中型水庫壩后式電站技改相關問題探討
——以里畈水庫二級電站為例

何正華

(杭州市臨安區水利水電局，浙江 杭州 311300)

1 工程概況

里畈水庫位于浙江省臨安區太湖源鎮里畈村，屬南苕溪上游，距下游臨安城區19.5 km。水庫始建于1966年10月，原是1座高50 m,總庫容855萬m3的小(1)型水庫。擴建工程于1993年1月8日展開，1996年1月8日基本完工。擴建后壩高72 m，總庫容2 094萬m3,是1座以防洪為主，結合灌溉、供水、發電等綜合利用的中型水庫。

里畈水庫由攔河大壩(含壩頂溢洪道)、泄洪發電洞和發電站等組成。大壩為混凝土砌石重力壩，最大壩高72 m，壩頂長265 m，壩頂高程242.0 m，壩頂防浪墻高程242.80 m。

里畈水庫擴建后在大壩下游左側新建里畈二級電站，1997年建成投產，設計水頭45.0 m，流量6.76 m3/s，裝有2臺1 250 kW的臥式混流發電機組,水輪機型號為HLA616—WJ—71，發電機型號為SFW1250—8/1430。二級站廠區主要建筑物有發電引水隧洞、壓力鋼管、發電廠房、尾水渠、戶外開關站和進廠公路等。

2 電站現狀

里畈二級電站投產運行多年來，陸續發現了一些問題，因此，2012年委托浙江省水科院對水庫大壩進行安全鑒定。經專家分析和相關試驗，里畈二級電站存在的主要問題如下：

2.1 發電隧洞閘門及啟閉系統存在安全隱患

泄洪發電隧洞進口事故檢修閘門門體銹蝕嚴重、強度不夠，需加固和除銹處理；啟閉液壓系統老化嚴重，需更新。泄洪發電隧洞出口泄洪工作閘門弧形門體強度不夠，需加固除銹處理；啟閉液壓系統老化嚴重，需更新。

2.2 水輪機發電機組運行狀況差

水輪機發電機組正常運行時，機組振動和噪聲偏大，水輪機轉輪氣蝕嚴重并造成磨損嚴重；部分葉片出現裂紋，機組運行不穩定；軸系擺動過大，在實際運行中經常出現水導軸燒毀等事故。

2.3 電氣設備老化嚴重

電站大部分的電氣設備陳舊老化，效益低下，損耗量大，屬淘汰產品，包括主變壓器、廠用變、戶內6 kV開關柜纜，直流系統應全部更新。操作臺自動化程度低，技術落后，可靠性差，應全部更換為新的計算機監控系統。現保護屏內各類繼電器、儀表陳舊，需全部更換為微機型保護裝置。廠用電控制屏現狀采用PL和PK型屏柜，屬淘汰型產品，應全部更換成先進的抽屜柜。

3 技改方案的確定

根據水庫安全鑒定時發現的問題，水庫管理所于2013年委托設計單位進行專項初步設計。運行單位和設計單位的技術人員著重對水輪發電機組存在的問題進行仔細分析研究，以確定技術改造方案。

3.1 水輪機額定水頭選取

目前，電站水輪機組運行狀況差，效率低及轉輪氣蝕嚴重和機組運行工況有直接關系，而機組的額定水頭選取最關鍵。

根據電站實際運行統計，里畈水庫上游水位在223.0～236.73 m之間，電站正常發電水位為228～232 m的時候機組運行時間較長，所以機組額定水頭應在50.7～54.7 m間選取，故選取平均水頭為52.7 m。根據電站引水系統，復算電站在2臺機組滿發時引水系統水頭損失為1.52 m；故本次改造推薦機組額定水頭Hr=51 m；所以電站原機組設計水頭為45 m是不合理的。

復核機組最大水頭與額定水頭比為Hmax/Hr=1.16，最小水頭與額定水頭比為Hmin/Hr=0.9，均符合機組選型要求。

3.2 水輪機組改造方案

本次電站技術改造不改變廠房水輪機發動機組基本布置，不更換機組進水彎管及尾水管等機組處理件，故新轉輪的選擇應盡量與原機組部件相配套。在不增加電站引用流量的條件下，通過更換高效率新型轉輪，與電站實際運行工況相匹配，提高電站機組的出力能力，達到或超過電站原裝機設計要求，改善水輪機轉輪氣蝕與機組振動，減少機組運行噪聲等問題；并通過改進水輪發動機組結構設計，徹底消除原水導軸承燒毀等事故現象，減少機組的檢修和維護強度，使電站獲得最大的發電效益。

