栓驴泉水电站增效扩容改造工程设计

王新兵

（晋城市郭壁供水工程管理处,山西 晋城 048000）

1 栓驴泉水电站现状

拴驴泉水电站位于泽州县山河镇小驴圈村东,是沁河流域装机容量较大的水电站，整个电站坐落在山里泉旅游区内,距晋城市区55km，坝址以上流域面积9060km2，控制干流长352.2km，多年平均年径流量为14.97亿m3，多年平均流量47.47m3/s。沁河从太行太岳的高山峡谷间蜿蜒南下，在润城水文站以上，下垫面多为砂页岩地层，水量渗漏损失小，电站所处河段蜿蜒曲折、地势落差大、动能资源丰富，坝址距厂房直线距离1200m，其间河道曲折流长16km，取得了60余m的发电水头，水能利用条件和经济指标均较优越。

拴驴泉水电站于1991年建成，至今运行已有20多年，由于受当年技术条件和资金限制，施工质量较差，加上运行时间长久，水电站多处工程出现了严重隐患。主要问题是机电设备陈旧老化、效率低下；金属结构设备不同程度存在腐蚀、变形、振动、漏水现象，这些因素导致电站不能正常满负荷运行、并存在着一定的安全隐患，水资源得不到有效利用，经济效益和社会效益明显降低，亟待解决。

1.1 水电站建筑物

拴驴泉水电站属小（一）型工程，工程等级为Ⅳ等Ⅳ级，主要建筑物和次要建筑物及临时建筑物均按Ⅳ等Ⅳ级建筑物设计。

本电站枢纽工程有拦河引水枢纽、引水隧洞、交通桥、交通洞、调压井、压力管道、主副厂房、开关站和利用尾水向“引沁济莽”渠道送水工程等组成。电站枢纽及厂房、生活区等都能正常运行。主要问题是引水坝下游左岸没有做岸坡防护工程、厂房和启闭机房陈旧破损，屋面渗水严重。

1.2 水力机械

拴驴泉水电站为引水式径流水电站，水轮机为扩大单元系统引水，引水系统的调节方式为设置调压井，下游尾水通过横穿沁河河底的倒虹吸管送往河南。

全厂安装两台水轮发电机组，容量为2×8750kW水轮机型号为HL220-LJ-140型;发电机型号为SF8750-14/2600;调速器型号为T-100型机械调速器；蝶阀为DN2000液压操作立式;并设有起重50/10吨，跨度为12.5m的电动双梁桥式起重机一台。

全厂分别设有供排水系统、透平油系统、绝缘油系统、压缩空气系统、水力量测系统等附属设备。

主要问题是水轮机组设备严重老化，绝缘电阻下降严重，过流部件磨损和空蚀，噪音增大，机组出力明显下降，稳定性差，经常停机和检修，安全隐患严重。

1.3 金属结构

1.3.1 压力管道

电站压力管道上接调压井，下端与机组蝶阀相连，全长146.16m，其中地下埋钢管的直管段长23.5m，管内径4.4m，壁厚16mm；钢管明管段全长34.7m，自上而下由进人孔、伸缩节、渐变管、三梁式岔管和直管段等组成，管内径有4.4m、3.2m、2.0m三种，对应的壁厚分别为18mm、16mm、14mm。

主要问题为压力管道不同程度产生腐蚀、剥落，个别地方甚至有漏水现象，急需进行修复和防腐。

1.3.2 闸门及启闭机

主要设备有冲沙闸平板工作闸门三扇，配备80t卷扬式启闭机三台；冲沙闸平板检修闸门一扇，配备80t电动葫芦一台；进水闸平板工作闸门和检修闸门各一扇，分别配备2×15t卷扬式启闭机一台;进水闸拦污栅一扇，配备2×7.5t电动台式启闭机一台；潜孔式尾水检修闸门二扇，单门门重3t，配备2×7.5t电动台式启闭机；引沁济蟒送水倒虹吸工程渠首控制闸门两扇，配备2×7.5t电动台式启闭机两台。

共性缺陷，闸门门体有锈蚀现象；止水老化；止水连接螺栓锈蚀和小部分缺失，松动部位不便检修；滚轮有锈蚀现象，不能正常工作；闸门加重块缺失现象严重，致使闸门关闭不严；启闭设备有腐蚀现象，部分零件工作不正常。致使产生了不同程度的启闭不畅、振动、漏水等现象。

2 主要改造措施

2.1 工程任务和规模

拴驴泉水电站是泽州县小水电骨干电源之一，1978年主体工程动工兴建，1991年建成投产，设计水头57.65m，设计引水流量32.8m3/s，总装机2台，每台容量8750kW，设计年平均发电量9460万kW·h。电站自运行以来，为缓解水电供电压力和当地的工农业生产用电起了积极作用，为农民脱贫致富起到了的推动作用。

