石头河水库坝后水电站1号机组改造

王选鸿

（陕西省石头河水库管理局 陕西 杨凌 712100）

1 引言

石头河水库位于秦岭北麓闻名遐迩的褒斜古栈道遗址北端，眉县、岐山、太白三县交界处。水库坝高114m，最大水面面积320万m2，总库容 1.5亿m3，有效库容 1.2亿m3，调节库容2.7亿m3，是一座集防洪保安、农业灌溉、城市供水、水力发电、水产养殖等综合利用的大（II）型水利工程。工程于1974年7月全面动工，1989年11月基本建成，1994年顺利通过国家验收。出于历史的原因，石头河水库枢纽坝后电站1#机组为适应水库初期蓄水时期进行发电的要求和满足水库以灌溉为主结合发电的运行方式，确定水头运行范围40m～65m，在当时是合适的。而现在水库进入正常蓄水运行时期，同时随着社会的发展，水库的功能和运行方式均有所变化，使电站加权平均水头升高，机组在高水头范围运行的概率增加，此时1号机组35m～68.6m的水头运行范围偏低，造成年利用小时数低下，难于发挥正常效益。每当遇到丰水年，产生大量弃水，造成自然资源和工程设备资源的浪费，使电站经济收入发生损失。特别是当引红济石工程建成后，水库的年径流量将增加，可向石头河水库多年平均调水1.04亿m3，为充分利用水能资源，减少水库弃水造成的经济损失，建议尽快改造1号机组。

2 电站基本概况

坝后电站装设 1×6500 kW、1×2000 kW和2×5000 kW四台机组，多年平均发电量5305万kW·h，年利用小时3215h。1#机组设计水头52m，适应水头70m～35m。详细参数如表1。

表1 机组技术指标表

3 电站改造计算

3.1 水库调节原则及方法

团结水库调节的目的是在保证西安市、咸阳、杨凌等城市供水，兼顾灌溉和机组发电的前提下，确定1#机组在不同的水头段的出力过程和发电量，为1#机改建提供依据。

计算方法即根据库水位及相应的机组过流能力,考虑来水丰枯及库存水量，决定调节流量的大小，逐旬扣除水库蒸发、渗漏损失。经水量平衡计算，获得库容和库水位变化过程，调节流量过程。

3.2 水能计算

（1）计算方法

旬平均出力:N=AHQ(kw)

由于石头河电站机组为上世纪90年代安装运行，考虑当时技术水平，1#机改建前出力系数A取7.7。随着科技的发展，本次1#机改建后，出力系数 A取 8.16。2#、3#机取为7.95,4#机取为8.03。

旬平均电能:E=NT(kw.h)

其中，Q——旬调节流量，m3/s；

H——旬平均水头(净)，m；

T——旬小时数，h。

（2）机组运行规定

根据水轮机技术条件,混流式水轮机在额定出力40%以下运行,气蚀振动若不能保证,则应停运。如1#机组6500kW×40%=2600kW，机组出力小于 2600kW时，1#机停运，4#机发电。当 Q发较大时，1#、4#机可以同时运行，应先1#机，后4#机，这样可以减少Q弃。

（3）水能计算结果（详见表2、表3）

3.3 方案分析

从表2、表3可以看出，1#机由改建前水头范围70m～35m提高到88m～50m，装机6500kW时，发电量比改建前增加了406万 kW·h。

1#机改建后，装机从6500kW增加到8500kW，从8500kW增加到9500Kw。随着装机的增加，所获得的发电量的增量十分有限，故装机容量6500kw较合适。因此，水头在88m～50m范围，装机6500kW为1#机改建的最优方案。

由于引红济石工程调水后，1#机组不变，年发电量由原589万kW·h增加到1658万 kW·h，增加 1069万 kW·h，总装机 1.85万kW，原主变压器容量1.6万kVA已不满足运行需要，因此原坝后电站主变压器、开关站及线路必须改建，以下三个方案在这基础上与原机组方案比较如下。

方案一：改建增加估算总投资626万元。改造后每年可增加发电量（406+118）万kW·h，电价按0.3元/（kW·h）计，年增加发电量毛收入157.2万元，静态投资回收期增加4年。

表2 水能计算成果及方案比较表

表3 水能计算成果表

方案二：改建增加估算总投资464万元。改造后每年可增加发电量（406+74）万kW·h，电价按0.3元/（kW·h）计，年增加发电量毛收入144万元，静态投资回收期增加3.2年。

方案三：改建增加估算总投资124万元。改造后每年可增加发电量406万（kW·h），电价按0.3元/（kW·h）计，年增加发电量毛收入121.8万元，静态投资回收期增加1.01年。

4 结论

综合分析上述三个方案，相对而言方案三为最优，主要表现在以下方面：

（1）投资小，效益大，投资回收期短。

（2）改造工期短，对电站运行影响小。

（3）由于仅改造水轮机，电气部分不变，不影响其他机组运行。

（4）改造部分相对单纯，不可预见费用少，风险小，易于控制。

因此推荐方案三作为1#机组改造的首选方案。陕西水利