某水电站增效扩容改造初步设计报告

工程设计证号湖南省XX县XX河坝电站增效扩容工程初步设计报告湖南省XX市水利水电勘测设计院二O一二年三月目录1综合说明111现状分析与评价112水文613工程地质714工程任务和规模715水工建筑物设计及复核1016发电机与水力机械1017电气设备改造设计1118金属结构1219消防及暖通设计12110施工组织设计13111工程管理13112工程概算14113经济评价14114附工程特性表162现状分析与评价1921电站现状分析1922电站综合能效评价2223电站技术改造目标与内容243水文计算及水能复核2531流域概况2532气象2533水文基本资料2534径流计算2535水能复核计算2936水利水能344工程地质3641区域地质概况3642地震及区域构造稳定性3643库区工程地质评价3644主要建筑物工程地质评价375工程任务与规模3851工程基本情况3852电站技术改造任务3853洪水标准和防洪特征水位选择3954电站改造装机规模396水工建筑设计及复核4361设计依据4362水库枢纽建筑物4463电站建筑物现状及存在的问题4564发电进水涵洞复核计算4566厂区建筑物477水力机械4971发电机及水力机械存在的主要问题4972发电机及水力机械改造方案4973调速器和进水主阀改造设计5474水力机械辅助设备改造设计5475采暖通风5576水力机械改造设备汇总表558电气设备5781电气一次改造设计5782电气二次589金属结构5991XX河坝电站金属结构现状5992XX河坝电站金属结构改造方案5993XX河坝金属结构改造情况5994XX河坝电站金属结构改造设计5910消防60102消防设计依据和原则60103工程消防设计6011施工组织设计64111施工条件64112主要工程内容64113施工进度计划6412工程管理66121管理机构66122工程管理范围和设施66123管理经费67124工程管理运用6713工程概算70131基本情况70132编制说明70133工程投资7114经济评价73141基本依据和基础资料73142财务评价73143国民经济评价74144评价结论741综合说明11现状分析与评价111工程基本情况XX河水闸位于湘江一级支流紫水XX河上游XX县大庙口境内，距XX县城35KM，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用的水利工程。设计灌溉面积27万亩，防洪保护农田21万亩、人口15000人。水闸电站厂房2处，总装机容量为825KW。XX河水闸建于1967年，主要由坝内引水涵管、拦河闸、冲砂底孔、坝后电站厂房等建筑物组成。拦河坝为浆砌石重力坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，总长845M。非溢流坝段分为左、右岸坝段，左岸挡水坝段长150M，坝顶高程2812M，坝顶宽35M，最大坝高314M。右岸厂房坝段长230M，坝顶高程2763M。溢流段总长465M，溢流前缘净宽440M，堰顶高程2763M，最大堰高265M。堰面为WES曲线，下接108的直线段，下游采用挑流消能，反弧半径7M，挑射角25，挑流鼻坎高程2632M，鼻坎宽度352M。在大坝迎水面设置有混凝土防渗面板，防渗板由多次加固而成，各处厚度不一，顶部至264M高程，厚约35M，向下逐渐变薄，至2766M厚仅05M，至2736M厚皆为05M，从2736M至坝基约12M。防渗面板设计标号C15，面板布有6温度钢筋，纵横间距各为30CM。整个防渗面板设有1条伸缩缝。溢流面设有厚04M的C20砼溢流面板，面板里布置有12温度钢筋，纵横间距均为30CM。冲砂底孔布置于大坝左端，进口底板高程2648M，断面为城门型，宽1M，直墙高1M，园拱半径为05M，涵身与坝轴线垂直线成左偏15夹角。整个涵身才用石灰石粗条石砌筑而成，管长28M，目前已封堵废弃。原发电引水管（即低涵）位于溢流坝的右端，为直径1M的钢筋混凝土压力管，进口高程2578M，管长2162M，进口1445M长与坝轴线垂直，后717M右转24，管身为砼预制管，管壁厚012M。进口设钢质平板直升式检修闸门，由15T手摇丝杆启闭机启闭。1987年新建发电输水涵后，已将此涵变为了冲砂底孔。灌溉引水管（即高涵）位于大坝左端，为浆砌石箱型涵，进口高程26992M，断面尺寸为05M07M。进口设钢质平板直升式工作闸门，由5T手摇丝杆启闭机启闭。1987年新建发电、灌溉引水涵管位于大坝右端，进口高程2618M，为钢筋砼衬砌的圆管，主管直径15M，出口分为三根岔管，2根发电管，管内径为08M，1根灌溉管，管内径为07M。涵管进口设钢质平板直升式工作闸门，由5T手摇丝杆启闭机启闭。电站厂房2处，其中坝后电站装机容量为2250KW，发电尾水进入河床，电站设计水头195M。渠首电站装机容量为200125KW，发电尾水进入引水渠，电站设计水头17M。电站水轮发电机组目前已运行30多年，由于水轮机过流部件受高速含沙水流的冲击、空蚀磨蚀破坏较严重，辅助设备老化，近年来出现了较多的问题，机组效率大幅降低，发电量逐年减少，电站设计年发电量220万KWH，近10年来实际最高年发电量198万KWH（2003年），最低年发电量102万KWH（2007年），年均发电量1645万KWH。112电站运行现状XX河坝电站设计装机4台，总容量825KW。