室配置推車(chē)式干粉滅火器MFTZL25型一只和干粉滅火器MFZL4型2只。

值班室配置干粉滅火器MFZL4型4只。

在升壓站和主變壓器周?chē)謩e干粉滅火器MFZL4型2只。

主、副廠房的發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層還需設(shè)有必要的消火栓、砂箱、沙袋等供消防使用。

本電站不設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著用電需求不斷增加，水電站增效改造，可緩解用電矛盾，降低供電成本，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。工程實(shí)施后，對(duì)于鞏固澤州縣退耕還林成果、減少環(huán)境污染、保持環(huán)境生態(tài)具有重要意義。為了提高農(nóng)村水電能效，降低配套電網(wǎng)網(wǎng)損，增加清潔可再生電能供應(yīng)，促進(jìn)節(jié)能減排，消除水電站安全隱患，保障公共安全，開(kāi)展農(nóng)村水電增效擴(kuò)容的工作是非常必要的。