马营水电站增效扩容改造方案探讨

陈辉

（陕西江汉水电勘测设计有限公司，陕西西安710016）

马营水电站增效扩容改造方案探讨

陈辉

（陕西江汉水电勘测设计有限公司，陕西西安710016）

马营水电站存在水能利用不充分、水轮机机型选择不合理、设备故障率高、型号落后等问题。为充分利用水能资源，保证电站安全可靠运行，结合对电站所处河道水能资源复核计算成果，并考虑电站挡水、引水、厂区等建筑物及机电设备情况，理确定装机容量为4800kW，选择新型高效水轮发电机组及机电辅助设备。通过技术改造，达到了充分利用水能资源、增加出力、提高效率以及提高设备运行稳定性、安全性等目的，具有显著的经济效益和社会效益。

农村水电站；增效扩容改造；方案设计

1 工程概况

马营水电站位于陕西省汉中市西乡县境内汉江一级支流牧马河中游，为引水径流式电站。坝址位于西乡县峡口镇留营坝村，厂址位于沙河镇毛坝村，距西乡县城30 km。电站于1973年建成发电，装机规模3×800 kW，设计水头29.5 m，设计引水流量12.0 m3/s，设计多年平均发电量1200万kW·h。

2 水电站存在问题

马营电站建设年代久远，受当时建设资金限制，加之水轮发电机组及电气设备制造水平较低，电站设备技术条件比较落后，自动化程度不高，电站运行40多年来，主要存在以下问题：

（1）水能利用不充分,装机规模偏小。电站坝址处多年平均流量18.7 m3/s，而电站发电流量仅有12 m3/s，弃水量大，水能资源浪费严重；

（2）水轮机选型不合理。电站设计水头29.5 m，水轮机型号为HL120-WJ-71，根据水轮机型谱表，推荐HL120转轮适用水头范围为180 m～250 m，机组运行范围偏离高效区，效率低、稳定性差；

（3）水力机械设备故障率高。水轮机运行时间过长，机械老化，转动部件磨损及气蚀严重，导叶漏水量大；油气水系统设备故障、生产效率低；

（4）电气设备型号落后、自动化程度低。电站曾对一、二次设备进行过改造，但目前运行的GG-1A型高压开关柜、PGL-1系列低压配电柜、S7变压器等设备是明文规定淘汰产品，设备隐患多。

3 水电站改造方案

3.1 装机规模确定

根据水文资料分析计算及电站动能指标，改造后电站额定水头为28.2 m，结合现有水工建筑物情况及改造投资，确定如下装机方案：

方案一：利用现有水工建筑物，在厂房内部进行机电设备扩容改造，装机容量3000 kW；

方案二：利用现有挡水建筑物，改造部分引水、输水建筑物，重建厂房进行扩容改造，装机容量4800 kW；

方案三：对所有水工建筑物进行全面改造，最大限度的利用水能，进行扩容改造，装机容量6000 kW；

对三个方案进行技术、经济比较如表1。

从表1可以看出：①装机容量从3000 kW增加到4800 kW时，每增加1 kW，可增加年发电量1831 kW.h，而装机容量从4800 kW增加到6000 kW时，每增加1 kW，增加年发电量1353 kW.h，说明装机容量为4800 kW时效益较好。装机容量从3000 kW增加到4800 k时，年利用小时数差值、电站年收益差值增幅均较大。②装机容量从3000 kW增加到4800 kW时，投资费用差值、投资差值回收年限较大，说明装机容量为4800 kW时投资相对较小。③装机容量为4800 kW时，单位电量投资最小，说明此方案整体效益较好。

通过以上综合比较，本次改造推荐方案二，即装机容量为4800 kW。

表1 装机容量比较表

表2 模型转轮参数

表3 水轮机选型计算表

3.2 水轮机选型

改造后仍选用3台卧轴混流式机组，单机容量1600 kW。

根据现有混流式机组资料，初步选取HLA551、HLA551 C、HL240、HLA286、HLA208等5种效率较高的模型转轮型号进行比较，其水轮机模型参数比较见表2，水轮机选型计算参数见表3。

根据表3计算结果可以看出以下几点：①在所列5种机型中，经计算两种机型未能达到额定出力，且效率较低，因此不推荐。②在三种机型中，以HLA551机型效率最高、气蚀系数及转轮直径最小。故本次推荐HLA551机型，推荐水轮机型号为HLA551-WJ-100。