经现场检查和查阅资料，电站运行现状归纳如下电站水工建筑物陈旧，但基本能满足发电运行要求。机组出力效率明显降低。目前电站1机组是上世纪80年代的产品，运行至今已有30多年，现出力只有60左右。坝后电站2机组容量200KW，水轮机转轮磨耗严重，最大出力150KW，且发电机在出力140KW左右发热严重，机组效率水平为75；3机组存在与2机同样现象，在设计水头工况（设计水头HR17M时）最大出力200KW，机组效率水平为80。近年来，由于机组空蚀磨蚀严重，设备老化等因素，机组出力逐年下降，目前，在水库处正常水位，水轮机过额定设计流量时，4机组出力200KW左右，机组出力降低1520左右，机组效率水平已低于75。水轮机组检修工作量逐年增大。机组都存在振动过大，检修难度大，费用过高，同时造成设备临检而不能发电；厂家制造工艺较差，机组水导处止水密封漏水严重，水导油盆经常进水，水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，每年的检修费用很大。机组和电气设备已超过使用期限，严重老化，故障率高。发电机组、主变压器、控制保护设备、起重设备都是上世纪70年代出厂产品，老化严重，有些配件已难以采购，电站虽能勉强维持运转，但故障率高，运行状况差，维修任务大，停电时间长，急需要更新改造。113电站存在的主要问题XX河坝电站自1979年投产以来，已运行30多年，鉴于电站建设时机电设备的制造技术水平较低，以及运行时间长，设备老化磨损严重，电站主要在设备方面存在诸多问题。水轮机空蚀、磨蚀破坏严重水轮机转轮叶片磨损严重。水轮机转轮的材质为普通碳钢，抗空蚀能力低，目前，检查发现叶片及下环的空蚀和泥沙磨损较严重，叶片背面的空蚀部位已被气蚀成蜂窝状。转轮密封间隙过大。由于水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，既造成较大的容积损失，同时又造成设备临检而不能发电。机组出力、效率逐年下降由于上世纪早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少，电站只能“套用”相近转轮；其主要能量指标单位流量、单位转速、模型效率都比较低。因而使机组偏离电站实际运行参数，导致水轮机偏离高效率区，造成机组运行的平均效率低、耗水量大，水能资源未能得到充分利用的。本电站水轮机组新机时的效率大约为80，由于水轮机通流部件空蚀、磨蚀导致的水力损失逐渐增大，目前机组效率已大幅下降。XX河坝电站原调速器型号为YT系列，经过多年运行，调速器控制元件磨损老化、调节失灵；调速器是上世纪中生产的老式产品，备品备件无处采购，修复难度很大。现全部更换为微机调速器，型号YWT系列，调速功300600KGM。电气设备老化，故障率高。电站主变压器三台，型号分别为S7315/400V2台和S7400/400V，均是上世纪80年代产品；高压开关柜、控制保护设备都是老式产品，继电器、控制仪表、测量仪表全部是机械式产品，技术水平低，且运行时间长，已严重老化，运行中故障率高，耗电量大，既不安全，又不节能，难以适应电站安全经济运行要求。114电站综合能效评价1、电站水能利用评价XX河水闸闸址以上控制集雨面积7863KM2,干流长度173KM，干流坡降44。多年平均降雨量1715MM，多年平均蒸发量14626MM。电站设计装机825KW，设计多年平均发电站220万KWH，20022011年电站实际年平均发电量1645万度。根据电站水能计算，XX河坝电站坝址控制集雨面积7863KM2，多年平均流量177M3/S，水能利用率仅60左右。由此可见，本站水能利用率是很低的，对XX河坝电站增效扩容改造十分必要。2、机组运行效率评价目前电站1机组水轮机型号为ZD661LMY60，配套发电机型号为TSN59/418，额定转速750R/MIN，额定功率125KW，额定功率因数08（滞后），额定电压038KV，湖南XX县水电设备厂出品，为1972年9月的产品，运行至今已有30年，现出力只有50左右，达到了报废标准。2机组容量200KW，水轮机型号均为HL123WJ50，配套发电机型号为TSWN85/3，额定转速750R/MIN，额定功率200KW，额定功率因数08（滞后），额定电压04KV，2台水轮发电机组均为邵阳市水轮发电机厂1979年的产品，水轮机转轮磨耗严重，最大出力150KW，且发电机在出力140KW左右发热严重，坝后电站3、4机组容量250KW，水轮机型号均为HL260WJ60，配套发电机型号为TSWN9019，额定转速750R/MIN，额定功率因数08（滞后），额定电压04KV，2台水轮发电机组均为为邵阳市水轮发电机厂1979年的产品，水轮机转轮磨耗严重，最大出力200KW，且发电机在出力210KW左右发热严重，机组效率水平为80。由于机组出力效率低，单位电能耗水率大大增加，电站发电量大幅度减少，严重影响了电站经济效益的发挥。3、电站增效扩容的可行性评价XX河坝电站设计装机825KW，设计多年平均发电站220万KWH，20022011年电站实际年平均发电量1645万度。通过技术改造，电站装机容量为1000KW，多年平均发电量可达2908万KWH，比原设计年增加发电量708万KWH，增加比例为32；比20022011年电站实际年平均发电量1645万度增加发电量1263万KWH，增加比例为768。