肖绍文

（福建水利电力职业技术学院，福建 永安，366000）

湖溪水电站增效扩容改造方案分析

肖绍文

（福建水利电力职业技术学院，福建 永安，366000）

针对湖溪水电站已运行了20余年，主要设备严重老化、落后，无法满足安全、高效运行要求的实际情况，本文介绍了湖溪水电站增效扩容改造设计。结果表明，改造设计能有效利用水资源，消除安全隐患，增效显著。

湖溪水电站；增效扩容；改造方案

1　工程概况

湖溪水电站位于永安市小陶镇境内，电站位于湖溪河道，文川溪的支流，属闽江沙溪水系。河道总长39km，河口流域面积228km2，河道平均坡降19.6‰。电站坝址建于员岭村所辖湖溪村（自然村）境内，厂址建于湖溪村湖溪河段，距小陶镇13km。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），湖溪电站拦河坝（砌石拱坝）坝高7.2m，工程等级为五等，根据《小型水力发电设计规范》GB50071-2002规定，该电站工程属小（2）型，主要水工建筑物等级为5级，临时建筑物为5级。该电站主要建筑物由大坝、进水口、引水隧洞、压力管、厂房和升压站组成。

湖溪水电站于1993年初动工兴建，1995年10月建成发电，是径流引水式电站。电站坝址以上控制流域面积31.5km2，多年平均年径流量0.294亿m3，多年平均流量0.93m3/s，海拔高程520～350m，落差167.7m，发电设计引用流量0.94m3/s，设计发电水头165.4m，原总装机容量1600kW（1×800+2×400），原设计年发电量641万kW·h。电站内装有水轮发电机组三套，1#水轮机为1997年江西赣南水轮机厂生产的型号为XJA-W-50/1×12.5斜击式水轮机，发电机为南平新中发电机有限公司生产的型号为SFW800-6/990的发电机。2#、3#水轮机为1995年永春水电设备厂生产的型号为CJ22-WJ-70/1×9水轮机，发电机为1995年广东兴宁电机厂生产的型号为SFW99/37-8发电机。

2　电站运行现状问题分析

2.1水工建筑物现状问题分析

湖溪水电站大坝为砌石拱坝，最大坝高7.2m，坝顶高程531.50m，地基岩性为凝灰熔岩，坝址无断裂和活动性断裂通过，地质结构稳定，大坝结构安全稳定。其引水隧洞长2.7km，设计引水流量1.3m3/s，隧洞城门型，进口段尺寸为宽×高=2×2m，长度约600m，尺寸为宽×高=1.5×1.8m，长度约2100m，坡降为1/2000，隧洞末端接压力钢管，一条主管，内径为0.8mm，长度为358m，分三岔管接至厂房。经现场勘察，其隧洞、压力管等引水建筑物结构稳定均能正常运行，只需对隧洞局部进行防渗加固处理就能满足电站运行要求。厂房为砖混结构，结构无大变形和开裂，基础无沉降，厂房稳定性好。但厂房外层老化脱落严重，木门窗也破烂不堪，铁门锈蚀严重。

2.2机电设备现状问题分析

（1）水力机械现状问题分析

该水电站机组经过20年的运行，机电设备已严重老化，主要存在以下问题：

1）水轮机超期服役，机组效率低，运行过程中问题较多，喷针不灵活，喷嘴关闭不严而漏水；斗叶磨蚀严重，运行效率下降，单位耗水量增大；水轮机轴瓦间隙大，机组振动大；机组零部件锈蚀严重、配件无法更换。特别是2台CJ22机组漏水特别严重，经常要检修，且并网稳定性差。

2）发电机在长时间运行过程中定子、转子线圈老化，绝缘强度低；定子、转子铁芯温度高；定子线圈压块已松动；机组噪音和振动偏大。

3）励磁机运行时换向器线速大，线圈老化，转动部件磨损严重。

4）调速为手动操作器，已没有零部件更换，并网稳定性差。

5）闸阀由于使用时间长，螺杆及转动零部件磨损大，闸体腐蚀严重，法兰结合部分锈蚀严重有漏水。

（2）电气设备现状问题分析

励磁调节系统运行时间长，设备老化，调节时有故障；低压柜的断路器老化，操作不灵活，继电器产品过时，损坏后替换难；控制屏系统机械陈旧，设计落后，按钮触点常接触不良，控制回路也时有故障出现；主变压器出现温升高和渗油现象，过时产品，损耗很大；高压断路器户外油断路器，运行多年，设备陈旧，灭弧性能差；二次仪表准确度低，继电保护装置失灵，保护设备均为传统的电磁式保护，经常出现误动且可靠性差，还有测量导线绝缘老化、脱落、出现短路，烧坏高压开关柜。送电线路为裸露导线，运行维护工作量大，有个别杆段线径偏小。

综上所述，湖溪水电站增效改造的建设是十分必要的和紧迫的。

3　增效扩容改造设计

3.1水工建筑物改造设计

（1）隧洞防渗加固改造

在隧洞经20年运行与维护，因本电站为高水头电站，引用流量小，隧洞断面尺寸较大，洞内流速小，虽装机容量增加，其过水能仍满足要求，故只需对隧洞内局部进行防渗加固处理。

（2）厂房改造

厂房为地面式，现状主厂房尺寸长×宽×高= 21.79×8.24×7.2m，经过20年的运行，厂房木质门窗开裂、脱漆、腐蚀，原厂房室内外墙面脱皮，颜色蜕变，严重影响厂房整体美观，需要翻修。此外，厂房周围及生活区路灯、铁质栏杆、扶手锈蚀严重，也存在严重安全隐患，进行更换维修。厂房改造方案为内墙用M10水泥砂浆抹面，面刮腻子二道，厂房外墙体上涂外墙漆；厂房顶棚防渗涂漆；原来木门更新为卷闸门。

