工程設計證號湖南省XX縣XX河壩電站增效擴容工程初步設計報告湖南省XX市水利水電勘測設計院二O一二年三月目錄1綜合說明111現狀分析與評價112水文613工程地質714工程任務和規模715水工建筑物設計及復核1016發電機與水力機械1017電氣設備改造設計1118金屬結構1219消防及暖通設計12110施工組織設計13111工程管理13112工程概算14113經濟評價14114附工程特性表162現狀分析與評價1921電站現狀分析1922電站綜合能效評價2223電站技術改造目標與內容243水文計算及水能復核2531流域概況2532氣象2533水文基本資料2534徑流計算2535水能復核計算2936水利水能344工程地質3641區域地質概況3642地震及區域構造穩定性3643庫區工程地質評價3644主要建筑物工程地質評價375工程任務與規模3851工程基本情況3852電站技術改造任務3853洪水標準和防洪特征水位選擇3954電站改造裝機規模396水工建筑設計及復核4361設計依據4362水庫樞紐建筑物4463電站建筑物現狀及存在的問題4564發電進水涵洞復核計算4566廠區建筑物477水力機械4971發電機及水力機械存在的主要問題4972發電機及水力機械改造方案4973調速器和進水主閥改造設計5474水力機械輔助設備改造設計5475采暖通風5576水力機械改造設備匯總表558電氣設備5781電氣一次改造設計5782電氣二次589金屬結構5991XX河壩電站金屬結構現狀5992XX河壩電站金屬結構改造方案5993XX河壩金屬結構改造情況5994XX河壩電站金屬結構改造設計5910消防60102消防設計依據和原則60103工程消防設計6011施工組織設計64111施工條件64112主要工程內容64113施工進度計劃6412工程管理66121管理機構66122工程管理范圍和設施66123管理經費67124工程管理運用6713工程概算70131基本情況70132編制說明70133工程投資7114經濟評價73141基本依據和基礎資料73142財務評價73143國民經濟評價74144評價結論741綜合說明11現狀分析與評價111工程基本情況XX河水閘位于湘江一級支流紫水XX河上游XX縣大廟口境內，距XX縣城35KM，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電等綜合利用的水利工程。設計灌溉面積27萬畝，防洪保護農田21萬畝、人口15000人。水閘電站廠房2處，總裝機容量為825KW。XX河水閘建于1967年，主要由壩內引水涵管、攔河閘、沖砂底孔、壩后電站廠房等建筑物組成。攔河壩為漿砌石重力壩，由溢流壩段和非溢流壩段組成，總長845M。非溢流壩段分為左、右岸壩段，左岸擋水壩段長150M，壩頂高程2812M，壩頂寬35M，最大壩高314M。右岸廠房壩段長230M，壩頂高程2763M。溢流段總長465M，溢流前緣凈寬440M，堰頂高程2763M，最大堰高265M。堰面為WES曲線，下接108的直線段，下游采用挑流消能，反弧半徑7M，挑射角25，挑流鼻坎高程2632M，鼻坎寬度352M。在大壩迎水面設置有混凝土防滲面板，防滲板由多次加固而成，各處厚度不一，頂部至264M高程，厚約35M，向下逐漸變薄，至2766M厚僅05M，至2736M厚皆為05M，從2736M至壩基約12M。防滲面板設計標號C15，面板布有6溫度鋼筋，縱橫間距各為30CM。整個防滲面板設有1條伸縮縫。溢流面設有厚04M的C20砼溢流面板，面板里布置有12溫度鋼筋，縱橫間距均為30CM。沖砂底孔布置于大壩左端，進口底板高程2648M，斷面為城門型，寬1M，直墻高1M，園拱半徑為05M，涵身與壩軸線垂直線成左偏15夾角。整個涵身才用石灰石粗條石砌筑而成，管長28M，目前已封堵廢棄。原發電引水管（即低涵）位于溢流壩的右端，為直徑1M的鋼筋混凝土壓力管，進口高程2578M，管長2162M，進口1445M長與壩軸線垂直，后717M右轉24，管身為砼預制管，管壁厚012M。進口設鋼質平板直升式檢修閘門，由15T手搖絲桿啟閉機啟閉。1987年新建發電輸水涵后，已將此涵變為了沖砂底孔。灌溉引水管（即高涵）位于大壩左端，為漿砌石箱型涵，進口高程26992M，斷面尺寸為05M07M。進口設鋼質平板直升式工作閘門，由5T手搖絲桿啟閉機啟閉。1987年新建發電、灌溉引水涵管位于大壩右端，進口高程2618M，為鋼筋砼襯砌的圓管，主管直徑15M，出口分為三根岔管，2根發電管，管內徑為08M，1根灌溉管，管內徑為07M。涵管進口設鋼質平板直升式工作閘門，由5T手搖絲桿啟閉機啟閉。電站廠房2處，其中壩后電站裝機容量為2250KW，發電尾水進入河床，電站設計水頭195M。渠首電站裝機容量為200125KW，發電尾水進入引水渠，電站設計水頭17M。電站水輪發電機組目前已運行30多年，由于水輪機過流部件受高速含沙水流的沖擊、空蝕磨蝕破壞較嚴重，輔助設備老化，近年來出現了較多的問題，機組效率大幅降低，發電量逐年減少，電站設計年發電量220萬KWH，近10年來實際最高年發電量198萬KWH（2003年），最低年發電量102萬KWH（2007年），年均發電量1645萬KWH。112電站運行現狀XX河壩電站設計裝機4臺，總容量825KW。經現場檢查和查閱資料，電站運行現狀歸納如下電站水工建筑物陳舊，但基本能滿足發電運行要求。