水量能满足增发电量要求。XX河坝电站发电多年平均可用水量6528万M3，改造后发电量2908万KWH，需要供水量4587万M3。引水建筑物能满足输送流量要求。发电输水涵洞位于非溢流坝的右坝段，为钢筋砼圆形涵管，内径为15M，长25M，进口底板高程为2618M，原设计引用流量6M3/S，设计流速为339M/S，扩容后设计引用流量6M3/S，流速为339M/S，属经济流速范围，无需改造。厂房及升压站建筑物结构尺寸能满足技术改造要求。本次技术改造水轮发电机组台数减小1台，主变压器台数不变，高低压配电屏柜及辅助设备台数与原来基本相同，控制保护采用微机自动化装置，屏柜台数还有所减少，厂房及升压站原有建筑物结构及尺寸都能满足改造要求。更换水轮发电机组，出力效率会大幅度提高。原有3、4水轮机组因老化磨蚀严重，出力效率降至77左右，更换新机组后，机组综合出力效率可达到92，与现状相比，机组出力效率可增加15。电量上网不存在问题。XX河坝电站电力输入XX县电网，XX县电网与湖南省电网已连网。XX县电网电力总装机容量达到100MW，用电负荷达到116MW，年用电量达到6亿KWH。XX河坝电站改造后比原设计年增加电量约70万KWH，对电网影响微小，且电站有水库调节，发电稳定，是优质电，电网将优先接纳，故增效改造后增加电量上网不存在问题。从以上分析说明，XX河坝电站进行增效改造的条件基本上能满足，所以，对XX河坝电站进行增效扩容改造是可行的。115电站技术改造目标与内容1、电站技术改造目标XX河坝电站增效扩容改造主要目标为通过增效扩容改造，消除电站安全隐患，减小不合理的装机，提高电站经济效益；水轮发电机组综合效率由原设计82提高到90；多年平均发电量由原设计250万KWH增加到2908万KWH，增加发电量708万KWH，增加比例为32。较改造前10年实际平均年发电量1645年KWH增加发电量1906万KWH，增加比例为768。2、电站技术改造内容电站技术改造主要项目如下（一）水力机械水轮机改造。水轮机更换3台，拆除1台。发电机更换。发电机更换3台，拆除1台。水轮机调速器更换。调速器3台，拆除1台。油、气、水系统设备及管路更换。（二）电气设备更新改造高低压配电装置更换。包括105KV厂用变、10KV高压开关柜、400V低压配电屏。控制保护设备更换。包括发电机组及调速器机旁屏柜、微机控制保护装置、微机监控装置、自动化装置、直流系统装置、工业电视装置、通信系统装置等。升压站设备更换。包括主变压器3台、断路器、电压互感器、电流互感器、隔离开关、避雷器等。12水文121流域概况XX河坝位于湘江一级支流紫水河上游，地处XX县大庙口境内，距XX县35KM。闸址以上控制集雨面积7863KM2,干流长度173KM，干流坡降44。122气象河坝电站属亚热带大陆季风湿润气候，热量充足，四季交替分明。灌区多年平均气温137184，多年平均日照为15233H，多年平均降雨量1715MM，多年平均蒸发量14626MM。123径流XX河坝坝址逐月平均流量直接从省勘测设计总院2009年编的湖南省XX县芦江水库初步设计报告引用，然后通过水文比拟法求得XX河坝坝址逐月平均流量。结果见表13。表13XX河坝坝址各典型年径流M3/S频率典型年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月197004510135441170937023829139642106023910丰水年045101356412712372238292397422060240198511845231230416519823426620408311509850平水年118454314305165199235267205084116099196910806016613039612002413301520006201590枯水年10806016813139912102513401520206201513工程地质131区域地质概况河坝位于XX河流域干流上，在XX舜皇山林区，属萌渚岭山系的一部分，境内大部分的山地在海拔2001000M之间，群山连绵，河流溪沟曲折蜿蜒，两岸山坡陡峻，基岩裸露，属侵蚀中低山地貌类型。根据安全评价地勘，XX河拦河坝地层分为二层，层为紫红色中厚层状石英砂岩，呈强弱风化状态，节理裂隙发育，岩石较破碎，透水性较大，多在12533LU，为中等透水岩带，透水带厚度510M。层为弱风化基岩区，紫红色中厚层状砂岩，岩体相对完整，透水性相对较小。132主要建筑物工程地质条件1321库区工程地质库区为高山峡谷地形，库岸山体极为雄厚，库盆由砂岩组成，渗透性较弱，水库无渗漏之忧。库岸基岩裸露，因节理发育，岩体较破碎，山坡表层的残坡积层在重力、水文气象等因素作用下，局部的小型坍塌、滑坡对水库影响不大，库岸基本稳定。坝两岸山坡陡峻，山体雄厚，森林茂密，两岸山坡稳定，不会有较大的塌方发生。1322厂址主要工程地质问题及评价厂房座落于上坝后阶地上，阶地地势较平缓，斜坡1015。地表覆盖层为第四系全新统冲积层（ALQH）砂质壤土，砾卵石夹砂厚45M，以及坡积残积层（DLELQH）粘土碎石，厚23M。下伏基岩，为石灰岩及其互层，岩层产状125/SW0，EIRR223312。说明项目经济上是有投资价值的，能给社会创造较高的产出。并根据敏感性分析可知，本项目在国民经济评价中有着较强的抗风险能力。有较高的投资开发价值。