小河嘴水电站增效扩容改造分析

李杰

摘 要：小河嘴水电站已运行四十多年，存在设备老化、故障多和自动化水平低的情况。因此，对该站进行增效扩容改造是必要的。

关键词：小河嘴水电站；增效扩容改造；设备老化；自动化水平

中图分类号：TV742 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.082

2011年，财政部、水利部对浙江、重庆、湖北、湖南、广西和陕西等省（区、市）1995年底以前建成的农村水电站组织实施了增效扩容改造，2012年底已顺利完成，试点工作成效明显，获得了国务院领导的充分肯定。2013年，该工作在全国范围内得到了推广。我公司抓住此契机，对符合条件的老电站——小河嘴水电站开展了增效扩容改造的前期论证工作。

1 小河嘴水电站概况

小河嘴水电站位于达川区南外镇境内明月江河流旁，属明渠引水式水电站，隶属于达州电力集团有限公司。目前，其装机容量为1×1 360 kW+1×1 600 kW，设计水头为25.5 m，2台机设计总流量为15 m3/s。该站于1972年建成发电，为达州的工农业生产作出了巨大的贡献。经过四十多年的运行，电站机组过流部件磨损严重，比如导叶、水轮机转轮叶片等已磨损殆尽，导致机组效率明显下降；其他电气设备、油水气辅助设备故障频繁。因此，电站机组每隔2年大修一次，甚至有时还要在2年大修周期内开展1次中修，以保证机组安全运行，这使电站的年维护成本大幅上升。随着技术的进步，该电站与新建电站相比，电气自动化水平已明显落后，无法满足目前“无人值班、少人值守”的要求。因此，对小河嘴水电站进行改造已势在必行。

2 增效扩容改造的可行性分析

2.1 从水电站机组增容的途径分析

计算水电站机组出力的公式为：

P=9.81QHη（kW）. （1）

式（1）中：P为水电站机组出力；Q为流量，m3/s；H为计算水头，m；η为机组效率。

从式（1）可以看出，增加机组出力可从3个方面着手：提高机组效率、增加机组引用流量和增大水头。

2.1.1 增加机组效率

随着水轮发电机组技术的不断进步，具有更高效率的水轮机模型转轮不断出现。因此，可将原转轮更换为同直径的新型转轮，以提高水轮转的效率。原先水轮机的转轮型号是HL123-LJ-120，额定工况点效率为91%. 而在实际中，因机组流道磨损严重，漏水量大，容积效率很低，进而导致水轮机效率远远无法达到91%；原先的发电机是20世纪60年代生产的，型号为TSL—260/35-20，发电效率为92%；机组效率为91%×92%=0.837（水轮机效率仍采用91%）。

目前，可采用型号为HLA551C-LJ-120或其他型号的转轮，效率可达到92.4%，而新型发电机的效率也比以往有所提高，比如2 000 kW的发电机的效率可达0.95. 在此情况下，通过更换水轮机和发电机，机组效率η=η水轮机η发电机=0.924×0.95=0.878，比原机组效率至少提高了4%；增加出力ΔP=9.81QHΔη≈150 kW（机组流量按15 m3/s，水头按25.5 m计算）。由此可见，该方式可作为机组增容的有效途径之一。

2.1.2 增大机组引用流量

小河嘴水电站引水渠道原先按3台机组、总过流能力为22 m3/s设计的，但实际情况为：装机台数为2台，机组总引用设计流量为15 m3/s。因此，通过引水渠道的整治，清理渠道里的杂石和淤泥、修补渠道渗漏点可保证渠道过流能力达到原先设计要求的22 m3/s。

同时，为了有效增加通过水轮发电机组的流量，需要更换水轮机转轮和活动导叶（以增加叶片开度）等，并复核原机组前的引水钢管直径是否为1 750 mm。经研究发现，单根钢管通过9.5 m3/s的流量（2台机的流量为19 m3/s）是可以实现的。

架设机组按原设计水头25.5 m设置，2台机组过流流量增加4 m3/s，效率按0.837计算，则机组出力的增加量为：ΔP=9.81ΔQ×H×η=9.81×4×25.5×0.837≈838 kW。