機組出力效率明顯降低。目前電站1機組是上世紀80年代的產品，運行至今已有30多年，現出力只有60左右。壩后電站2機組容量200KW，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力150KW，且發電機在出力140KW左右發熱嚴重，機組效率水平為75；3機組存在與2機同樣現象，在設計水頭工況（設計水頭HR17M時）最大出力200KW，機組效率水平為80。近年來，由于機組空蝕磨蝕嚴重，設備老化等因素，機組出力逐年下降，目前，在水庫處正常水位，水輪機過額定設計流量時，4機組出力200KW左右，機組出力降低1520左右，機組效率水平已低于75。水輪機組檢修工作量逐年增大。機組都存在振動過大，檢修難度大，費用過高，同時造成設備臨檢而不能發電；廠家制造工藝較差，機組水導處止水密封漏水嚴重，水導油盆經常進水，水軸頸及軸瓦磨損嚴重造成水導振擺過大，每年的檢修費用很大。機組和電氣設備已超過使用期限，嚴重老化，故障率高。發電機組、主變壓器、控制保護設備、起重設備都是上世紀70年代出廠產品，老化嚴重，有些配件已難以采購，電站雖能勉強維持運轉，但故障率高，運行狀況差，維修任務大，停電時間長，急需要更新改造。113電站存在的主要問題XX河壩電站自1979年投產以來，已運行30多年，鑒于電站建設時機電設備的制造技術水平較低，以及運行時間長，設備老化磨損嚴重，電站主要在設備方面存在諸多問題。水輪機空蝕、磨蝕破壞嚴重水輪機轉輪葉片磨損嚴重。水輪機轉輪的材質為普通碳鋼，抗空蝕能力低，目前，檢查發現葉片及下環的空蝕和泥沙磨損較嚴重，葉片背面的空蝕部位已被氣蝕成蜂窩狀。轉輪密封間隙過大。由于水軸頸及軸瓦磨損嚴重造成水導振擺過大，既造成較大的容積損失，同時又造成設備臨檢而不能發電。機組出力、效率逐年下降由于上世紀早期編制的水輪機模型轉輪型譜中可供各水頭段選用的轉輪型號少，電站只能“套用”相近轉輪；其主要能量指標單位流量、單位轉速、模型效率都比較低。因而使機組偏離電站實際運行參數，導致水輪機偏離高效率區，造成機組運行的平均效率低、耗水量大，水能資源未能得到充分利用的。本電站水輪機組新機時的效率大約為80，由于水輪機通流部件空蝕、磨蝕導致的水力損失逐漸增大，目前機組效率已大幅下降。XX河壩電站原調速器型號為YT系列，經過多年運行，調速器控制元件磨損老化、調節失靈；調速器是上世紀中生產的老式產品，備品備件無處采購，修復難度很大。現全部更換為微機調速器，型號YWT系列，調速功300600KGM。電氣設備老化，故障率高。電站主變壓器三臺，型號分別為S7315/400V2臺和S7400/400V，均是上世紀80年代產品；高壓開關柜、控制保護設備都是老式產品，繼電器、控制儀表、測量儀表全部是機械式產品，技術水平低，且運行時間長，已嚴重老化，運行中故障率高，耗電量大，既不安全，又不節能，難以適應電站安全經濟運行要求。114電站綜合能效評價1、電站水能利用評價XX河水閘閘址以上控制集雨面積7863KM2,干流長度173KM，干流坡降44。多年平均降雨量1715MM，多年平均蒸發量14626MM。電站設計裝機825KW，設計多年平均發電站220萬KWH，20022011年電站實際年平均發電量1645萬度。根據電站水能計算，XX河壩電站壩址控制集雨面積7863KM2，多年平均流量177M3/S，水能利用率僅60左右。由此可見，本站水能利用率是很低的，對XX河壩電站增效擴容改造十分必要。2、機組運行效率評價目前電站1機組水輪機型號為ZD661LMY60，配套發電機型號為TSN59/418，額定轉速750R/MIN，額定功率125KW，額定功率因數08（滯后），額定電壓038KV，湖南XX縣水電設備廠出品，為1972年9月的產品，運行至今已有30年，現出力只有50左右，達到了報廢標準。2機組容量200KW，水輪機型號均為HL123WJ50，配套發電機型號為TSWN85/3，額定轉速750R/MIN，額定功率200KW，額定功率因數08（滯后），額定電壓04KV，2臺水輪發電機組均為邵陽市水輪發電機廠1979年的產品，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力150KW，且發電機在出力140KW左右發熱嚴重，壩后電站3、4機組容量250KW，水輪機型號均為HL260WJ60，配套發電機型號為TSWN9019，額定轉速750R/MIN，額定功率因數08（滯后），額定電壓04KV，2臺水輪發電機組均為為邵陽市水輪發電機廠1979年的產品，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力200KW，且發電機在出力210KW左右發熱嚴重，機組效率水平為80。由于機組出力效率低，單位電能耗水率大大增加，電站發電量大幅度減少，嚴重影響了電站經濟效益的發揮。3、電站增效擴容的可行性評價XX河壩電站設計裝機825KW，設計多年平均發電站220萬KWH，20022011年電站實際年平均發電量1645萬度。通過技術改造，電站裝機容量為1000KW，多年平均發電量可達2908萬KWH，比原設計年增加發電量708萬KWH，增加比例為32；比20022011年電站實際年平均發電量1645萬度增加發電量1263萬KWH，增加比例為768。