桑墟水电站扩容改造分析

严后军　张文珍

【摘要】桑墟水电站经过连续的扩容改造，更新了水轮发电机组，安装了自动化清污机等设备，消除了工程安全隐患，增加了发电效益。经过2年多运行，效益发挥显著。本文通过对改造前情况、机组选型、改造后运行状况等几个方面进行了分析，提出了相关建议，具有一定的借鉴价值。

【关键词】水电站；扩容改造；分析

Analysis of expansion and reconstruction of Sang Xu Hydropower Station

YAN Houjun，ZHANG Wen Zhen

Huai Shu New River Management Division of Jiangsu province，Huaian 223005，Jiangsu

【Abstract】After continuous expansion and transformation， the Sang Xu hydropower Station has renewed hydro power generating unit and installed automatic sewage cleaning equipment， which eliminates the hidden danger of the project and increases the benefit of power generation. After more than 2 years of operation， the benefits have been marked. This paper analyzes the situation before modification， unit selection and operation condition after modification， and puts forward relevant suggestions， which has certain reference value.

【KEY words】hydropower station；expansion and reconstruction；analysis

1、工程概况

桑墟水电站位于宿迁市沭阳县桑墟镇，是分淮入沂综合利用工程之一。工程上游为沭新河，下游为蔷薇河，主要利用向连云港供水和上游地区涝水发电，与蔷薇河地涵、沭新退水闸和沭新北船闸共同组成沭新河渠尾控制枢纽。工程于1986年5月竣工，设计流量为25m3/s，原装有5台ZDJ-LM-100型水轮机，配套TSN-59/6-100G型发电机，型号ZDJ-LM-100，变压器型号为S11-800/10，装机容量500kW，并網电压10kV。老水轮机组为增速器连接，配套一套油系统。工程在扩容改造前年均发电量约200万kW·h。工程目前由江苏省淮沭新河管理处管理。

2、改造的必要性

2.1 工程效益难以充分发挥。桑墟水电站同时肩负供水和排涝功能，工程改造前的状况是，设备陈旧老化、运行效率低、故障频发，难以保证设备运行可靠性和完好率。随着连云港的发展，需水量逐渐增加，工程状况难以满足供水和排涝要求。

2.2 安全隐患突出。工程自建成以来已运行30多年，水轮机组、电气设备、输电线路等仍为70年代生产的产品和设施，已成淘汰产品。水轮机气蚀、磨损严重，运行效率较低；增速箱磨损、渗油较严重，运行时震动、噪音大；拦污栅过于靠近进水口，地方狭小且仅靠人工清理，杂物经常被吸入到导叶上，影响出力。工程效益逐年降低，维修成本不断上涨，机电设备故障频发，存在的隐患和缺陷较多，严重影响了桑墟水电站安全运行和效益的发挥。

2.3 目前水资源利用仍有余量。结合多年运行情况看，随着连云港城市的发展、城镇化的推进，城镇生活用水及工农业用水需求逐年增加，尤其是1997年江苏省政府实施蔷薇河送清水工程之后，向连云港的供水从沭新河输送，在农业大用水时期，送水流量不低于50m3/s。近6年来，从沭新河渠尾控制工程向连云港供水流量统计见表1。

从表中可以看出，向连云港的供水量在逐年增加，桑墟水电站输水流量不能满足送水要求，需要同时开沭新退水闸、蔷薇河地涵供水，水量未充分利用，水能浪费严重。

3、改造内容

由于受经费限制，本次扩容改造主要内容为机电设备及金属结构。

3.1 水工建筑物工程。因水轮机结构变化和安装高程调整，拆除电机梁并重新浇筑，拆除下游检修门启闭机梁浇筑。

3.2 机电设备及其它辅助设备。更换5台发电机组及其辅助设备；更换5台发电机综合控制柜，带励磁、保护、同期、调速器控制等；更换行车，由3T单梁桥式起重机改造为5T单梁起重机。

3.3 金属结构。更换下游钢筋混凝土检修门为钢闸门；更换5台套手摇螺杆启闭机为手电两用螺杆启闭机；新装进水侧清污机桥，包括5台HQN3.24*5.1-75°清污机，一台SPW800皮带输送机（运输长度50m），配套电气控制柜一台。

4、设计选型

4.1 水轮机改造

4.1.1基础设计资料。根据工程设计流量等情况s，查《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），确定桑墟水电站工程等别为Ⅴ等，工程规模为小（2）型，主要建筑物和次要建筑物的级别均为5级。水电站为立式轴流式水电站，主要设计参数见表2。根据电站土建结构，选型仍选用立轴明槽轴流定桨式水轮机，共5台，单机流量取5m3/s。