1134评价结论经过分析，该电站增效扩容有良好的经济效和社会效益，可挖掘发展可再生能源、促进节能减排，也可通过改造达到消除电站安全隐患、保障公共安全的需要。业主早有改造之心，但业主无力依靠自身资金实力进行改造升级，希望本次能得到国家的支持，业主愿意尽全力筹资对电站进行全面扩容改造，实现资源发挥最优效益。114附工程特性表工程特性表指标序号及名称单位技改前本次技改备注一、水文1流域面积工程地址（坝址）以上KM27867862利用的水文系列年限年2650195920103多年平均年径流量亿M3198214特征流量M3/S设计洪水标准及流量（P2）M3/S321坝址校核洪水标准及流量（P02）M3/S543坝址二、水能指标装机容量KW8251000保证出力（P85）KW85/280多年平均发电量万KWH2202908近十年平均发电量万KWH1645年利用小时H渠首电站2025坝后电站31284工程永久占地HM2无增加三、主要建筑物及设备1引水坝型式重力坝重力坝坝顶高程M28122812最大坝高M31314坝顶长度M8458452输水建筑物进口高程M26182618涵洞全长M250250断面（直径）M1515钢筋砼圆形设计引用流量M3/S66闸门尺寸M1717工程特性表指标序号及名称单位技改前本次技改备注4厂房坝后电站厂房尺寸（长宽）MM1858218582渠首厂房尺寸（长宽）MM1128711287水轮机安装高程M厂房地面高程M5开关站面积（长宽）MM201220126主要机电设备渠首电站水轮机1台HL123WJ42HLA551CWJ601台ZD661LMY60拆除发电机1台TSWN85/3SFW2008/8501台TSN59/7418拆除调速器台YT300YWT300机型台YT300拆除励磁1台FKL21新型号静止可控硅坝后电站水轮机2台HL260WJ60HLA551CWJ71发电机2台TSWN9019SFW40012/990调速器手动调速器SDT300机型励磁FKL21新型号静止可控硅额定电压KV0404主变压器型号11台S7400/10/04S11250/04主变压器型号22台S71000/10/04S111000/04工程特性表指标序号及名称单位技改前本次技改备注2主要建筑材料水泥T74砂子M3265卵石M3281块石M3339钢筋T553所需劳动力总工日工日0784对外交通（公路）距离KM35XX县城5施工期限总工期月6八、经济指标1静态总投资万元212772总投资万元21277其中建筑工程万元1432机电设备及安装工程万元15994金属结构及安装工程万元779施工临时工程万元45独立费用万元1609基本预备费万元1013建设征地地及移民安置补偿投资万元水土保持工程万元环境保护工程万元3综合利用经济指标水电站单位千瓦投资元/KW21277单位电度投资元/KWH168发电成本元/KWH866经济内部收益率2233财务内部收益率1242上网电价元/KWH03投资回收期年752现状分析与评价21电站现状分析211工程基本情况XX河坝位于湘江一级支流紫水XX河上游XX县大庙口境内，距XX县城35KM，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用的水利工程。设计灌溉面积27万亩，防洪保护农田21万亩、人口15000人，发电厂房2处，总装机容量为825KW。XX河坝建于1967年，主要由坝内引水涵管、拦河闸、冲砂底孔、坝后电站厂房等建筑物组成。拦河坝为浆砌石重力坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，总长845M。非溢流坝段分为左、右岸坝段，左岸挡水坝段长150M，坝顶高程2812M，坝顶宽35M，最大坝高314M。右岸厂房坝段长230M，坝顶高程2763M。溢流段总长465M，溢流前缘净宽440M，堰顶高程2763M，最大堰高265M。堰面为WES曲线，下接108的直线段，下游采用挑流消能，反弧半径7M，挑射角25，挑流鼻坎高程2632M，鼻坎宽度352M。在大坝迎水面设置有混凝土防渗面板，防渗板由多次加固而成，各处厚度不一，顶部至264M高程，厚约35M，向下逐渐变薄，至2766M厚仅05M，至2736M厚皆为05M，从2736M至坝基约12M。防渗面板设计标号C15，面板布有6温度钢筋，纵横间距各为30CM。整个防渗面板设有1条伸缩缝。溢流面设有厚04M的C20砼溢流面板，面板里布置有12温度钢筋，纵横间距均为30CM。冲砂底孔布置于大坝左端，进口底板高程2648M，断面为城门型，宽1M，直墙高1M，园拱半径为05M，涵身与坝轴线垂直线成左偏15夹角。整个涵身才用石灰石粗条石砌筑而成，管长28M，目前已封堵废弃。原发电引水管（即低涵）位于溢流坝的右端，为直径1M的钢筋混凝土压力管，进口高程2578M，管长2162M，进口1445M长与坝轴线垂直，后717M右转24，管身为砼预制管，管壁厚012M。进口设钢质平板直升式检修闸门，由15T手摇丝杆启闭机启闭。1987年新建发电输水涵后，已将此涵变为了冲砂底孔。灌溉引水管（即高涵）位于大坝左端，为浆砌石箱型涵，进口高程26992M，断面尺寸为05M07M。进口设钢质平板直升式工作闸门，由5T手摇丝杆启闭机启闭。1987年新建发电、灌溉引水涵管位于大坝右端，进口高程2618M，为钢筋砼衬砌的圆管，主管直径15M，出口分为三根岔管，2根发电管，管内径为08M，1根灌溉管，管内径为07M，涵管进口设钢质平板直升式工作闸门，由5T手摇丝杆启闭机启闭。