赤壁水電站技術改造設計綜述

李艷華

（山西省汾河中下游水務管理局，山西 太原 030002）

赤壁水電站位于平順縣北耽車鄉煙駝村旁濁漳河邊，裝機容量3×2500kW，設計水頭32.7m，設計流量30m3/s，設計年發電量3000萬kW·h。近年來，由于徑流量改變，加之機組運行多年，水輪發電機組設備老化、效率降低，導致經濟效益和社會效益下降，因此水電站亟待改造。

1 改造內容

技術改造水工專業包括原電站引水渠進水閘、沖沙閘、前池快速閘滲漏改造，對原電站主副廠房室內墻壁進行乳膠漆噴涂，主副廠房室外墻更換瓷磚，原主副廠房的窗戶更換為塑鋼窗，主副廠房的室內門更換為防火門，拆除1號機組蝸殼及鑿除蝸殼周圍二期鋼筋混凝土，安裝新的水輪發電機組及澆筑蝸殼周圍鋼筋混凝土，將機修間的門窗更換為塑鋼門窗，更換主副廠房及機修間等的屋面防水，對原電站引水渠進行防滲處理和維修加固及對原電站尾水渠清淤開挖處理。

技術改造水力機械更新設備為：水輪機1臺，水輪發電機1臺，調速器1臺，進水閥3臺及配套伸縮節3套，電站油、氣、水設備全部更換。電氣設備包括變電站設備拆除和更新（主變壓器除外），水電站一次設備拆除和更新，水電站自動化系統。金屬結構部分包括原進水閘、沖砂閘及前池快速閘的止水更換，更換新的快速閘門啟閉設備和引水渠進口閘門啟閉機。在廠房更新布置消火栓和滅火器，副廠房增加1套火災自動報警系統。

2 水文水能計算

濁漳河流域屬暖溫帶半濕潤地區，流域多年平均降水量543mm，年內降水分配不均，6至9月降水量約占全年降水量的70%，最大年降水量1503.6mm，最小年降水量254mm。在濁漳河流域規劃、山西省第二次水資源評價等項目中，對石梁站和辛安泉有關水文資料進行了大量的分析工作，經過審查的成果可作為石梁水文站和辛安泉工程上游干流的基本依據。

電站處徑流量主要由上游石梁站來水和石梁至本工程區間的辛安泉來水組成。電站來水連續最枯3個月徑流發生在2至4月，月平均流量7.1～7.5m3/s，且辛安泉來水占總徑流量的68%。因此，電站枯水期流量相對穩定且較均勻，利于發電。

電站可引用發電的日平均流量歷時曲線采用豐、平、枯三個代表年的日平均流量繪制。根據點繪曲線可知，可發電流量持續時間在6.0m3/s左右較為穩定，在10m3/s左右歷時減少較快，在15m3/s以上減少最快。當流量為6.0m3/s以上時，可以用原機組發電；流量小于6.0m3/s時，如果仍用原機組發電，就會偏離高效區，引起機組振動等不利工況。根據近年來電站引水流量的變化，結合水能計算結果，初步確定改造機組裝機容量在1500kW左右，套用現有發電機容量等級，最終確定改造機組容量為1600kW。當赤壁水電站總裝機容量為6600kW時，其年發電量為1779萬kW·h，年利用小時數達到2695h，所以必須進行此次技術改造。

3 工程地質情況

赤壁水電站所處大地構造屬山西陸臺太行山徑向褶斷帶的南段西翼。褶皺構造簡單，為單斜地層，巖漿活動微弱，斷裂構造發育。赤壁水電站的樞紐工程全部座落于赤壁地壘震旦系地層上，工程地質條件良好。主副廠房及廠區全部座落于震旦系常州溝組石英砂礫巖地層上，檢修間、升壓站座落于第四系地層上。從原電站運行情況來分析，原電站建筑物沒有出現任何問題，基礎穩定，建筑物良好，滿足電站廠房、場地及基礎承載力要求。