4.1.2 水轮机选型

4.1.2.1水轮机额定水头的选用。根据规范，水轮机的额定水头与加权平均水头之比在0.85～0.95之间选择，本工程加权平均水头Ha=3.55m，则额定水头H总=（0.85～0.95）Ha=3.02～3.37m，根据上、下游水位情况，取用额定水头H总=3.3m。

4.1.2.2 水轮机额定出力的计算。水轮机额定出力按如下公式计算：，式中：NT—水轮机额定出力（kW），Q—水轮机设计流量，Q=5m3/s，H—水轮机额定工作水头，H=3.1m（考虑水力损失20cm），η—水轮机效率，η=83%。经计算，NT=126.2kW。

4.1.2.3 改造前后水轮机性能比较。桑墟水电站改造前水轮机型号为ZDJ-LM-100型，改造后水轮机型号为ZDT03-LM-100型。改造前后水轮机主要技术参数表见表3。由表中可见，改造后水轮机效率提高3%，出力增加25%，空蚀性能提高，稳定性较好。

4.2 发电机改造

发电机额定出力的复核。发电机额定出力按如下公式计算：Nf=NT×ηf×ηz，式中：Nf—发电机额定出力（kW），NT—水轮机出力，为了保证充分利用水能，水轮机出力采用平均水头下出力，NT=126.2kW，ηf、ηz—发电机及联轴器效率，ηf=90%，ηz=99%。经计算，Nf=112.4kW。

根据发电机型谱，选择发电机额定容量为125kW。经比选，确定发电机型号为SF125-20/990-W，其参数如下：额定功率：125kW，额定功率因数：0.8，效率：0.9，额定转速：300r/min。

5、改造后效果

5.1社会效益。

5.1.1 改造后，电站的开机时间和正常率得以提高，一方面保障了向连云港供水可靠率和需水量双从需求，另一方面也提高了上游地区排涝标准；

5.1.2 自水电站下游的蔷薇河实施整治后，航道等级由原先的Ⅶ等提升为Ⅲ等，对通航水位的保证率提出了更高的要求。电站改造，增加了供水量和运行正常率，保证了通航水位，促进航运发展；

5.1.3 在连云港实施蔷薇湖备用饮用水水源地后，通过电站供水，保障蔷薇湖的水质、水位和水量，确保连云港城区饮用水的应急水源。

5.2经济效益。电站机组扩容改造后总装机容量由500kW提高到625kW，增加了25%；月平均发电量由17.02kW提高到20.34kW，增加年收入14.7万元。同时，设备更新后，原来设备维修的成本降低，提高了收益率。

5.3安全效益。更换水轮机、发电机、控制柜、行车等设备，原有的设备及电气隐患被消除；安装清污机之后，由原先的人工不定期捞草改为机械清污，提高了效率、减轻了管理工作量。

6、几点建议

6.1 自动化项目。因经费有限，本次未实施电站运行自动控制项目，目前运行管理依然靠原始人工进行操作、采集数据等工作。这种情况，一是不适应行业的发展形势，二是对运行人员的综合素质提更加依赖。因现在的设备要求较高，运行人员的业务素质有高有低，建议通过安装自动控制系统加强对设备的监控。

6.2 噪音处理。目前桑墟水电站主厂房噪音基本在90dB作用，噪音主要来自同步发电机、水轮机组、通风设备等，在新建的水电站中，对噪音的处理已经开始重视，但在老水电站的改造中，噪音处理还没有采取相应措施。建议在以后类似水电站改造时，增加对噪音源的控制、噪音的处理，减轻噪音对运行人员的健康影响。

6.3 加强运行管理。设备的更新只是从物的角度减少了隐患，如何提高效益、延长设备寿命、减少事故发生需要通过精细化、规范化的管理才能实现。一是要加强对运行人员业务素质培训，同时加强运行检查和考核管理，二是要加强应急预案的编制和演练，对可能出现的问题细化、实化，强化应急能力建设。

7、结束语

建设年代較早的小型水电站存在诸多的问题，通过扩容改造，不仅可以选用先进的技术和设备，消除安全隐患，还可以达到扩容增效、增加工程综合效益发挥的目的。通过本文分析，可以更加充分认识和统筹水电站扩容改造，将工程效益最大化。

参考文献：

[1] 淮安市水利勘测设计研究院有限公司.桑墟水电站、淮阴闸小水电站增效扩容改造工程初步设计报告 [R].江苏淮安，2012.

[2] 肖景贤，朱万清.西沟水电站增效扩容改造效果分析 [J].黑龙江水利科技，2016（4）：188-190.

[3] GB50071-2014， 《小型水力发电站设计规范》 [S].北京，中国计划出版社，2014.