电站厂房2处，总装机容量为825KW，其中渠首电站装机容量为200125KW，发电尾水进入总干渠，电站设计水头17M。坝后电站装机容量2台250KW，发电尾水进入河床，电站设计水头195M。设计多年平均发电站220万KWH，近十年实际实际年平均发电量1645万度。XX河坝近十年发电量统计表年份发电量（万度）年份发电量（万度）2002198200719520031732008127200415020091752005210201014520061022011170小计833812年均1645212电站运行现状经现场检查和查阅资料，电站运行现状归纳如下电站水工建筑物陈旧，但基本能满足发电运行要求。大坝、发电输水涵洞、冲砂导流涵洞及坝后厂房等已使用30多年，目前现场检测发现，因钢筋混凝土浇筑质量差，且已运行多年，涵管砼剥蚀及露筋现象严重，并存在较多的环向裂缝，同时砼强度达不到原设计的C20的强度等级。电站厂房是砖混结构建筑，较为陈旧，但厂房未发现基础下沉、墙体开裂、屋顶漏水等质量问题，基本能满足使用要求。升压站设备基础和构架为低标号砼现浇，历经30多年的风雨侵蚀，有些表层砼已脱落，裸露出钢筋，但没有出现下沉、变形等问题，表象较差，但能维持使用。机组出力效率明显降低。目前电站1机组是上世纪80年代的产品，运行至今已有30多年，现出力只有60左右。坝后电站2机组容量200KW，水轮机转轮磨耗严重，最大出力150KW，且发电机在出力140KW左右发热严重，机组效率水平为75；3机组存在与2机同样现象，在设计水头工况（设计水头HR17M时）最大出力200KW，机组效率水平为80。近年来，由于机组空蚀磨蚀严重，设备老化等因素，机组出力逐年下降，目前，在水库处正常水位，水轮机过额定设计流量时，4机组出力200KW左右，机组出力降低1520左右，机组效率水平已低于75。水轮机组检修工作量逐年增大。4台机组都存在振动过大，检修难度大，费用过高，同时造成设备临检而不能发电；厂家制造工艺较差，机组水导处止水密封漏水严重，水导油盆经常进水，水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，每年的检修费用很大。机组和电气设备已超过使用期限，严重老化，故障率高。发电机组、主变压器、控制保护设备、起重设备都是上世纪70年代出厂产品，老化严重，有些配件已难以采购，电站虽能勉强维持运转，但故障率高，运行状况差，维修任务大，停电时间长，急需要更新改造。213电站存在的主要问题XX河坝电站自1979年投产以来，已运行30多年，鉴于电站建设时机电设备的制造技术水平较低，以及运行时间长，设备老化磨损严重，电站主要在设备方面存在诸多问题。水轮机空蚀、磨蚀破坏严重水轮机转轮叶片磨损严重。水轮机转轮的材质为普通碳钢，抗空蚀能力低，目前，检查发现叶片及下环的空蚀和泥沙磨损较严重，叶片背面的空蚀部位已被气蚀成蜂窝状。转轮密封间隙过大。由于水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，既造成较大的容积损失，同时又造成设备临检而不能发电。机组出力、效率逐年下降由于上世纪早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少，电站只能“套用”相近转轮；其主要能量指标单位流量、单位转速、模型效率都比较低。因而使机组偏离电站实际运行参数，导致水轮机偏离高效率区，造成机组运行的平均效率低、耗水量大，水能资源未能得到充分利用的。本电站水轮机组新机时的效率大约为80，由于水轮机通流部件空蚀、磨蚀导致的水力损失逐渐增大，目前机组效率已大幅下降。XX河坝电站原调速器型号为YT系列，经过多年运行，调速器控制元件磨损老化、调节失灵；调速器是上世纪中生产的老式产品，备品备件无处采购，修复难度很大。现全部更换为微机调速器，型号YWT系列，调速功300600KGM。电气设备老化，故障率高。电站主变压器三台，型号分别为S7315/400V2台和S7400/400V1台，均是上世纪80年代未产品；高压开关柜、控制保护设备都是老式产品，继电器、控制仪表、测量仪表全部是机械式产品，技术水平低，且运行时间长，已严重老化，运行中故障率高，耗电量大，既不安全，又不节能，难以适应电站安全经济运行要求。22电站综合能效评价221电站水能利用评价XX河水闸闸址以上控制集雨面积7863KM2,干流长度173KM，干流坡降44。多年平均降雨量1715MM，多年平均蒸发量14626MM。电站设计装机825KW，设计多年平均发电站220万KWH，20022011年电站实际年平均发电量1645万度。根据电站水能计算，XX河坝电站坝址控制集雨面积7863KM2，多年平均流量177M3/S，水能利用率仅60左右。由此可见，本站水能利用率是很低的，对XX河坝电站增效扩容改造十分必要。222机组运行效率评价目前电站1机组水轮机型号为ZD661LMY60，配套发电机型号为TSN59/418，额定转速750R/MIN，额定功率125KW，额定功率因数08（滞后），额定电压038KV，湖南XX县水电设备厂出品，为1972年9月的产品，运行至今已有30年，现出力只有50左右，达到了报废标准。