陳新立

（大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 涇縣 242500）

1 電站概況

大唐陳村水電廠紀村水電站位于安徽涇縣青弋江灌區(qū)總干渠末端，為青弋江綜合利用配套工程，距涇縣縣城5 km。利用陳村水電站尾水，在溪口引水通過40 km的青弋江灌區(qū)總干渠到紀村，攔引徽水和區(qū)間水筑壩壅水，利用干渠末端與青弋江河道之落差發(fā)電。

紀村水電站裝機2臺，容量2×17 MW，均為軸流轉(zhuǎn)槳式機組，壓力前池正常擋水位54.81 m，相應(yīng)庫容21.7萬m3，電站保證出力（90%）5 700 kW，年發(fā)電量1.65億kW·h。

紀村站2臺機于1976年投產(chǎn)運行，至今已運行40多年。由于多種原因，電站2臺機組實際運行水頭長期達不到額定水頭，導(dǎo)致機組運行效率偏低。

2 機組基本參數(shù)

紀村水電站是引水式水電站，引水總干渠長度40.8 km，設(shè)計流量160 m3/s，水深5.6 m，比降1/20 000，邊坡1∶2.5；壓力前池正常擋水位54.81 m，相應(yīng)庫容21.7萬m3，面積3.45萬m2；東干渠渠首開挖后前池容積約增至30萬m3，具有日調(diào)節(jié)能力。電站設(shè)計平均毛水頭28.82 m，2臺機發(fā)電設(shè)計尾水位26.3 m，發(fā)電最大引用流量144 m3/s，裝機2×17 MW，裝機利用小時5 070 h，電站水輪機為軸流轉(zhuǎn)槳式，發(fā)電機為懸吊式，機組主要技術(shù)參數(shù)見表1所示。

表1 機組主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)一覽表

3 機組運行數(shù)據(jù)

2012年2臺機發(fā)電時每小時運行水位（03月18日～11月05日），見表2所示。

表2 每小時運行水位

2012年2臺機發(fā)電時毛水頭水位（03月18日～11月05日），見表3所示。

表3 毛水頭水位

2012年2臺機發(fā)電時攔污柵差壓（03月18日～11月05日，每天記錄2次），見表4所示。

表4 攔污柵差壓

2012年2臺機發(fā)電時凈水頭（03月18日～11月05日），見表5所示。2012年03月～11月2臺機每月發(fā)電運行時長，見表6所示。

表5 發(fā)電時凈水頭

表6 每月發(fā)電運行時長 單位：h

4 數(shù)據(jù)分析

2012年紀村站總發(fā)電量1.56億kW·h，是繼2000年以來發(fā)電量最多的一年。但是從上述數(shù)據(jù)可以看出，在2012年2臺機長期發(fā)電運行期間，上游水位53.80～54.20 m時長，占全年運行比重的83.41%；下游水位26.20～26.60 m時長，占全年比重的82.58%；1號機凈水頭大于27.1 m時長僅占4.94%，1號機凈水頭時長25.9～27.1 m則占全年比重的85.154%；2號機凈水頭大于27.1 m時長僅占1.51%，凈水頭25.9～27.1 m時長則占全年比重的87.51%。也就是說2臺機發(fā)電期間運行水頭遠遠低于其設(shè)計的額定水頭28.5 m，根據(jù)2010年紀村電站效率測試報告，1號機水頭每降低1.5 m，出力減少約1 300 kW，效率降低約1%；2號機水頭每降低1.5 m，出力減少約1 000 kW，效率降低約1%。按2012年1號機運行時長為5 388 h，2號機運行時長為6 364 h進行計算，損失電量1號機約為700萬kW·h，2號機約為620萬kW·h。綜上所述，紀村電站每年因水頭低造成損失電量約為1 320萬kW·h。