水量能滿足增發電量要求。XX河壩電站發電多年平均可用水量6528萬M3，改造后發電量2908萬KWH，需要供水量4587萬M3。引水建筑物能滿足輸送流量要求。發電輸水涵洞位于非溢流壩的右壩段，為鋼筋砼圓形涵管，內徑為15M，長25M，進口底板高程為2618M，原設計引用流量6M3/S，設計流速為339M/S，擴容后設計引用流量6M3/S，流速為339M/S，屬經濟流速范圍，無需改造。廠房及升壓站建筑物結構尺寸能滿足技術改造要求。本次技術改造水輪發電機組臺數減小1臺，主變壓器臺數不變，高低壓配電屏柜及輔助設備臺數與原來基本相同，控制保護采用微機自動化裝置，屏柜臺數還有所減少，廠房及升壓站原有建筑物結構及尺寸都能滿足改造要求。更換水輪發電機組，出力效率會大幅度提高。原有3、4水輪機組因老化磨蝕嚴重，出力效率降至77左右，更換新機組后，機組綜合出力效率可達到92，與現狀相比，機組出力效率可增加15。電量上網不存在問題。XX河壩電站電力輸入XX縣電網，XX縣電網與湖南省電網已連網。XX縣電網電力總裝機容量達到100MW，用電負荷達到116MW，年用電量達到6億KWH。XX河壩電站改造后比原設計年增加電量約70萬KWH，對電網影響微小，且電站有水庫調節，發電穩定，是優質電，電網將優先接納，故增效改造后增加電量上網不存在問題。從以上分析說明，XX河壩電站進行增效改造的條件基本上能滿足，所以，對XX河壩電站進行增效擴容改造是可行的。115電站技術改造目標與內容1、電站技術改造目標XX河壩電站增效擴容改造主要目標為通過增效擴容改造，消除電站安全隱患，減小不合理的裝機，提高電站經濟效益；水輪發電機組綜合效率由原設計82提高到90；多年平均發電量由原設計250萬KWH增加到2908萬KWH，增加發電量708萬KWH，增加比例為32。較改造前10年實際平均年發電量1645年KWH增加發電量1906萬KWH，增加比例為768。2、電站技術改造內容電站技術改造主要項目如下（一）水力機械水輪機改造。水輪機更換3臺，拆除1臺。發電機更換。發電機更換3臺，拆除1臺。水輪機調速器更換。調速器3臺，拆除1臺。油、氣、水系統設備及管路更換。（二）電氣設備更新改造高低壓配電裝置更換。包括105KV廠用變、10KV高壓開關柜、400V低壓配電屏?？刂票Ｗo設備更換。包括發電機組及調速器機旁屏柜、微機控制保護裝置、微機監控裝置、自動化裝置、直流系統裝置、工業電視裝置、通信系統裝置等。升壓站設備更換。包括主變壓器3臺、斷路器、電壓互感器、電流互感器、隔離開關、避雷器等。12水文121流域概況XX河壩位于湘江一級支流紫水河上游，地處XX縣大廟口境內，距XX縣35KM。閘址以上控制集雨面積7863KM2,干流長度173KM，干流坡降44。122氣象河壩電站屬亞熱帶大陸季風濕潤氣候，熱量充足，四季交替分明。灌區多年平均氣溫137184，多年平均日照為15233H，多年平均降雨量1715MM，多年平均蒸發量14626MM。123徑流XX河壩壩址逐月平均流量直接從省勘測設計總院2009年編的湖南省XX縣蘆江水庫初步設計報告引用，然后通過水文比擬法求得XX河壩壩址逐月平均流量。結果見表13。表13XX河壩壩址各典型年徑流M3/S頻率典型年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月197004510135441170937023829139642106023910豐水年045101356412712372238292397422060240198511845231230416519823426620408311509850平水年118454314305165199235267205084116099196910806016613039612002413301520006201590枯水年10806016813139912102513401520206201513工程地質131區域地質概況河壩位于XX河流域干流上，在XX舜皇山林區，屬萌渚嶺山系的一部分，境內大部分的山地在海拔2001000M之間，群山連綿，河流溪溝曲折蜿蜒，兩岸山坡陡峻，基巖裸露，屬侵蝕中低山地貌類型。根據安全評價地勘，XX河攔河壩地層分為二層，層為紫紅色中厚層狀石英砂巖，呈強弱風化狀態，節理裂隙發育，巖石較破碎，透水性較大，多在12533LU，為中等透水巖帶，透水帶厚度510M。層為弱風化基巖區，紫紅色中厚層狀砂巖，巖體相對完整，透水性相對較小。132主要建筑物工程地質條件1321庫區工程地質庫區為高山峽谷地形，庫岸山體極為雄厚，庫盆由砂巖組成，滲透性較弱，水庫無滲漏之憂。庫岸基巖裸露，因節理發育，巖體較破碎，山坡表層的殘坡積層在重力、水文氣象等因素作用下，局部的小型坍塌、滑坡對水庫影響不大，庫岸基本穩定。壩兩岸山坡陡峻，山體雄厚，森林茂密，兩岸山坡穩定，不會有較大的塌方發生。1322廠址主要工程地質問題及評價廠房座落于上壩后階地上，階地地勢較平緩，斜坡1015。地表覆蓋層為第四系全新統沖積層（ALQH）砂質壤土，礫卵石夾砂厚45M，以及坡積殘積層（DLELQH）粘土碎石，厚23M。下伏基巖，為石灰巖及其互層，巖層產狀125/SW0，EIRR223312。說明項目經濟上是有投資價值的，能給社會創造較高的產出。并根據敏感性分析可知，本項目在國民經濟評價中有著較強的抗風險能力。