2机组容量200KW，水轮机型号均为HL123WJ50，配套发电机型号为TSWN85/3，额定转速750R/MIN，额定功率200KW，额定功率因数08（滞后），额定电压04KV，2台水轮发电机组均为邵阳市水轮发电机厂1979年的产品，水轮机转轮磨耗严重，最大出力150KW，且发电机在出力140KW左右发热严重，坝后电站3、4机组容量250KW，水轮机型号均为HL260WJ60，配套发电机型号为TSWN9019，额定转速750R/MIN，额定功率因数08（滞后），额定电压04KV，2台水轮发电机组均为为邵阳市水轮发电机厂1979年的产品，水轮机转轮磨耗严重，最大出力200KW，且发电机在出力210KW左右发热严重，机组效率水平为80；分析其主要原因有水轮机运行工况偏离了最优工况。由本电站水轮机的实际运行范围也可以看到，水轮机的过流能力偏小，而受发电机额定铭牌出力考核指标的需要，水轮机实际工作在大流量、低效率和高空化区，把最优区排除在运行范围之外。由此产生的不良结果是水轮机空蚀严重、运行效率低、水流噪声偏大、稳定性差。水轮机实际运行工况已处于限制点外的大流量区，实际工作效率严重偏低。HL123机型在新机条件下，在单位转速679R/MIN，单位流量124M3/S的实际工况点，模型效率也只有885。考虑到上世纪70年代产品真机与模型在导叶数量和尾水管形状等方面的差异，真机效率比模型要低12，大约为865875。机组已运行30多年，水轮机通流部件空蚀、磨蚀导致的水力损失逐渐增大，使得机组综合效率水平已降至80。与现代水轮发电机效率水平92相比，相差近12。223电站增效扩容的可行性评价XX河坝电站设计装机825KW，设计多年平均发电站220万KWH，20022011年电站实际年平均发电量1645万度。通过技术改造，电站装机容量为1000KW，多年平均发电量可达2908万KWH，比原设计年增加发电量708万KWH，增加比例为32；比20022011年电站实际年平均发电量1645万度增加发电量1263万KWH，增加比例为768。水量能满足增发电量要求。XX河坝电站发电多年平均可用水量6623万M3，改造后发电量2908万KWH，需要供水量4587万M3。引水建筑物能满足输送流量要求。发电输水涵洞位于非溢流坝的右坝段，为钢筋砼圆形涵管，内径为15M，长25M，进口底板高程为2618M，原设计引用流量6M3/S，经计算，属经济流速范围，可满足要求。厂房及升压站建筑物结构尺寸能满足技术改造要求。本次技术改造水轮发电机组台数减小1台，主变压器台数不变，高低压配电屏柜及辅助设备台数与原来基本相同，控制保护采用微机自动化装置，屏柜台数还有所减少，厂房及升压站原有建筑物结构及尺寸都能满足改造要求。更换水轮发电机组，出力效率会大幅度提高。原有3、4水轮机组因老化磨蚀严重，出力效率降至77左右，更换新机组后，机组综合出力效率可达到92，与现状相比，机组出力效率可增加15。电量上网不存在问题。XX河坝电站电力输入XX县电网，XX县电网与湖南省电网已连网。XX县电网电力总装机容量达到100MW，用电负荷达到116MW，年用电量达到6亿KWH。XX河坝电站改造后比原设计年增加电量约70万KWH，对电网影响微小，且电站有水库调节，发电稳定，是优质电，电网将优先接纳，故增效改造后增加电量上网不存在问题。从以上分析说明，XX河坝电站进行增效改造的条件基本上能满足，所以，对XX河坝电站进行增效扩容改造是可行的。23电站技术改造目标与内容231电站技术改造目标XX河坝电站增效扩容改造主要目标为通过增效扩容改造，消除电站安全隐患，减小不合理的装机，提高电站经济效益；水轮发电机组综合效率由原设计80提高到90；多年平均发电量由原设计220万KWH增加到2908万KWH，增加发电量708万KWH，增加比例为32。较改造前10年实际平均年发电量1645年KWH增加发电量1263万KWH。232电站技术改造内容电站技术改造主要项目如下2321水力机械设备更新改造水轮机改造。水轮机更换3台，拆除1台。发电机更换。发电机更换3台，拆除1台。水轮机调速器更换。调速器3台，拆除1台。油、气、水系统设备及管路更换。2322电气设备更新改造高低压配电装置更换。包括105KV厂用变、10KV高压开关柜、400V低压配电屏。控制保护设备更换。包括发电机组及调速器机旁屏柜、微机控制保护装置、微机监控装置、自动化装置、直流系统装置、工业电视装置、通信系统装置等。升压站设备更换。包括主变压器3台、断路器、电压互感器、电流互感器、隔离开关、避雷器等。2323建筑物及设备基础更新改造水轮发电机组基础改造。水轮机调速器基础改造。主变压器基础改造。高压室、中控室屏柜基础改造。发电机房、中控室、高压室建筑装修。升压站构支架改造。3水文计算及水能复核31流域概况XX河坝位于湘江一级支流紫水河上游，地处XX县大庙口境内，距XX县35KM。闸址以上控制集雨面积7863KM2,干流长度173KM，干流坡降44。32气象电站属亚热带大陆季风湿润气候，热量充足，四季交替分明。灌区多年平均气温137184，多年平均日照为15233H，多年平均降雨量1715MM，多年平均蒸发量14626MM。33水文基本资料本次规划设计采用2009年2月湖南省水利水电勘测设计研究总院XX河水闸安全鉴定安全评价报告中的成果XX河水闸天然设计洪水成果表31频率（）计算时间计算方法项目022333QMM3/S453032122943本次成果推理公式W总万M31470107098334径流计算341径流XX河坝坝址逐月平均流量直接从省勘测设计总院2009年编的湖南省XX县芦江水库初步设计报告引用，然后通过水文比拟法求得XX河坝坝址逐月平均流量。