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水电站增效扩容改造探索与实践

信息来源:www.sygtsd.com 发布时间:2018-11-06
中小水电站作为我国能源供应的重要组成部分,在历史上发挥了重要而积极的作用,既为经济社会发展提供了稳定的电力能源供应;又发挥了防洪、抗旱的重要作用,确保了当地流域的安全。但随着经济社会的快速发展,中小水电站由于运营时间久远,受当时装备水平、设计标准、施工技术等方面的限制,已经不能充分满足当前经济社会发展需求,迫切需要进行增效扩容改造。

1 工程概况

板桥水库位于河南省驻马店市,淮河支流汝河源头,控制流域面积为768 km2,总库容为6.75亿m3,汛限水位110 m,兴利水位111.50 m,具有防洪、灌溉、发电、水源供水、渔业养殖等功能。该水库始建于20世纪50年代,是新中国成立后国家兴建的第一批大型水库之一,先后于1956年扩建加固,1978年复建,后又经历停工,并于1987年复建,1993年建成并投入运营。

板桥水库水电站是国家“七·五”计划板桥水库复建工程的重点项目之一,是板桥水库控制性工程,该电站位于板桥水库大坝南端,利用引流输水管道引水进行发电,经由35 kV变电站并入电网,该水电站总装机达4×800 kW,原设计年发电量为380万kW·h。

该水电站自运营以来,累计发电近万万千瓦时,因运行时间久远,相关设备已经不同程度地出现问题,电站综合能效相对偏低,部分设备运行可靠性降低,严重影响电站的正常运行,为了有效降低电站运行的危险系数,提高电站综合能效,非常有必要对该水电站进行增效扩容技术改造,使其容量进一步增加,安全系数进一步提升。

2 板桥水库水电站存在主要问题

板桥水库水电站自建成已经运行23 a,由于建站时间长、运营时间久,且受当时技术、装备水平所限,水电站存在设备老化及安全隐患等问题,在一定程度上影响了水电站的高效有序运行。

2.1 运行可靠性低

该水电站设计于20世纪90年代,受当时设计理念、技术水平、装备条件等的限制,特别是经过20多年的运行,存在水电站设备老化、技术落后,一些元器件、制造材质等,其防沉和抗气蚀能力较弱,特别是由于焊接技术不过硬,一些转动部件由于长期运行产生变形,导致发生振动现象,严重影响设备的正常运转和设施的整体安全。

2.2 发电效率降低

该水电站由于设计年代较早,最早由苏联水利专家设计,后遭受“75·8”自然灾害破坏,又重新进行设计建设,由于受当时设计水平、理念、工艺和建设手段所限,一些设施出现运行风险。比如:水轮机由于早期使用的以碳钢为主,质量水平制造工艺水平较低,由于长期受水和泥沙的侵蚀,水电站设备的抗腐蚀能力较弱,导致一些水轮机的运行产生振动,甚至会影响设施的整体运行风险。由于这些因素的存在,导致水轮机运行阻尼增加,能效转化效率较低,导致发电效率降低,因此,需要进行技术改造。

2.3 运行存在隐患

水电站由于运行时间较长,出现不同程度的锈蚀,使设备的密闭性大打折扣,一些地方出现不同程度的渗漏现象,甚至影响正常停机;由于设备部件局部产生变形,摩擦生热,导致部件局部湿度升高,无法实现调速器的正常调节;电站整体自动化程度低,自身能耗较大,需要大量的人工进行设备运营维护,增加了运营成本。同时,存在水电站参数设计落后,导致发电机容量及效能转换存在诸多问题,存在带病运行的问题,需要进一步加大增效扩容改造的力度,实现库区安全度汛和发电效益双丰收。

3 板桥水库水电站进行增效扩容改造的意义

根据以上分析,板桥水库水电站存在运行可靠性低、发电效率降低、运行存在隐患等问题,进行增效扩容改造非常必要,对于板桥水库的科学高效运行具有十分重要的现实意义。

3.1 提升发电效益

板桥水库水电站进行增效扩容改造,可以充分利用现有水资源优势,增加水电站发电能力。该水电站的发电机组可以从3 200 kW增容至4 000 kW,增效扩容后年均发电量可达到733万kW·h,年均发电量可以实现近201万kW·h的增量,增效可达近40%,这将进一步挖掘水库发电潜能,以落后设备的小规模更新,较小的投入实现发电效益的提升。

3.2 提升综合效益

对板桥水库水电站进行增效扩容改造,彻底改变设备漏水渗水等问题,可以进一步优化改善水电站周边环境。同时,由于发电效益的提升,并网供电能力进一步提升,可以为周边城镇提供更多的能源及水源供应,可以有效缓解农村电力供应不足的问题,使广大农村电器可以正常使用,持续改善农村生产生活条件,减少传统能源的利用,从而使传统能源消耗方式带来的污染问题得以改观,同时,由于综合自动化系统的引入,可以进一步减小人工作业的工作量,经济效益、环境效益和社会效益十分明显。

3.3 提升安全效益

该水电站进行增效扩容改造,对一些老旧损毁、存在问题的设备进行更换,可以有效解决设计不优、质量存在问题、运行存在隐患等问题,通过设备更新、装备综合自动化管理系统,对一些关键参数进行优化,可以提高设备的安全运营水平和水电站综合自动化管理水平,消除安全隐患,提升安全运营水平,彻底改变水电站安全运营中滞后的问题,从而为板桥水库整个库区的安全运行打下坚实的基础。

4 板桥水库水电站增效扩容改造对策

4.1 扩容改造遵循的原则

根据板桥水库水电站存在的问题,结合板桥水库水电站的运营实际状况,水电站水工建筑物、相关固件运行状态较好,为节约成本,没有必要对其进行更新,综合进行相关效能计算,通过更新水轮发电机组的方式,具有投入小、增容效果好的优势,可以有效提高机组的发电效率,扩大电站的供电能力。

4.2 水轮发电机组设计参数选择

通过对板桥水库历年运行数据进行分析,该水库运行兴利水位为111.50 m,死水位为101.04 m。根据测量记录:该水库尾水位-流量之间成近似线性关系,可知该电站最大毛水头为96.40 m,最小毛水头为94.20 m,板桥水库水电站处于现有水头以下,仍有较大的扩容空间。在对水电站现场尾水管、蝇壳等进行了实地勘察,经过对多个模型进行分析比较,将HLS110C型水轮机转轮替代在原水轮机转轮HL110-WJ-60,并由800 kW增容至1 000 kW,机组运行水头定在6.00~16.00 m以内。

4.3 水轮机组装机选择

根据水能复核计算结果,以及该水库每年来水量及水源变化统计分析,为合理利用有限的水能资源,提高利用效率,结合汛期高水头发电,增加经济和社会效益,需要对电站进行适当增容。在水能复核计算的基础上,水轮机组装机方案为将容量为4×800 kW机组增容至4×1 000 kW,总装机容量增加至4 000 kW。


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