從本工程的實際運行情況看，適合于機組改造的轉輪有HLA743及HLA696兩種型號，選用HLA696轉輪在額定水頭51.0 m時與原機組的性能比較如下所示(見表1)。

表1 HLA696改造方案與原機組的性能比較

經對比計算，選擇HLA696—71轉輪可滿足技術改造要求。本次改造后轉輪允許吸出高度為3.73 m，抗氣蝕余量大，機組工況優，其他各項性能均優于改造前機組。

3.3 發電機組改造方案

根據水輪機出力要求及當前水輪發動機組制造水平，要求改造后發電機額定效率不得低于94%；另外為方便機組的檢修和維護，將整個機組由三支點改為兩支點；因此需要更換全部發動機組，包括機組機座、定子裝配、軸承裝配等所有機組零部件，發電機采用國內成熟產品SFW1250—8/1480。

電站其他方面的技改包括電氣設備改造、升壓站改造、輸電線路改造以及閘門門體及液壓啟閉系統改造。

4 幾點建議

4.1 前期工作要及時到位

前期工作包括電站現狀存在問題鑒定、技術改造初步設計編制、項目報批立項、施工招標設計、施工安裝和設備采購招投標，確定施工、安裝中標單位和設備供應商。而作為運行中的中型水庫，在電站技改過程中水庫仍需要向下游供水并承擔原有的防洪抗旱任務，為此電站技改前期工作必須及時、充分、到位；這些前期工作的完成至少需要1年左右時間。從防洪和電站發電效益考慮，電站技改施工期宜放在當年的非汛期(當年10月15日～次年4月15日)，應在入汛前完成。電站技改施工期時間緊湊，所有的前期工作必須在當年的10月15日前完成。

里畈二級電站技改是2012年底完成安全鑒定，2014年1月委托初步設計，2014年6月完成初步設計，2014年7月完成項目報批立項，2014年10月15前完成各分項的設備采購招標和施工安裝招標。

電站技改是否能達到設計要求，關鍵在于電站設備招標環節，本次技改項目標劃分水輪發電機組(包括進水閥、勵磁、調速器)、電氣二次控制系統、高壓電氣系統(包括主變壓器、廠用變、高壓開關柜)等3個主標。另外，電站進水泄洪檢修事故閘門和弧形工作閘門的改造為1個標(包括液壓啟閉設備采購)。這些設備采購招標文件編制時，注重了技術上的要求，設定技術分占50%，企業信用分占10%，商務分占40%，以便采購到價格合理、設備優良的產品。

4.2 查找問題要精準，解決問題要科學

一般來說，中型水庫配套電站裝機不大，但配套設施設備多，技改中碰到的問題也多，特別是進水閘門、泄洪閘門等設備改造復雜；為此委托了技術單位先對電站進行安全鑒定，并委托原設計單位承擔電站技改初步設計和招標設計。設計過程中，設計單位認真聽取并采納了運行單位的意見，比如，水庫實際運行水位是228～232 m之間時間最多，電站原選取的設計水頭45.0 m明顯不合理；在維護和維修時，三支點機組結構明顯不合理，后改為兩支點。合理科學的技改設計、優良設備的采購，為電站技改成功打下了良好的基礎。

4.3 精心組織施工，確保技改項目按時完成

中型水庫壩后式電站技改施工期間，水庫運行不能停止，防洪、供水功能需要正常運作。為盡可能減少電站技改對水庫防洪、供水、發電的影響，施工期間應安排在非汛期進行，工期只有6個月，時間較緊。因此，水庫運行管理單位應精心組織施工，合理安排每道工序的展開，根據每道工序之間的順序關系及其所需要的時間，控制關鍵時間節點，精心組織施工，才能如期完成技改工程。

5 結 語

里畈二級電站技改后已運行了5 a，經測算電站效率提高了17%，電站各分類設備運行穩定、安全；并且電站二次控制設備已達到可無人值班的水平。