结果见表32。对XX河坝坝址月平均流量系列进行排频计算。计算结果见表33。表32XX河坝坝址逐月平均流量表（一）M3/S一二三四五六七八九十十一十二平均19590102402863426099290530390200040150632171960036020442241640108017919032028086115224196101917334210912796710623541333086197061389196206802215644054083116614271829407104529119630121211860871150940250140070060790650681964145074354571352938036156028066038008231196500602116551830612301202300802223016813419661231210574211961392290110050170190161131967015164242309345123031044131017093080133196803609231344518382278537305401202904926619691080601661303961200241330152000620151191970045101354411709370238291396421060239303197103906810413718427101805703901500700807919720070720327314053450361360280652051111811973188130173514461461187370089239067022242197402714605733314630124809001200800902011619750501034425521340200048184054156317029290197601204919351255837266912306220211901924119770500840302233265120570930760850570241351978043032188221810250041219038010014009156197902719515614252141106611718302301000915519800161612235424110240260430360740090081311981020172301825271386421109085112238025247198201529119648032631303128923806531115922619830833204172865682940250761070430180131871984020100110496574301026116185072020028171表33XX河坝坝址逐月平均流量表（二）M3/S一二三四五六七八九十十一十二平均1985118452312304165198234266204083115098212198608620224429526734335112206604107102417619870370631993494561661011311983382780882001988094230375317368142195158141139056036188198913327618023163315630513308505209303919319902133213392833243103440942671842250732481991272190336217236138092393287132202100216199219437854022834334834208221505402203623219931641803411954253673471111132181121094305199404421531947354162738490824331008318236119952513462063832462160860790292090460261771996099094362465361077112389111092054032187199708626432654734837424019033820511221827119983643555202364395401190790230160170142271999014020077281384440440764720126120071288200004410536157429533810010811831011610421420011661412244383295414561641740390940632362002066143273283372450736861213486180294363200318118623730143137310807906103802902917120040221082913694802141143841930370930501962005151316171205342575120084170050175102205200610022830623832949354539923411413506526520