有較高的投資開發價值。1134評價結論經過分析，該電站增效擴容有良好的經濟效和社會效益，可挖掘發展可再生能源、促進節能減排，也可通過改造達到消除電站安全隱患、保障公共安全的需要。業主早有改造之心，但業主無力依靠自身資金實力進行改造升級，希望本次能得到國家的支持，業主愿意盡全力籌資對電站進行全面擴容改造，實現資源發揮最優效益。114附工程特性表工程特性表指標序號及名稱單位技改前本次技改備注一、水文1流域面積工程地址（壩址）以上KM27867862利用的水文系列年限年2650195920103多年平均年徑流量億M3198214特征流量M3/S設計洪水標準及流量（P2）M3/S321壩址校核洪水標準及流量（P02）M3/S543壩址二、水能指標裝機容量KW8251000保證出力（P85）KW85/280多年平均發電量萬KWH2202908近十年平均發電量萬KWH1645年利用小時H渠首電站2025壩后電站31284工程永久占地HM2無增加三、主要建筑物及設備1引水壩型式重力壩重力壩壩頂高程M28122812最大壩高M31314壩頂長度M8458452輸水建筑物進口高程M26182618涵洞全長M250250斷面（直徑）M1515鋼筋砼圓形設計引用流量M3/S66閘門尺寸M1717工程特性表指標序號及名稱單位技改前本次技改備注4廠房壩后電站廠房尺寸（長寬）MM1858218582渠首廠房尺寸（長寬）MM1128711287水輪機安裝高程M廠房地面高程M5開關站面積（長寬）MM201220126主要機電設備渠首電站水輪機1臺HL123WJ42HLA551CWJ601臺ZD661LMY60拆除發電機1臺TSWN85/3SFW2008/8501臺TSN59/7418拆除調速器臺YT300YWT300機型臺YT300拆除勵磁1臺FKL21新型號靜止可控硅壩后電站水輪機2臺HL260WJ60HLA551CWJ71發電機2臺TSWN9019SFW40012/990調速器手動調速器SDT300機型勵磁FKL21新型號靜止可控硅額定電壓KV0404主變壓器型號11臺S7400/10/04S11250/04主變壓器型號22臺S71000/10/04S111000/04工程特性表指標序號及名稱單位技改前本次技改備注2主要建筑材料水泥T74砂子M3265卵石M3281塊石M3339鋼筋T553所需勞動力總工日工日0784對外交通（公路）距離KM35XX縣城5施工期限總工期月6八、經濟指標1靜態總投資萬元212772總投資萬元21277其中建筑工程萬元1432機電設備及安裝工程萬元15994金屬結構及安裝工程萬元779施工臨時工程萬元45獨立費用萬元1609基本預備費萬元1013建設征地地及移民安置補償投資萬元水土保持工程萬元環境保護工程萬元3綜合利用經濟指標水電站單位千瓦投資元/KW21277單位電度投資元/KWH168發電成本元/KWH866經濟內部收益率2233財務內部收益率1242上網電價元/KWH03投資回收期年752現狀分析與評價21電站現狀分析211工程基本情況XX河壩位于湘江一級支流紫水XX河上游XX縣大廟口境內，距XX縣城35KM，是一座以灌溉為主，兼顧防洪、發電等綜合利用的水利工程。設計灌溉面積27萬畝，防洪保護農田21萬畝、人口15000人，發電廠房2處，總裝機容量為825KW。XX河壩建于1967年，主要由壩內引水涵管、攔河閘、沖砂底孔、壩后電站廠房等建筑物組成。攔河壩為漿砌石重力壩，由溢流壩段和非溢流壩段組成，總長845M。非溢流壩段分為左、右岸壩段，左岸擋水壩段長150M，壩頂高程2812M，壩頂寬35M，最大壩高314M。右岸廠房壩段長230M，壩頂高程2763M。溢流段總長465M，溢流前緣凈寬440M，堰頂高程2763M，最大堰高265M。堰面為WES曲線，下接108的直線段，下游采用挑流消能，反弧半徑7M，挑射角25，挑流鼻坎高程2632M，鼻坎寬度352M。在大壩迎水面設置有混凝土防滲面板，防滲板由多次加固而成，各處厚度不一，頂部至264M高程，厚約35M，向下逐漸變薄，至2766M厚僅05M，至2736M厚皆為05M，從2736M至壩基約12M。防滲面板設計標號C15，面板布有6溫度鋼筋，縱橫間距各為30CM。整個防滲面板設有1條伸縮縫。溢流面設有厚04M的C20砼溢流面板，面板里布置有12溫度鋼筋，縱橫間距均為30CM。沖砂底孔布置于大壩左端，進口底板高程2648M，斷面為城門型，寬1M，直墻高1M，園拱半徑為05M，涵身與壩軸線垂直線成左偏15夾角。整個涵身才用石灰石粗條石砌筑而成，管長28M，目前已封堵廢棄。原發電引水管（即低涵）位于溢流壩的右端，為直徑1M的鋼筋混凝土壓力管，進口高程2578M，管長2162M，進口1445M長與壩軸線垂直，后717M右轉24，管身為砼預制管，管壁厚012M。進口設鋼質平板直升式檢修閘門，由15T手搖絲桿啟閉機啟閉。1987年新建發電輸水涵后，已將此涵變為了沖砂底孔。灌溉引水管（即高涵）位于大壩左端，為漿砌石箱型涵，進口高程26992M，斷面尺寸為05M07M。進口設鋼質平板直升式工作閘門，由5T手搖絲桿啟閉機啟閉。1987年新建發電、灌溉引水涵管位于大壩右端，進口高程2618M，為鋼筋砼襯砌的圓管，主管直徑15M，出口分為三根岔管，2根發電管，管內徑為08M，1根灌溉管，管內徑為07M，涵管進口設鋼質平板直升式工作閘門，由5T手搖絲桿啟閉機啟閉。