小洪水电站机组选型设计

何萍花

(怀化市水利电力勘测设计研究院，湖南怀化418000)

1 概 述

小洪水电站工程位于沅水一级支流巫水河中游，湖南省会同县王家坪镇上游3.0 km的小洪江村，是巫水干流梯级开发中的第八级，以发电为主，兼顾航运、灌溉、放木。坝址以上流域面积3 284 km2，多年平均流量76.3 m3/s，多年平均径流量21.4亿m3。水库正常蓄水位245.00 m，死水位244.00 m，设计洪水位245.71 m，校核洪水位251.38 m。正常蓄水位以下库容为1 400万m3，调节库容159万m3，总库容2 660万m3，为日调节水库。电站总装机容量为20 MW，保证出力3.6 MW，多年平均发电量7 056万kW·h。电站最大水头16 m，加权平均水头14.3 m，最小水头7 m。

2 机组机型选择

2.1 水轮机转轮型式选择

目前国内适合该水头段的水轮机转轮型式有灯泡贯流式和轴流式，从目前国内制造水平看，该水头段两种型式下有代表性的模型转轮主要参数和两种机组机型比较如下所示(见表1、表2)。

表1 模型转轮比较主要参数

表2 机组机型比较

注：方案比较财务电价按0.39元/kW·h计算

2.2 技术经济比较和结论

(1)从能量指标看。灯泡贯流式比轴流式机组年发电量多128万kW·h，主要是灯泡贯流式比轴流式机组效率高1.7%左右。

(2)从工程投资看。灯泡贯流式比轴流式机组工程总投资少617万元，主要是轴流式机组转轮直径较大，造成厂房尺寸较大，土建工程量大，故工程总投资多。

(3)从经济指标看。灯泡贯流式机组与轴流式机组比较：灯泡贯流式机组投资少，且年发电量多，经济效益明显较优。

(4)比选结论。从表1和表2可知，灯泡贯流式水轮机单位流量、效率均比轴流式水轮机高。在相同单机容量时，灯泡贯流式机组转轮直径较轴流式水轮机小，额定转速高。国内外许多低水头电站实践证明，对于H<20 m的低水头电站，采用灯泡贯流式水轮机机组发电量具有明显的优势。虽然灯泡贯流式机组在安装、检修以及维护等方面较轴流式水轮发电机组困难，但采用灯泡贯流式机组经济效益明显较优。因此，本电站选用灯泡贯流式水轮发电机组。

2.3 代表转轮选择

通过向各厂家咨询，收集到适合本水头的灯泡贯流式机组参数如下所示(见表3)。

表3 水轮机转轮方案比较

经过表3的比较，转轮GZ007B的模型效率及额定效率最高。综合来看，GZ007B模型转轮更为理想，此模型转轮运行效果理想，因此本阶段推荐采用该模型转轮。

3 机组台数比较

本电站总装机容量为20 MW，若考虑2台以上机组方案， 机组机电投资多，土建投资大。另外，考虑2台以上灯泡贯流式机组转轮直径小于3.0 m，咨询多家设备制造厂家均不生产小于3.3 m转轮直径的灯泡贯流式机组。因此，装机2台灯泡贯流式机组其额定引用流量为 174.2 m3/s，上游河口电站引用流量为 165.0 m3/s，下游长寨电站引用流量为 175.6 m3/s，这样上、下游梯级电站引用流量能很好匹配，因此选择机组台数为2台。

4 水轮机额定水头选择

小洪水电站水库正常蓄水位245.0 m，电站最大水头16.0 m，加权平均水头14.3 m，初拟本站水轮机额定水头分别为12.5、13.0、13.5 m共3个方案进行技术经济比较(见表4)。

表4 额定水头比较

注：方案比较财务电价按0.39元/kW·h计算

从表4可以看出，各方案动能指标变化较小，机组额定水头定得越高，年发电量越少；特别是方案A，全站满负荷运行时间较方案B和方案C短，如在实际运行中长时间满负荷运行，则必须加大流量，而机组不能在高效率区运行；因此方案A不可取。方案C与方案B比较，方案C虽然年发电量较方案B多，但其工程总投资增加较大，其差额内部收益率为7.23%，小于社会折现率8%，明显方案B优于方案C。方案B与方案A比较，差额内部收益率为11.9%，大于社会折现率8%，方案B优于方案A。因此，最后拟定该水轮机额定水头为13.0 m，水轮机转轮直径采用3.3 m。

5 结 语

小洪水电站工程机组选型通过技术经济比较，选择了GZ007B模型转轮，可保证机组长期在最优效率区运行。