纪村水电站增效扩容改造对水能利用率的影响

纪村水电站增效扩容改造对水能利用率的影响摘要：纪村水电站2016〜2018年进行了增效扩容改造，有效提高了水能利用效益。结合实际运行情况，分析径流式水电站提高水能利用率产生的发电效益关键词：水电站；增容改造；水能利用；发电效益纪村水电站概况纪村水电站位于青弋江灌区总干渠末端，泾县县城东北约6km处，为青弋江灌区综合利用配套工程，通过长约41km的灌区总干渠从上游溪口闸引陈村水电站尾水发电，发电尾水灌溉，具有发电、灌溉等综合利用效益。纪村水电站属径流式日调节水电站，上游来水量由陈村水库的调节下泄流量青弋江支流徽水径流量和区间径流量组成。电站装有2台轴流转桨式水轮发电机组，总装机容量34MW；1973年开始建设，1977年两台机组相继投产发电，设计多年平均发电量为16500万kW・h。由于总干渠部分渠段淤积严重、水量和水头不足及机组效率低等原因，实际年平均发电量为13916万kW・h。增效扩容改造的必要性纪村水电站机电设备已运行40年，主要机电设备等均存在不同程度的老化和损坏现象，效率严重下降，已不能满足高效、安全、稳定运行要求。2台水轮机型号为ZZ587-LJ-330,转轮模型是上世纪60年代产品，效率低、气蚀性能差，且限于当时的材料及制造水平，与目前比较先进的转轮模型相比，其效率和过流能力相对较低。该转轮计算吸出高度-4.9m,实际吸出高度-3.0m，水轮机淹没不足。2.2原转轮设计水头28.5m，最高水头36m，最低水头24.5m。由于历史原因,向纪村水电站供水的总干渠达不到设计水位，局部渠段淤积严重，电站运行水头一直低于水轮机设计水头，过流能力不足。通过对近年来机组运行的毛水头进行统计，2009至2010年，机组75%时间运行在毛水头27.50m以下，加权平均水头27.40m；2013年，机组70%时间运行在毛水头27.50〜28.00m之间，加权平均水头27.83m，受引水渠道通水能力影响，纪村上游水位无法提高。水轮机偏离高效区运行，机组效率低，长期达不到额定出力。2.3纪村水电站以上控制总流域面积约4400km2，其中支流徽水在黄村拦河坝以上约1000km2，汛期总干渠上游水草多、来污量大，造成发电进水口拦污栅水头损失大，经测量水头损失约1.6m，每台机减少出力约1000kW；由于污物量大,为了清污采用打开泄水闸冲污和停机人工清污相结合，经2012〜2014年统计，每年约有50次打开泄水闸冲污，年耗水约100万m3，年均停机清污36次，每次均需停机2小时以上，影响电站正常运行，存在安全生产隐患。综上所述，对电站机电设备进行增效扩容改造，以提高电站综合效能和安全性能，促进水资源的综合利用十分必要。提高水能利用率的主要工程措施为了充分利用水力资源，发挥电站效能，确保工程安全运行，纪村水电站2016〜2018年进行了增效扩容改造。改造工程，在不改变纪村水电站工程标准、功能的前提下，为达到提高综合能效和安全性能、促进水能资源合理利用、维护河渠健康的目的，以机电设备更新改造为重点，主要对破损或老化的水工建筑、水力机械设备、电气设备和金属结构等进行修护、更换等改造；将两台发电机组2X17MW扩容为2X18MW，同时在水电站上游新建一座拦污闸。总干渠清淤

对严重影响总干渠过流能力的黄村闸下游、三板桥闸段、纪村电站上游总计8.1km渠道，采用挖掘机施工作业、部分渠底采用清淤泵清理进行清淤作业，清除河底垃圾、渣土及边坡土方，提高渠道过流能力。水轮机增容改造在蜗壳、尾水流道、座环、固定导叶、转轮直径等多方面参数均不变的条件下，通过提高水轮机转轮的效率水平和过流能力，来达到其增容的目的。在改造前，水轮机出力17750kW,实施改造以后，水轮机出力18557kW,增容幅度4.5%,设计点效率提高4.05%。改造前后主要参数对比见表1。表1改造前后水轮机主要参数对比表型号ZZ587-LJ-330ZZ550F-LJ-330最低水头设计流量型号ZZ587-LJ-330ZZ550F-LJ-330最低水头设计流量额定转速214.3r/min214.3r/min额定点效率89.6%93.65%安装咼程22m22m吸出高度-4.9m-2.83m3.3改造拦污栅，减少水头损失针对进水口拦污栅由于污物堵塞影响发电的问题，采取的改造措施是在上游新建拦污闸，配备拦污栅和清污机。清污机采用2台ZD2000型移动式全自动液压抓斗清污机，可保证污物及时被清理，避免拦污栅前后形成较大的水位差。新建拦污闸位于大坝上游220m处，底槛高程48.7m（与总干渠渠底高程一致），共布置5孑L，单孔净宽8.4m。左、右两侧均为两孔一联，中间为一孔一联。闸室总宽为50.2m，顺水流向长10.0m。在设计流量160m3/s、设计水位55.01m时，拦污栅实际过流面积按孔口面积的75%计，过栅流速为0.805m/s；上下游水头差为0.20m时，闸孔过流量为497m3/s，大于设计流量160m3/s，实际运行中水头损失小于0.20m。原机组进水口拦污栅采用直立式平面滑动钢栅，栅体尺寸2.85mX9.0m，分3节，单节高度3.0m，共8扇。栅条净距100mm，边梁为16槽钢，主梁为16工字钢，栅条横截面为8mmX80mm。对于轴流式机组，叶片间隙为转轮直径的1/20,因此拦污栅栅条净距不得超过3300/20=165mm，原拦污栅栅条净距100mm偏小，污物容易形成堵塞，过流阻水较突出。更换的拦污栅栅条净距取160mm，栅体尺寸2.84mX9.0m，分3节，单节高度3.0m，栅体框架为焊接钢结构，栅条横截面为12mmX100mm；改造后复核单台机引水系统总水头损失不大于0.62m。增效扩容改造对水能利用率影响分析4.1对达不到原规划设计流量的渠段进行清淤疏浚，将总干渠的过流能力提升至规划设计的160m3/s，大于纪村电站增效扩容改造后发电需求引水流量149m3/s，既能满足无调节能力的长渠道引水式电站增效扩容后引水流量要求，还能对沿线的灌溉供水有着更好的保障。4.2经过增效扩容改造，单机增容至为18MW，增容5.9%；设计水头27.7m，水轮机设计点效率提高4.05%，考虑到改造前水轮机实际运行效率远低于设计值，改造后机组运行效率提高约7.1%，达到提高电站发电效益的目的。4.3新建拦污闸和改造机组进水口拦污栅，水头损失减少至0.82m以下，与改造前1.6m相比，可增加出力约500kW；且改造后机组不再停机进行拦污栅清污,提高了机组运行可靠性和安全性。通过改造并结合在大坝上游总干渠上新建拦污闸以及河道清淤，提高机电设备效率及安全性、大幅降低拦污栅损失和增加渠道过流能力，有效提高电站发电效益。改造前实际年平均发电量为13916万kW・h,增容后2019年过水轮机流量25.48亿m3,年发电量16149万kW・h,增发电量2233万kW・h,增加了约16%的电量。如按电站多年平均来水量27.7亿m3计算，年平均发电量可达17556万kW・h,增加了约26.2%的电量，达到了设计目标值，效益