彭松明

（安徽省桐城市境主庙水库管理处，安徽 桐城 231400）

境主庙水电站始建于20世纪80年代初期，由于当时条件制约，电站设计、设备选型、站址选择、运行方式拟定都存在诸多不合理因素，造成机组运行效率低下（水轮机效率小于80%），再加上设备老化，缺陷日益增多，机组的安全、经济运行已受到严重影响。基于此，本文针对境主庙水电站的增效扩容改造进行研究。

1 工程概况

境主庙水电站位于桐城市境内长江北岸菜子湖流域龙眠河上游，坝址在桐城市区上游约1.5 km处，是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、城镇供水、养殖等综合利用的省重点中型水库。坝址以上流域面积63 km2，总库容2480万m3，正常蓄水位92.0 m，相应兴利库容1475万m3，发电可调节库容760万m3（受城镇供水水位84.0 m限制），防洪保护面积86.3 km2，人口14.6万人。

1984年动工兴建2×200 kW坝后式水电站，由输水隧洞开挖支洞接钢管引水发电。输水隧洞形状为城门洞形，断面尺寸1.5 m×1.5 m，长度179.3 m。引水主管φ1.2 m，长度15 m。引水支管由φ1.2 m渐变成φ0.8 m后接φ0.8 m闸阀。电站于1986年并网发电，设计多年平均发电量123.4万kW·h。

2 水文气象条件

2.1 水文基本资料

2.1.1 气象及雨量站网概况

境主庙水库建库前，龙眠河上只有桐城雨量站，1951年设立至今。挂车河上两个雨量站，分别为唐家湾和新安度。沙河埠站控制的流域内有6个雨量站，降雨系列均大于40年。其中后冲和马鞍山为汛期站。晓天河上晓天径流站控制了6个雨量站，有4个站系列大于40年，小涧冲为汛期站。境主庙水库建库后设立了水文观测站，测量库区降雨和径流资料。

2.1.2 气候特性

本流域位于江淮分水岭附近地带，南北冷暖气团交汇频繁，多气旋活动，受东南台风登陆影响和大别山区地势升高对空气的抬升作用，共同形成了丰沛、集中的降水，使得本流域气候温和、雨量充沛，且雨热同期。

2.2 径流

2.2.1 年径流总量

境主庙水库径流计算采用水库运行观测资料，首先进行径流还原计算，系列为1967年～2011年。

经计算境主庙水库坝址以上1967年～2011年多年平均径流量4646万m3，多年平均入库流量1.58 m3/s，多年平均径流深737.4 mm，多年平均降雨量为1216 mm。径流年际变化较大，年最大降雨量为2140mm，发生在1991年，年最小降雨量为696mm，发生在1978年。另据坝址站资料分析，多年平均降雨日约为140天，降雨集中在5月～9月，其雨量约占多年平均雨量的70%。

2.2.2 设计年径流

由前文可知，境主庙水库坝址以上年平均径流深R=737.4 mm，均方差，式中（Ri为第i年的年径流深），适线按CS=2CV，CS=2.5CV和CS=3CV分别进行计算。

在频率格纸上点绘曲线并用曲线板连接（注意中下部点的吻合情况），从曲线上看，CS=2CV时，适线较好。从频率曲线上可查出:丰水年P=15%，R=1015 mm；平水年P=50%，R=750 mm；枯水年P=85%，R=380 mm。

三年平均径流深为748 mm，与平均径流深R=737.4 mm相差1.5%，可以采用。

2.2.3 设计年径流年内分配

水能计算采用典型年法，对设计的典型年资料需分配到日，便于选择代表年:1）尽可能选取经验频率接近设计频率的年份；2）代表年应有一定的代表性，不能选取特殊年份；3）尽可能选取水量分布不均匀的年份，水库增效扩容分析中选择的三个代表年分别是:丰水年（1977年）R=1061.2 mm，平水年（1984年）R=760.9 mm，枯水年（1994年）R=434.9 mm。三个典型年分配系数分别为:α丰=W设丰/W参丰=0.956；α平=W设平/W参平=0.986；α枯=W设枯/W参枯=0.874。分配系数较小，采用分配系数乘以参证站逐日平均流量，得出典型年的逐日平均流量资料。

2.2.4 径流调节计算

水库正常蓄水位92 m、死水位70 m，发电限制水位84 m，调节库容760万m3，库容系数0.317，属年调节，对水库进行典型年分日等流量调节计算。电站设计保证率采用旬历时保证率，根据有关规定，取85%。

水库在正常蓄水位92 m时，库区面积仅2.1 km2，蒸发损失相对较小，另外水库两岸山体雄厚，无渗漏通道，引水系统与库周渗漏损失也很小，故在径流调节计算时均不计蒸发与渗漏引起的水量损失。发电尾水位根据厂址处水位～流量关系确定[1]。水头损失根据引水设施布置、采用水力学公式计算。经计算，各方案略有不同，大致在1.5 m左右，计算时各方案均取1.5 m。各方案水轮机效率平均在88%左右，发电机效率平均在94%左右。根据推求的典型年逐日入库流量，水能计算汇总表见表1。

表1 等流量调节:境主庙水电站水能计算成果表

3 水电站增效扩容

3.1 水轮机及其附属设备基础改造

为提高水轮机效率，提高电站自动化水平，电站两台水轮机由HL260-WJ-50更新为HL270/A551-WJ-60，需凿除原水轮机蜗壳及进水弯管、尾水扩散管等部位的基础砼，待新基础安装完毕后重新浇筑C25二期混凝土。同样，原发电机、调速器、闸阀、开关柜均予以拆除，按照SFW320-10/850发电机、调速器、蝶阀、开关柜及机组布置要求重新调整位置，然后浇筑混凝土基础[2]。

3.2 水力机械设备改造

境主庙水电站现状装机容量为400 kW，复核扩容后装机容量为640 kW，为两台320 kW机组。

本站净水头在19.0 m～27.0 m之间，查“中小型反击式水轮机使用范围图”，比较合适的水轮机型为混流式。混流式水轮机结构简单，价格便宜，运行维护方便，平均效率高、气蚀性能优越，适用水头范围广，并积累了丰富的制造和运行经验。故本阶段推荐经济适中，且效率高，又便于运行维护的HL270和HL295两种混流式机型。

3.3 水力机械主要设备布置

增效扩容改造后，境主庙水电站装有2台卧式水轮发电机组，发电机总容量为640 kW。本次更新改造主要包括水轮发电机组、蝶阀、调速器、励磁装置、综合自动化、主变和厂变等，更新后的水轮机无论是效率还是空蚀性能均优于原机组，考虑节省投资发电机层地面高程维持在66.00 m不变。

主厂房内布置两台HL270—WJ—60水轮机，配两台SFW320-10/850型发电机。根据机组总长度、机组外缘与墙之间距离、厂内交通和满足一台机大修等要求，确定主厂房长度16.5 m，宽7.8 m。

4 结语

境主庙水库电站增效扩容改造工程的主要任务是通过对水电站机电设备及厂房等主要生产建筑物的更新改造，提高电站的发电效率，改变现在落后的控制保护方式和外观形象，以便更好地适应现代化管理要求，减轻运行管理人员的劳动强度，为水库更好地发挥作用提供保障。