（3）升压站改造

升压站布置在厂房右端，其尺寸8m×5.8m，高程为360.70m，为户外式升压站，四周用围墙围护。在原变压器基础上安装S11-800/11和S11-1600/11型主变各一台，容量分别为800kVA和1600kVA，电压组合均为11/0.4kV。在原构架基础上更换两台10kV真空开关。由于对主变设备更换，相应构架、主变基础和电缆沟的土建部分也需要进行改造。

3.2机电设备改造

（1）水轮发电机组及辅助设备改造

根据增容改造要求和现有机组产品资料，选用适合湖溪水电站的两种模型转轮比较：方案1为CJA237-40；方案2为CJA475-40，方案3为XJA-20模型参数比较如表1。CJA237该转轮为原冲击CJ22传统转轮进行改型产品，具有较高的效率区。CJA475该转轮为使用高水头的转轮，具有高的效率。XJA该转轮结构简单，制造方便，适用于小型水轮机，但效率偏低。从CJA237、CJA475和XJA转轮的参数表可看出，CJA475转轮效率较高，而CJA475为整铸不锈钢转轮比CJA237焊接合金钢有更好的结构性能，XJA效率相比于 CJA475、CJA237效率偏低。故选择CJA475转轮较CJA237、XJA为优。而CJA475型转轮有单喷嘴和双喷嘴两种，见表2。从表中可以看出单喷嘴方案转速较双喷嘴方案低，两方案水机造价偏差不大，但单喷嘴方案发电机造价较高，机组总造价多14万元，而且双喷嘴效率比单喷嘴略高。此外，考虑到本电站厂房空间有限，为了方便机组布置和增加厂房设备间净距等，本电站最终选用CJA475双喷嘴转轮，采用立轴布置。即确定水轮机为CJA475-L-70/2× 7.8。

根据水轮机选型配套计算，发电机选择3台630kW，型号为SF630-8/990，发电机出线电压为400V。新机组的采用无刷励磁，定子机座采用自然通风结构。原机组调速器为手动操作器，已是淘汰产品，本电站选用3台型号为CJWT-2/2-4.0可编程微机调速器，该调速器为双喷双折，调速功为6000N.m，调速器的工作油压为4.0Mpa，采用高压气囊贮能式。更新2台型号为Z941H-25-DN400手电动闸阀，1台型号为Z941H-25-DN500手电动闸阀。

表1　水轮机模型参数比较表

表2　CJA475型水轮机方案比较表

（2）电气设备改造

保留原有主接线方案，发电机端电压为0.4kV，发电机端采用分段单母线接线，Ⅰ段母线带一台630kW发电机同时和一台800kVA变压器构成单元接线，Ⅱ段母线带两台630kW发电机并和一台1600kVA变压器构成扩大单元接线，出线为10kV电压等级，单母线接线，一条10kV线路T接至上湖口电站出线。每台机配置一体化屏一面，综合保护、测控、水机自动化、励磁调节等功能于一体，厂用电取自两段机端母线，并采用双电源自动切换装置进行切换，配厂用电切换屏一面，屋外变压器保护控制采用集中组屏方式，与厂用电配电系统共用一面屏。更换原有2台主变压器及2组避雷器、2台真空断路器，1#主变压器S11-800/11变比为 11×（1±2×2.5%）/0.4，2#主变压器S11-1600/11变比为11×（1±2×2.5%）/0.4。

4　增容改造后效益评价

湖溪水电站增效扩容改造需为期6个月施工，改造后电站装机容量增加至1890kw，机电设备采用高效节能型，使得机组的综合效率大大提高；年发电量由实际的503.2万kw.h，增加到764.8万kw.h，年利用小时为4046.5h，年新增发电量261.6万kw.h，增加了52%，增效显著。

5　结语

通过更新改造后，可提高机组安全运行可靠性，降低电站噪音，机组检修安装更加方便，使得职工劳动强度显著减轻，其生产条件得到改善，从而更好的保障了职工的生命财产安全。同时增效改造后，电站自动化运行程度提高，机组的能量转换效率也大幅提高，发电能力增强，新机组出力足，可以大幅提高电站的发电经济效益。

［1］穆建军.农村水电站增效扩容改造关键技术问题的探讨［J］.小水电，2012（5）：6-8.

［2］薛鹏，王鑫，田娅娟，等.中小水电站增效扩容改造的主要问题及解决方案［J］.中国农村水利水电，2014（02）：133-136，141.

［3］胡四一.全面推进农村水电增效扩容改造需关注的问题及建议［J］.中国水利，2013（08）：10-12.

［4］盛国林.水轮发电机组安装与检修［M］.北京：中国电力出版社，2008.

Efficiency Increase and Capacity Expansion Reconstruction Project of Huxi Hydropower Station in Yong'an City

XIAO Shao-wen
（Fujian College Of Water Conservancy And Electric Power，Yong’an366000，Fujian）

After the operation over 20 years，the main equipment in Huxi hydropower station is in a serious aging situation with low efficiency and high security risk.Under this circumstance，a reconstruction plan on efficiency increase and capacity expansion of Huxi hydropower station is proposed.It turns out that in this case the reconstruction can effectively improve the water resources，reduce the security risk and also increase efficiency greatly.

Huxi hydropower station；efficiency increase and capacity expansion；reconstruction project

TV738

A

1671-5004（2016）03-0011-03

2016-8-22

肖绍文（1985-），男，福建三明市人，福建水利电力职业技术学院助教，研究方向：水电站增效扩容。