由此可见，通过采用增加引用流量的方法是实现电站增容的主要途径。

2.1.3 增大电站水头

对于小河嘴水电站而言，该电站已建好，水工建筑已定型，以增加前池坝高等改变水工建筑的措施抬高水位是不现实，也是不经济的。而通过降低电站尾水位增加水头是可以考虑的，这是因为该站尾水渠道内的杂物较多，堵塞严重，明显抬高了电站的实际运行尾水位。因此，通过彻底清理尾水渠道，可降低尾水位0.5 m，这样扣除了水头损失因素后，可使水头有效增加0.3 m。假设机组的流量和效率不变，机组出力可增加的量为：ΔP=9.81Q×0.3η≈37 kW（Q按2台机流量15 m3/s，η按0.837计算）。

由此可见，通过增大水头增容的效果并不明显。

综上所述，通过采用渠道整治和更换机组等这些方式，可使小河嘴水电站的单机出力增至2 147 kW，总装机容量可达到4 294 kW。经综合考虑，将机组容量增至4 000 kW是可行的。

2.2 从水能方面分析

目前，虽然机组故障较多，检修频繁，但是，近5年电站的平均年发电量为1.52×107 kW·h，年利用小时为5 135 h，超出了原设计中上半年的平均发电量1.3×107 kW·h。由此可见，该站的原装机容量2 960 kW偏小，水能资源未得到充分利用。因此，可增大机组装机容量，充分利用丰水期多发电，这样可减少水能浪费。此外，充分利用水能发电与当前要求的多利用可再生能源和清洁能源是相适应的。

经过计算，电站增容后，虽然年利用小时有所下降，但是，仍能实现年利用小时达4 800 h以上，每年可增加发电量约4.0×106 kW·h。

3 增效扩容改造的主要内容

小河嘴水电站的改造主要从增加机组过流流量和提高机组效率等方面考虑改造内容。

3.1 引水渠整治和尾水渠改造

可对引水边墙全面进行水泥砂浆抹面减糙、清淤底板、用砼护底处理和垮塌渠道进行改造等，以保证增容后2台机组的过流流量为19 m3/s，甚至达到或超过原设计中的过流能力22 m3/s，使机组具备短时的超发电能力。

对于尾水渠而言，可疏通、清理渠内乱石、淤泥和杂物，但不必进行扩宽处理，这样既可满足机组扩容后的过流能力要求，并可使尾水位略微下降。

3.2 机电设备改造

可更换水轮机、发电机和励磁装置；将原机械调速器更换成微机调速器；更换变压器和部分开关柜等电气设备；改造保护监控等设备等。这样不仅可使机组增容，还可提高电站设备的自动化程度。

4 增效扩容改造的经济性分析

通过估算上述改造的投资金额，本项目建设投资共需约1 300万元。按每年可增加发电量4.0×106 kW·h，上网电价0.3元/kW·h计算，每年可增加收入约120万元，且改造后电站的自动化水平将得到质的提升，可实现“无人值班、少人值守”，大大减少了人力成本。同时，机组大修周期将大大延长，电站维护成本也会大幅下降。以人力成本节支情况为例初步估算：原先电站职工人数为75人，改造后可减至30人，按每人年工资4.5万元计算，可减少开支202.5万元；扣除设备维护等相关费用后，能实现10年内全部回收建设投资的目标。因此，改造该站后产生的经济效益是可观的。

5 结束语

小河嘴水电站增效扩容改造工程不属于新建工程，对水工建筑没有较大的改动，水库库容不会发生变化，不会涉及征地、移民等问题，也不对环境造成新的影响。

同时，经过上述分析可知，小河嘴水电站完全具备增效扩容改造的条件。通过改造，不仅能消除设备缺陷，而且可大大提高电站的自动化水平，实现较好的经济效益和社会效益。因此，对小河嘴水电站进行增效扩容改造是完全必要的和可行的。

综上所述，我公司在接到上级的有关通知后，即委托设计单位对小河嘴水电站进行增效扩容改造的初步设计工作，目前，该项目已完成了设计并已通过了上级部门的审批，预计在2015年下半年的枯水期即可开始施工，2016年底完成该项工程的竣工验收。

〔编辑：张思楠〕

Abstract： The river mouth Hydropower Station has been in operation more than forty years， the presence of aging equipment， low failure and automated multi-level situation. Therefore， the expansion of the station efficiency transformation is necessary.

Key words： Xiaohezui Hydropower Station； synergistic expansion transformation； aging equipment； level of automation