水能计算：根据规范要求，设计保证率选用85%。电站保证出力公式：N=AQH

式中：A——出力系数。取8.0；

Q——保证流量，为7.0m3/s；

H——水头为57.65m。

经计算，保证出力N为3228kW。

根据五龙口水文站代表年径流资料，计算得出电站多年平均发电量为9460万kW·h，年利用小时数为5406h。本次改造工程不对水电站进行扩容，仍沿用原来的装机容量。

2.2 水电站建筑物

岸坡防护工程。引水坝下游两岸部分没有进行岸坡防护，现状为土坡，由于在岸坡上部均为旅游区道路，考虑到其位置的重要性，根据现场情况应设置总长约300m浆砌石重力式挡土墙进行岸坡防护。

维修、装饰工程。对电站厂房和启闭机房部分设施进行维修和简单的装饰，主要工程措施有更新屋面板、内外墙的涂料涂装、更新塑钢门窗等。

厂房发电机组机墩改造。机组安装位置基本不变，仅在对机组更新改造过程中，对旧的发电机和水轮机拆除的同时，对埋入基础混凝土内的发电机机座、蜗壳等部件及二期混凝土进行拆除，安装新机组后再浇注二期混凝土，混凝土标号采用C20。

2.3 水力机械

根据复核后电站设计参数，对水轮发电机组重新选型。本电站设计水头57.65m，根据反击水轮机适用水头范围和现行的中小型水轮机型谱，结合原有厂房条件和单机容量，适合本电站机组的转轮型号有HL702X和HLA616，设计工况点，转速n1`=79.1r/min；流量Q1`=1102.4L/s；对应两转轮综合特性曲线，HL 702X对应的效率为88%，空化系数为0.15；HLA616对应的效率为92%，空化系数为0.072。经比较确定本电站机组拟选用混流式水轮机，立式安装，水轮机型号为HLA616-LJ-140型，配套发电机型号为SF8750-14/2600。

拟选用的HLA616-LJ-140型水轮机性能和特点：转轮叶片和导叶加工精度高，转轮采用不锈钢制作，其抗空蚀、磨损能力强，能够适应丰水期泥沙大的运行条件。该水轮机空化系数较低，稳定性较强，高效范围宽。

2.4 金属结构

压力管道漏水部位通过焊接消除缺陷，更换伸缩节止水圈。

拦河坝进水闸和冲砂闸的闸门和启闭机系统部分构件更新和维护。更新止水和连接螺栓；对滚轮进行维护，必要时要更新；配齐闸门加重块；对启闭设施进行维护。

金属结构防腐。压力管道外壁防腐措施，冷底子油一道，沥青玛瑙脂两道；管内壁防腐措施，磷化底漆一道，环氧沥青漆一道。闸门防腐前应清理表面杂质和锈渣，然后进行除锈，对于因腐蚀而形成的孔缝应焊填并表面磨平。最后采用涂料防护层，一层铝粉环氧树脂、一层环氧沥青树脂、最终干膜厚度不小于265μm。

2.5 消防设计

根据有关消防规范，主、副厂房、设备室和其它建筑物的基本构件耐火等级为二级。根据建筑物的功能及现状，主要消防措施如下：

消防用水取自压力管道（备用水源为厂外生活用水通过消防水泵加压），后接供水消防总管。

主厂房是布置机电设备比较集中的场所，在设备运行和检修中都有可能引起火灾，在主厂房的每个机组段设置一些消防器材，选用干粉灭火器MFZL4型，共10只。

安装间配置推车式干粉灭火器MFTZL25型一只。

高压开关室配置推车式干粉灭火器MFTZL25型一只和干粉灭火器MFZL4型4只。

中控室配置推车式干粉灭火器MFTZL25型一只和干粉灭火器MFZL4型4只。

透平油库及油处理室配置推车式干粉灭火器MFTZL25型一只和干粉灭火器MFZL4型2只。

值班室配置干粉灭火器MFZL4型4只。

在升压站和主变压器周围分别干粉灭火器MFZL4型2只。

主、副厂房的发电机层、水轮机层还需设有必要的消火栓、砂箱、沙袋等供消防使用。

本电站不设置火灾自动监测和报警系统。

3 结语

随着用电需求不断增加，水电站增效改造，可缓解用电矛盾，降低供电成本，保护生态环境。工程实施后，对于巩固泽州县退耕还林成果、减少环境污染、保持环境生态具有重要意义。为了提高农村水电能效，降低配套电网网损，增加清洁可再生电能供应，促进节能减排，消除水电站安全隐患，保障公共安全，开展农村水电增效扩容的工作是非常必要的。