4 機電設備改造內容

根據電站動能參數，采用HLA551轉輪，拆除并更換原來的水輪機轉輪、活動導葉、頂蓋、控制環、止水密封、導軸承、油盆等部件。水輪機轉輪更換為直徑0.95m的轉輪，同時更換基礎環、更換水輪發電機組1臺，功率1600kW。根據電氣主接線的設計要求，結合電站現有裝機容量、臺數和運行方式，更換的機組仍采用原有機組的并網方式。

為保證站用負荷用電，電站仍設兩臺站用變壓器，其高壓側分別接在電站35kV和6kV母線上。站用電接線低壓側采用單母線接線方式。電站兩臺SL7型站用變壓器為鋁線繞制線圈的油浸變壓器，本次改造擬更換為S9系列產品，容量仍為160kVA。

由于升壓站現有斷路器、互感器、隔離開關、避雷器等設備老化、銹蝕滲漏嚴重，維修困難，尤其是35kV斷路器屬已淘汰的油斷路器，嚴重影響電站的安全運行和經濟效益。因此，對現有35kV變電站電氣設備進行更換。其中，35kV斷路器選用SF6斷路器，其他設備均選用與原設備相同技術性能的新產品。另外，升壓站一基進線桿和一基隔離開關的基礎電桿有較寬橫紋，有斷裂危險，本次改造予以更換。

本次改造6kV開關設備更換為成套裝置，選用KYN28型移開式金屬封閉開關設備，所有斷路器均采用真空開關。電站現有的發電機出口的電流互感器、電壓互感器、勵磁變壓器等采用統一組柜安裝的方式，柜型為XGN2-12。低壓配電屏采用成套裝置，型號為GCK型。

依據《電力系統調度自動化設計技術規程》及《水電廠計算機監控系統基本技術條件》的規定，為保證電站運行安全，提高電站運行和管理的自動化水平，電站按“無人值班、少人值守”的原則設計，采用全計算機監控。監控系統采用全分布開放式網絡控制系統，設監控主機兼操作員工作站和通訊服務器，監控主機實現雙機熱備用。

電站設置獨立的綜合自動化系統，設站級控制和現地控制兩級，站級控制設1套微機自動化系統，置于中控室；現地控制采用PLC對現場設備進行監控，按被控對象配置機組LCU、公用設備LCU等現地控制單元。3臺機組和公用設備各設1套現地單元，現地單元和監控主機之間由以太網連接。現地單元將信號傳送到監控主機并接受其指令，實現集中自動控制。

金屬結構更新改造包括更新引水渠進水閘及沖沙閘、電站前池進水閘及沖沙閘的各閘門止水裝置，對門葉及啟閉設備的防腐維修處理；更新電站前池進水閘卷揚啟閉機及沖沙閘螺桿啟閉機；為前池配置6套回轉式清污機。

5 投資概算和經濟分析

工程總投資1168.97萬元，其中建筑工程125.97萬元，機電設備及安裝工程764.49萬元，金屬結構設備及安裝工程33.40萬元，臨時工程28.38萬元，基本預備費54.95萬元。

本次國民經濟評價采用經濟效益費用比、經濟凈現值和經濟內部收益率3個指標進行分析。各項指標如下：經濟凈現值447.52萬元，經濟效益費用比1.41，經濟內部收益率11.56%。該工程的經濟凈現值大于零，經濟效益費用比大于1，經濟內部收益率大于社會折現率8%，表明該項目在經濟上是合理可行的。

6 結語

赤壁水電站的改建，將為當地經濟發展提供電力資源，促進當地能源和其他新興產業的發展，為經濟發展注入新的活力，也為當地勞動力就業、建材工業、建筑業等創造良好的機會。同時，利用天然水能發電對農村電氣化建設極為有利，建議早日實施該工程。