3.3 水力机械附属设备

（1）调速器：改造后每台机组配备一台GYWT-1000型可编程微机调速器，工作压力16 MPa，调速功1000 kg.m。

（2）主阀：改造后仍采用“单机单管”的供水方式，压力钢管直径1.5m，在每台机组进水口处设置一台D941X-10/1500阀门。

（3）起重设备：根据改造后机组各部件重量，最重件为发电机转子带轴约11 t，考虑吊钩及吊具重量，本次改造选用QD-16/3.2 t～12 m的电动双梁起重机，工作级别A5，采用封闭式滑触线，控制机构装有限位装置。

（4）水、油、气系统：改造后重新设计技术供排水系统，设备采用全自动滤水器，厂房排水系统安装效率较高的潜水泵，并在集水井内安装水位检测元件，实现自动控制排水。油系统及气系统更换高效、节能的油泵、滤油机及空压机等设备。

3.4 电气设备改造及选型

电气设备改造按照技术先进、安全可靠、经济合理的原则，考虑远景发展的需要，满足正常运行、检修、短路、过电压各种工况条件的要求，优先采用节能、环保、安全、可靠的新型设备，并兼顾防火及无油化的要求[1]。

（1）发电机：改造后发电机型号为SFW1600-12/2150，额定容量2000 kVA，出口电压6.3 kV，额定转速428.6 r/min，线圈为F级绝缘。

（2）变压器：改造后电站变压器选用节能、环保新型设备，主变型号为S11-6300kVA 38.5±2×2.5%/6.3 kV，布置在原户外变电站。厂用变压器型号为SCB11-160 kVA/6.3 kV，布置在配电室内，选择1台等容量的备用厂变，布置在户外变电站。

（3）6.3 kV开关柜：电站目前采用GG-1A型开启式固定开关柜，防护等级低且有不同程度的损坏，本次改造更换现有开关柜，选用带“五防”功能的封闭手车式铠装高压成套开关柜，型号为KYN28-12（Z），柜内配VS1-12型真空断路器，“五防”功能纳入全站综合自动化系统。

3.5 自动化监控系统

为了提高电站自动化程度和可靠性，提高管理水平和运行经济效益，减轻运行人员的劳动强度，便于系统的调度管理，改造后电站采用计算机监控系统，实现“无人值班、少人值守”运行管理模式。

计算机监控系统由电站控制级和现地控制单元级两层组成，通过由光缆及以太网交换机组成的以太网络有机地联系在一起。电站控制级包括一台主机兼操作员工作站、一台宽行打印机和一台在线式UPS等。电站控制层负责协调和管理各现地控制单元的工作，收集有关信息并作相应处理和存储，运行人员可通过人机接口对数据库和画面进行在线修改、人工设定、设置监控状态、修改定制等操作。现地控制单元级以触摸屏和可编程控制器为核心设备组成，包括3套机组单元LCU、1套开关站LCU及1套公用设备单元LCU。

计算机监控系统主要功能有：数据采集和处理、安全运行监视、实时控制和调节、事件顺序记录、打印记录、事故追忆、事故处理指导和恢复操作指导、系统通信、系统自诊断与自恢复、电站运行维护管理、系统授权管理等。

4 结论

（1）充分利用水能水资源，增加发电效益。改造后电站总装机规模4800 kW，发电流量20.13 m3/s，与河道多年平均流量匹配更为合理，水能水资源利用更充分，多年平均发电量1715万kW.h，发电效益增加明显。

（2）提高设备性能，消除设备安全隐患。改造后电站综合出力系数由7.0提高至8.2，机组综合性能提高明显。电气设备采用节能、环保、安全、可靠的新型设备，纳入电站综合自动化系统，消除设备安全隐患。

（3）电站自动化水平提高。改造后电站采用计算机监控系统，实现“无人值班、少人值守”运行管理模式，提高管理水平，减轻工作人员劳动强度，改善了职工工作环境。

马营电站增效扩容改造，对影响范围大且投资多的挡水、引水及厂区等建筑物进行局部改造利用，重点更新改造了水轮发电机组，调速器、主阀水力机械辅助设备及电气一、二设备，极大的增加了电站发电效益，并提高了电站安全性。

TV737

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1673-9000（2017）04-0069-03

2017-04-05

陈辉（1982-），男，陕西西安人，工程师，从事水利水电工程设计工作。