南秦水电站增容改造工程方案分析

李 科

(江西省安澜工程咨询有限公司，江西 南昌 330001)

1 引言

水电站工程建设可提高水能的利用效率，输送清洁能源。早期修建的水电站规模主要根据当时的经济、社会发展水平确定。随着国家的发展，原有发电量无法满足用电需求，采用新建水电站的方式将造成极大的浪费，因此，为了提高水电站的发电量，采取增容改造工程处理具有良好的经济性、科学性。目前，我国已有较多的水电站采取了增容改造工程设计，如砬子沟水电站、黄坛口水电站、石塘水电站等[1-5]，水电站扩容改造工程建设充分利用了既有水电站，同时也提高了水电站发电量，效益显著。

2 工程概况

南秦水库位于丹江一级支流南秦河上，大坝为粘土心墙砂壳坝，坝顶高程124.0 m，坝底高程95.00 m，最大坝高29 m，坝顶宽度5.00 m，坝顶设1.0 m 高的防浪墙，防浪墙顶高程125.00 m，坝顶长度132.00 m，总库容984 万m3，其中调节库容490 万m3，死库容90 万m3。南秦水库电站于1994 年建成并正式投产发电。设计装机2×250 kW，设计水头23 m～33 m，引水流量3.0 m3/s，属南秦水库坝后式电站，调节性能为年调节。设计年发电量为294 万kW·h，目前多年平均发电量为38 万kW·h。

3 增容改造工程任务

进水口新修放水塔1 座，安装进水闸门及拦污栅;增设尾水闸门及启闭设备;厂房机电设备更新安装2 台套，更换主变;电站厂房后部斜坡下部修建一道长30 m、高1.5 m 的梯形浆砌石挡墙;由变电站处至电站引水隧洞进口，沿溢洪道左侧边坡布置一条长321 m，宽1 m 的人行步道。

3.1 水能计算

采用麻街水文站径流系列资料，进行水文比拟，本次计算采用25%(丰)、50%(平)、75%(枯)3 个代表年日均流量参与径流调节计算。

(1)库容曲线

库容曲线采用水库2007 年最新的实测库容曲线，见表1。

表1 南秦水库2007 年实测水位～库容关系

(2)水头损失

水头损失按有关公式计算。不同流量下的具体数值在径流调节表2 列出。

①流速计算

干管流速:V干=Q干/S干=3.6×4/(3.14×1.52)=2.04 m/s

支管流速:V支=Q支/S支=1.8×4/(3.14×0.82)=3.58 m/s

②沿程水头损失计算

干管h沿= ×V2×L/D1.25=0.702 m

叉管:h沿=0.14 m

③局部水头损失按下式计算

计算得到:拦污栅:h拦=0.21 m;进口:h进=0.02 m;出口:h出=0.081 m ;叉管:h出=0.176 m;h蝴+h出=0.719 m。

④总水头损失:

最大有效利用水头:h=24.6-2.048=22.552 m

按水轮机效率η水=91%，发电机效率η电=95%计算，综合出力系数A=9.81×η水×η电=8.5。

南秦水库电站为坝后式水电站，水能计算结果见表2。

表2 南秦水库电站75%径流调节计算表

3.2 增容改造工程规模

增容改造的主要任务是增加南秦电站的发电量，提高电站的发电效益。经分析，南秦电站增容改造，宜采用现有的2 台机组方案，并由原来的2×250 kW，更新为2×320 kW，最大发电水头为24.68 m，电站多年平均发电量260 万kW·h，年利用小时数为4061 h。

4 增效扩容改造工程布置

南秦电站原进水口为隧洞直接进水，洞泾1.5 m，拦污栅用角钢和扁铁加工而成，进水口未设闸门，检修机组时只有关闭蝴蝶阀才可以进行。但在实际使用过程中，由于蝴蝶阀关闭不严，给检修工作带来很大困难。因此，提出在进口处新修放水塔、人行桥，更换拦污栅，增设进水闸门。

根据目前进水口及其枢纽的布置形式，结合周边的地质、地形条件分析，原进水设施已不能满足电站正常运行的需要，对日常运行和检修带来很大不便，急需增设方便运行管理的进水口设施，并对原来年久失修的蝴蝶阀进行更换。

结合工程实际地形条件，进水口设计形式选择塔式进水口和斜坡式进水口两种方案进行比较，通过方案比选选取优者为本次设计的推荐方案。方案简述如下:

(1)塔式进水口方案

放水塔进口高程107.25 m，进口处设检修及工作闸门各一道，孔口尺寸均为2.0 m×2.0 m，采用整体拱形平板铸铁闸门。其后由2 m×2 m 方洞渐变到直径1.5 m 的圆洞。塔身采用C20 钢筋混凝土浇筑，其断面为圆形，直径4.8 m，塔壁厚度0.4 m，内径4.0 m。启闭机平台高程125.00 m。塔顶与坝顶采用工作桥联通。工作桥采用C25 钢筋混凝土预制T 梁结构，工作桥总跨度16.6 m，共分两跨，第一跨跨度8 m，第二跨跨度8.6 m。桥面高程125.00 m。塔顶闸房内安装QL-300 KN-SD 手电两用螺杆启闭机两台。

塔基础座落于开挖新鲜的基岩面上，用C20 钢筋砼浇筑，工作桥面用钢筋砼柱作支撑，柱子底座座落于基岩面上，柱子高5.5 m。靠近路面作桥台支撑工作桥面，其设计详见塔式进水口设计图。

闸门尺寸2 m×2(宽×高)m，闸门自重3 t，经计算选择30 吨的QL-300-SD 手电两用螺杆启闭机。

拦污栅2 m×2 m，采用70 mm×70 mm×5 mm 的角钢做框架，用螺栓锚固在进水口砼中，60mm×8mm 的扁铁做删条，做成间距为70 mm 的拦污栅，安装角度90 °。栅格外镀锌防锈，拦污栅重1.2 t。

(2)斜拉闸方案

进口形式为斜拉闸门，设置检修闸门和工作闸门各一道，闸门尺寸2 m×2.5 m，采用整体拱形平板铸铁闸门。进水口高程107.25 m。启闭机平台高程125.00，并修建闸房，内配套安装QL-400 KN-SD 手电两用螺杆机一台。闸门检修平台高程112.55 m，安装QL-200 KN-SD 手电两用螺杆机一台。

闸门尺寸2 m×2.5(宽×高)m，闸门自重3.5 t，经计算工作闸门选择40t 的QL-400-SD 手电两用螺杆启闭机，检修闸门选择20 t 的QL-200-SD 手电两用螺杆启闭机。

拦污栅2 m×3.2 m，采用70 mm×70 mm×5 mm 的角钢做框架，用螺栓锚固在进水口砼中，60 mm×8 mm 的扁铁做删条，做成间距为70 mm 的拦污栅，安装角度60°。栅格外镀锌防锈，拦污栅重1.5 t。

(3)方案比较

塔式进水口方案(51.05 万元)虽然工程量及造价较斜坡式进水口方案高，但其运行安全可靠，日常维护也简单方便，从电站运行的长远角度考虑其优势是明显的，因此本次设计采用塔式进水口方案作为电站进水口的推荐方案。

5 结论

南秦水电站修建时期较早，其建设规模已无法满足现状需求，为了改善这一现状并充分利用既有工程，提出采用增容改造的方式加以处理。通过分析，确定了水电站增容改造规模，经过方案比选确定采用塔式进水口方案，具有施工简便，安全性高，维护简便等优势。