電站廠房2處，總裝機容量為825KW，其中渠首電站裝機容量為200125KW，發電尾水進入總干渠，電站設計水頭17M。壩后電站裝機容量2臺250KW，發電尾水進入河床，電站設計水頭195M。設計多年平均發電站220萬KWH，近十年實際實際年平均發電量1645萬度。XX河壩近十年發電量統計表年份發電量（萬度）年份發電量（萬度）2002198200719520031732008127200415020091752005210201014520061022011170小計833812年均1645212電站運行現狀經現場檢查和查閱資料，電站運行現狀歸納如下電站水工建筑物陳舊，但基本能滿足發電運行要求。大壩、發電輸水涵洞、沖砂導流涵洞及壩后廠房等已使用30多年，目前現場檢測發現，因鋼筋混凝土澆筑質量差，且已運行多年，涵管砼剝蝕及露筋現象嚴重，并存在較多的環向裂縫，同時砼強度達不到原設計的C20的強度等級。電站廠房是磚混結構建筑，較為陳舊，但廠房未發現基礎下沉、墻體開裂、屋頂漏水等質量問題，基本能滿足使用要求。升壓站設備基礎和構架為低標號砼現澆，歷經30多年的風雨侵蝕，有些表層砼已脫落，裸露出鋼筋，但沒有出現下沉、變形等問題，表象較差，但能維持使用。機組出力效率明顯降低。目前電站1機組是上世紀80年代的產品，運行至今已有30多年，現出力只有60左右。壩后電站2機組容量200KW，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力150KW，且發電機在出力140KW左右發熱嚴重，機組效率水平為75；3機組存在與2機同樣現象，在設計水頭工況（設計水頭HR17M時）最大出力200KW，機組效率水平為80。近年來，由于機組空蝕磨蝕嚴重，設備老化等因素，機組出力逐年下降，目前，在水庫處正常水位，水輪機過額定設計流量時，4機組出力200KW左右，機組出力降低1520左右，機組效率水平已低于75。水輪機組檢修工作量逐年增大。4臺機組都存在振動過大，檢修難度大，費用過高，同時造成設備臨檢而不能發電；廠家制造工藝較差，機組水導處止水密封漏水嚴重，水導油盆經常進水，水軸頸及軸瓦磨損嚴重造成水導振擺過大，每年的檢修費用很大。機組和電氣設備已超過使用期限，嚴重老化，故障率高。發電機組、主變壓器、控制保護設備、起重設備都是上世紀70年代出廠產品，老化嚴重，有些配件已難以采購，電站雖能勉強維持運轉，但故障率高，運行狀況差，維修任務大，停電時間長，急需要更新改造。213電站存在的主要問題XX河壩電站自1979年投產以來，已運行30多年，鑒于電站建設時機電設備的制造技術水平較低，以及運行時間長，設備老化磨損嚴重，電站主要在設備方面存在諸多問題。水輪機空蝕、磨蝕破壞嚴重水輪機轉輪葉片磨損嚴重。水輪機轉輪的材質為普通碳鋼，抗空蝕能力低，目前，檢查發現葉片及下環的空蝕和泥沙磨損較嚴重，葉片背面的空蝕部位已被氣蝕成蜂窩狀。轉輪密封間隙過大。由于水軸頸及軸瓦磨損嚴重造成水導振擺過大，既造成較大的容積損失，同時又造成設備臨檢而不能發電。機組出力、效率逐年下降由于上世紀早期編制的水輪機模型轉輪型譜中可供各水頭段選用的轉輪型號少，電站只能“套用”相近轉輪；其主要能量指標單位流量、單位轉速、模型效率都比較低。因而使機組偏離電站實際運行參數，導致水輪機偏離高效率區，造成機組運行的平均效率低、耗水量大，水能資源未能得到充分利用的。本電站水輪機組新機時的效率大約為80，由于水輪機通流部件空蝕、磨蝕導致的水力損失逐漸增大，目前機組效率已大幅下降。XX河壩電站原調速器型號為YT系列，經過多年運行，調速器控制元件磨損老化、調節失靈；調速器是上世紀中生產的老式產品，備品備件無處采購，修復難度很大。現全部更換為微機調速器，型號YWT系列，調速功300600KGM。電氣設備老化，故障率高。電站主變壓器三臺，型號分別為S7315/400V2臺和S7400/400V1臺，均是上世紀80年代未產品；高壓開關柜、控制保護設備都是老式產品，繼電器、控制儀表、測量儀表全部是機械式產品，技術水平低，且運行時間長，已嚴重老化，運行中故障率高，耗電量大，既不安全，又不節能，難以適應電站安全經濟運行要求。22電站綜合能效評價221電站水能利用評價XX河水閘閘址以上控制集雨面積7863KM2,干流長度173KM，干流坡降44。多年平均降雨量1715MM，多年平均蒸發量14626MM。電站設計裝機825KW，設計多年平均發電站220萬KWH，20022011年電站實際年平均發電量1645萬度。根據電站水能計算，XX河壩電站壩址控制集雨面積7863KM2，多年平均流量177M3/S，水能利用率僅60左右。由此可見，本站水能利用率是很低的，對XX河壩電站增效擴容改造十分必要。222機組運行效率評價目前電站1機組水輪機型號為ZD661LMY60，配套發電機型號為TSN59/418，額定轉速750R/MIN，額定功率125KW，額定功率因數08（滯后），額定電壓038KV，湖南XX縣水電設備廠出品，為1972年9月的產品，運行至今已有30年，現出力只有50左右，達到了報廢標準。