071281552942401703240981031020360210321422008026199353212240286187150305084252043195平均085166257373402355195215192114102066210表34经验频率计算表序号年份值频率序号年份值频率11961389196262005205509822002364392271987200529431994361588282004196549041993305784292008195568651970303980301989193588261962291117631198818860787197528913733219961876275819992881569331983187647191997270176534197218166671019682661961351995177686311200626521573619861767059121990248235337198417172551319812472549382003171745114197324227453919781567647151976241294140197915578431620012363137412007142803917199223233334219771358235181964231352943196513384311919822273725441967133862720199822739224519801318824211960224411846196911990202219592174314471974116921623199121645104819661139412242002154706491971079960825198521249025019630689804342径流特性XX河坝坝址多年平均流量为21M3/S，多年平均年径流量6630万M3，历年最大月平均流量为1132M3/S1993年9月；历年最小月平均流量为004M3/S1959年10月。每年49月为丰水期，103月为枯水期。年内分配不均匀，多年平均汛期49月径流量占年径流量的6892，其中46月占年径流量的4489，103月径流量占年径流量的3521；其中111月为最枯，仅占年径流量的102。343径流代表性分析从表33可以看出19592010年径流系列中，包含丰、中、枯水年，以1961年最丰，年平均流量389M3/S，以1963年最枯，年平均流量为068M3/S，丰枯比572。综合以上分析，认为19592008年50年径流系列基本能反映径流系列总体的特征，具有较好的代表性。344径流频率分析成果金江电站坝址径流成果见表34，各频率径流成果见表34按水文年进行排序。345典型年选择典型年按年径流进行分析排频，经分析计算选用典型年为丰水年P10为1993年，修正系数1004；平水年P50为1984年，修正系数1005；枯水年P90为1969年，修正系数1008。坝址各典型年径流见表35。表35XX河坝坝址各典型年径流M3/S频率典型年1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月197004510135441170937023829139642106023910丰水年045101356412712372238292397422060240198511845231230416519823426620408311509850平水年118454314305165199235267205084116099196910806016613039612002413301520006201590枯水年10806016813139912102513401520206201535水能复核计算XX河坝电站的水能计算首先以蓄水灌溉为主，坝后电站1、2发电尾水进入灌溉渠道，下余弃水量3、4电站发电，洪水部分多余水量直接进入XX河。351特征水位的确定1、上游水库水位库容关系曲线XX河坝水位库容关系曲线水位（M）260265270275280库容（万M3）21134821602、下游水位XX河坝总干渠渠首设计2575M，即1、2机组发电尾水位为2575M；下游河床水位流量关系曲线如下表XX河床水位库容关系曲线水位（M）254260262264266268库容（万M3）0198886176429584554XX河坝设计灌溉大庙口、紫溪两个镇和大庙口林场20个村的27万亩农田；防洪保护下游大庙口镇、紫溪市镇农田21万亩，人口15000人。现实际灌溉面积12万亩，月平均灌溉供水流量直接从XX市水利水电勘测设计院2005年编的湖南省XX县XX河坝灌区配套初步设计报告引用，XX河坝电站水能计算见表36、表37、表38。表36XX河坝电站丰水年（P10）水能计算成果表设计代表年一二三四五六七八九十十一十二合计月径流量M3/S0451013564127123722382923974220602403648月径流总量万M3）1184326647935111083151870229770662670767331043671110291579163163958798灌溉径流量万M3456456679290149827641582219094310858水库蓄水量万M310281028102810281028102810281028