2機組容量200KW，水輪機型號均為HL123WJ50，配套發電機型號為TSWN85/3，額定轉速750R/MIN，額定功率200KW，額定功率因數08（滯后），額定電壓04KV，2臺水輪發電機組均為邵陽市水輪發電機廠1979年的產品，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力150KW，且發電機在出力140KW左右發熱嚴重，壩后電站3、4機組容量250KW，水輪機型號均為HL260WJ60，配套發電機型號為TSWN9019，額定轉速750R/MIN，額定功率因數08（滯后），額定電壓04KV，2臺水輪發電機組均為為邵陽市水輪發電機廠1979年的產品，水輪機轉輪磨耗嚴重，最大出力200KW，且發電機在出力210KW左右發熱嚴重，機組效率水平為80；分析其主要原因有水輪機運行工況偏離了最優工況。由本電站水輪機的實際運行范圍也可以看到，水輪機的過流能力偏小，而受發電機額定銘牌出力考核指標的需要，水輪機實際工作在大流量、低效率和高空化區，把最優區排除在運行范圍之外。由此產生的不良結果是水輪機空蝕嚴重、運行效率低、水流噪聲偏大、穩定性差。水輪機實際運行工況已處于限制點外的大流量區，實際工作效率嚴重偏低。HL123機型在新機條件下，在單位轉速679R/MIN，單位流量124M3/S的實際工況點，模型效率也只有885。考慮到上世紀70年代產品真機與模型在導葉數量和尾水管形狀等方面的差異，真機效率比模型要低12，大約為865875。機組已運行30多年，水輪機通流部件空蝕、磨蝕導致的水力損失逐漸增大，使得機組綜合效率水平已降至80。與現代水輪發電機效率水平92相比，相差近12。223電站增效擴容的可行性評價XX河壩電站設計裝機825KW，設計多年平均發電站220萬KWH，20022011年電站實際年平均發電量1645萬度。通過技術改造，電站裝機容量為1000KW，多年平均發電量可達2908萬KWH，比原設計年增加發電量708萬KWH，增加比例為32；比20022011年電站實際年平均發電量1645萬度增加發電量1263萬KWH，增加比例為768。水量能滿足增發電量要求。XX河壩電站發電多年平均可用水量6623萬M3，改造后發電量2908萬KWH，需要供水量4587萬M3。引水建筑物能滿足輸送流量要求。發電輸水涵洞位于非溢流壩的右壩段，為鋼筋砼圓形涵管，內徑為15M，長25M，進口底板高程為2618M，原設計引用流量6M3/S，經計算，屬經濟流速范圍，可滿足要求。廠房及升壓站建筑物結構尺寸能滿足技術改造要求。本次技術改造水輪發電機組臺數減小1臺，主變壓器臺數不變，高低壓配電屏柜及輔助設備臺數與原來基本相同，控制保護采用微機自動化裝置，屏柜臺數還有所減少，廠房及升壓站原有建筑物結構及尺寸都能滿足改造要求。更換水輪發電機組，出力效率會大幅度提高。原有3、4水輪機組因老化磨蝕嚴重，出力效率降至77左右，更換新機組后，機組綜合出力效率可達到92，與現狀相比，機組出力效率可增加15。電量上網不存在問題。XX河壩電站電力輸入XX縣電網，XX縣電網與湖南省電網已連網。XX縣電網電力總裝機容量達到100MW，用電負荷達到116MW，年用電量達到6億KWH。XX河壩電站改造后比原設計年增加電量約70萬KWH，對電網影響微小，且電站有水庫調節，發電穩定，是優質電，電網將優先接納，故增效改造后增加電量上網不存在問題。從以上分析說明，XX河壩電站進行增效改造的條件基本上能滿足，所以，對XX河壩電站進行增效擴容改造是可行的。23電站技術改造目標與內容231電站技術改造目標XX河壩電站增效擴容改造主要目標為通過增效擴容改造，消除電站安全隱患，減小不合理的裝機，提高電站經濟效益；水輪發電機組綜合效率由原設計80提高到90；多年平均發電量由原設計220萬KWH增加到2908萬KWH，增加發電量708萬KWH，增加比例為32。較改造前10年實際平均年發電量1645年KWH增加發電量1263萬KWH。232電站技術改造內容電站技術改造主要項目如下2321水力機械設備更新改造水輪機改造。水輪機更換3臺，拆除1臺。發電機更換。發電機更換3臺，拆除1臺。水輪機調速器更換。調速器3臺，拆除1臺。油、氣、水系統設備及管路更換。2322電氣設備更新改造高低壓配電裝置更換。包括105KV廠用變、10KV高壓開關柜、400V低壓配電屏?？刂票Ｗo設備更換。包括發電機組及調速器機旁屏柜、微機控制保護裝置、微機監控裝置、自動化裝置、直流系統裝置、工業電視裝置、通信系統裝置等。升壓站設備更換。包括主變壓器3臺、斷路器、電壓互感器、電流互感器、隔離開關、避雷器等。2323建筑物及設備基礎更新改造水輪發電機組基礎改造。水輪機調速器基礎改造。主變壓器基礎改造。高壓室、中控室屏柜基礎改造。發電機房、中控室、高壓室建筑裝修。升壓站構支架改造。3水文計算及水能復核31流域概況XX河壩位于湘江一級支流紫水河上游，地處XX縣大廟口境內，距XX縣35KM。閘址以上控制集雨面積7863KM2,干流長度173KM，干流坡降44。32氣象電站屬亞熱帶大陸季風濕潤氣候，熱量充足，四季交替分明。灌區多年平均氣溫137184，多年平均日照為15233H，多年平均降雨量1715MM，多年平均蒸發量14626MM。33水文基本資料本次規劃設計采用2009年2月湖南省水利水電勘測設計研究總院XX河水閘安全鑒定安全評價報告中的成果XX河水閘天然設計洪水成果表31頻率（）計算時間計算方法項目022333QMM3/S453032122943本次成果推理公式W總萬M31470107098334徑流計算341徑流XX河壩壩址逐月平均流量直接從省勘測設計總院2009年編的湖南省XX縣蘆江水庫初步設計報告引用，然后通過水文比擬法求得XX河壩壩址逐月平均流量。結果見表32。對XX河壩壩址月平均流量系列進行排頻計算。計算結果見表33。表32XX河壩壩址逐月平均流量表（一）M3/S一二三四五六七八九十十一十二平均19590102402863426099290530390200040150632171960036020442241640108017919032028086115224196101917334210912796710623541333086197061389196206802215644054083116614271829407104529119630121211860871150940250140070060790650681964145074354571352938036156028066038008231196500602116551830612301202300802223016813419661231210574211961392290110050170190161131967015164242309345123031044131017093080133196803609231344518382278537305401202904926619691080601661303961200241330152000620151191970045101354411709370238291396421060239303197103906810413718427101805703901500700807919720070720327314053450361360280652051111811973188130173514461461187370089239067022242197402714605733314630124809001200800902011619750501034425521340200048184054156317029290197601204919351255837266912306220211901924119770500840302233265120570930760850570241351978043032188221810250041219038010014009156197902719515614252141106611718302301000915519800161612235424110240260430360740090081311981020172301825271386421109085112238025247198201529119648032631303128923806531115922619830833204172865682940250761070430180131871984020100110496574301026116185072020028171表33XX河壩壩址逐月平均流量表（二）M3/S一二三四五六七八九十十一十二平均1985118452312304165198234266204083115098212198608620224429526734335112206604107102417619870370631993494561661011311983382780882001988094230375317368142195158141139056036188198913327618023163315630513308505209303919319902133213392833243103440942671842250732481991272190336217236138092393287132202100216199219437854022834334834208221505402203623219931641803411954253673471111132181121094305199404421531947354162738490824331008318236119952513462063832462160860790292090460261771996099094362465361077112389111092054032187199708626432654734837424019033820511221827119983643555202364395401190790230160170142271999014020077281384440440764720126120071288200004410536157429533810010811831011610421420011661412244383295414561641740390940632362002066143273283372450736861213486180294363200318118623730143137310807906103802902917120040221082913694802141143841930370930501962005151316171205342575120084170050175102205200610022830623832949354539923411413506526520071281552942401703240981031020360210321422008026199353212240286187150305084252043195平均085166257373402355195215192114102066210表34經驗頻率計算表序號年份值頻率序號年份值頻率11961389196262005205509822002364392271987200529431994361588282004196549041993305784292008195568651970303980301989193588261962291117631198818860787197528913733219961876275819992881569331983187647191997270176534197218166671019682661961351995177686311200626521573619861767059121990248235337198417172551319812472549382003171745114197324227453919781567647151976241294140197915578431620012363137412007142803917199223233334219771358235181964231352943196513384311919822273725441967133862720199822739224519801318824211960224411846196911990202219592174314471974116921623199121645104819661139412242002154706491971079960825198521249025019630689804342徑流特性XX河壩壩址多年平均流量為21M3/S，多年平均年徑流量6630萬M3，歷年最大月平均流量為1132M3/S1993年9月；歷年最小月平均流量為004M3/S1959年10月。每年49月為豐水期，103月為枯水期。年內分配不均勻，多年平均汛期49月徑流量占年徑流量的6892，其中46月占年徑流量的4489，103月徑流量占年徑流量的3521；其中111月為最枯，僅占年徑流量的102。343徑流代表性分析從表33可以看出19592010年徑流系列中，包含豐、中、枯水年，以1961年最豐，年平均流量389M3/S，以1963年最枯，年平均流量為068M3/S，豐枯比572。綜合以上分析，認為19592008年50年徑流系列基本能反映徑流系列總體的特征，具有較好的代表性。344徑流頻率分析成果金江電站壩址徑流成果見表34，各頻率徑流成果見表34按水文年進行排序。345典型年選擇典型年按年徑流進行分析排頻，經分析計算選用典型年為豐水年P10為1993年，修正系數1004；平水年P50為1984年，修正系數1005；枯水年P90為1969年，修正系數1008。壩址各典型年徑流見表35。表35XX河壩壩址各典型年徑流M3/S頻率典型年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月197004510135441170937023829139642106023910豐水年045101356412712372238292397422060240198511845231230416519823426620408311509850平水年118454314305165199235267205084116099196910806016613039612002413301520006201590枯水年10806016813139912102513401520206201535水能復核計算XX河壩電站的水能計算首先以蓄水灌溉為主，壩后電站1、2發電尾水進入灌溉渠道，下余棄水量3、4電站發電，洪水部分多余水量直接進入XX河。351特征水位的確定1、上游水庫水位庫容關系曲線XX河壩水位庫容關系曲線水位（M）260265270275280庫容（萬M3）21134821602、下游水位XX河壩總干渠渠首設計2575M，即1、2機組發電尾水位為2575M；下游河床水位流量關系曲線如下表XX河床水位庫容關系曲線水位（M）254260262264266268庫容（萬M3）0198886176429584554XX河壩設計灌溉大廟口、紫溪兩個鎮和大廟口林場20個村的27萬畝農田；防洪保護下游大廟口鎮、紫溪市鎮農田21萬畝，人口15000人。現實際灌溉面積12萬畝，月平均灌溉供水流量直接從XX市水利水電勘測設計院2005年編的湖南省XX縣XX河壩灌區配套初步設計報告引用，XX河壩電站水能計算見表36、表37、表38。表36XX河壩電站豐水年（P10）水能計算成果表設計代表年一二三四五六七八九十十一十二合計月徑流量M3/S0451013564127123722382923974220602403648月徑流總量萬M3）1184326647935111083151870229770662670767331043671110291579163163958798灌溉徑流量萬M3456456679290149827641582219094310858水庫蓄水量萬M310281028102810281028102810281028