5 原因分析

5.1 設(shè)計原因

紀村水電站是一個運行幾十年的老電站。設(shè)計單位原水電部第十四工程局設(shè)計處，當(dāng)時由于部分機構(gòu)變動、設(shè)計人員分散調(diào)動，在紅層地基上筑壩缺乏經(jīng)驗，初步設(shè)計深度不足。在施工過程中進行了大量的補充勘測和設(shè)計修改工作，補充的地質(zhì)勘探、試驗的工作量為初設(shè)階段工作量的一倍以上；壩基開挖施工中，未按設(shè)計要求進行，在設(shè)計和施工方面存在一些問題。紀村水電站初步設(shè)計中確定壩型為混凝土重力壩，后經(jīng)研究選用了中部7個壩段為混凝土重力壩，兩岸則以均質(zhì)土壩分別與笠帽山以及東干渠渠堤相接。技施階段，根據(jù)天津發(fā)電設(shè)備廠技術(shù)說明書及同類型機組其他電站的安裝情況，水輪機吸出高程原定-2.9 m更改為-3.9 m，水輪機安裝高程改為22 m，比初設(shè)降低1 m。

紀村所用的水輪機為我國60～70年代的產(chǎn)品，不僅設(shè)計制造水平較落后，而且由于當(dāng)時可選擇的轉(zhuǎn)輪型譜極少，選型時往往是就近套用，機組運行效率低，運行工況差。由于電站已運行幾十年，機組設(shè)備在性能和結(jié)構(gòu)方面都已陳舊、檢修頻繁。特別是轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉等部件由于空蝕和磨損，葉型遭到破壞，間隙增加而使效率下降。就紀村電站，轉(zhuǎn)輪葉片與轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁氣蝕嚴重，每年需要結(jié)合檢修對氣蝕部位進行補焊打磨處理。轉(zhuǎn)輪葉片在多次修補后線型變化加劇，轉(zhuǎn)輪室多個部位內(nèi)壁已經(jīng)脫空至混凝土層，補焊困難，影響了機組的安全運行與電廠的經(jīng)濟效益。

5.2 攔污柵的影響

紀村1號、2號機攔污柵均為柵格式攔污柵，柵格間距符合國家標準，清污方式為停機時手動清污。另外，紀村水電站以上，陳村水庫以下、溪口攔河壩以上和總干渠右岸所控制的區(qū)間面積約600 km2，支流徽水在黃村攔河壩以上約1 000 km2。引水渠道穿過高清技術(shù)開發(fā)區(qū)及大量生活區(qū)，存在大量的生產(chǎn)生活垃圾；特別是汛期大量的枯樹枝和生產(chǎn)生活垃圾順流而下，造成攔污柵堵塞嚴重，使攔污柵前后水壓差大大超過設(shè)計值。從上述數(shù)據(jù)可以看出，1號機攔污柵差壓0.7～1.3 m時長，占全年比重的75.21%；2號機攔污柵差壓0.7～1.3 m時長，占全年比重的82.03%。此外2臺機運行時間方面，2012年最長的月份為7月份，但是當(dāng)月因為清污，1號機停機2次累計3 h，2號機停機2次累計4 h。也就是說因為攔污柵清污需要，每月最少要停機2次，因停機清污損失電量每月最少約為20萬kW·h。

5.3 尾水的影響

兩臺機發(fā)電設(shè)計尾水位26.3 m。但從上述數(shù)據(jù)可以看出尾水高于26.4 m時長占全年比重的52.46%，也就是說紀村電站2臺機發(fā)電運行時下游尾水位超過一半時間是高于設(shè)計水位的。究其原因，其一是電站下游存在大量的采砂場，嚴重破壞了下游河床，不但抬高了下游水位，影響了水輪機出口流速，而且加大了尾水渦帶，間接加大了機組振動；其二是電站設(shè)計時未充分考慮到自然條件及周圍生產(chǎn)生活條件的變化，電站下游與青弋江主河道相連，當(dāng)大量降雨或溪口閘發(fā)生棄水時，就會抬高紀村電站下游水位。

5.4 渠道的影響

由于紀村電站上游存在大量耗水量大的農(nóng)業(yè)企業(yè)，工農(nóng)業(yè)用水量突飛猛進。另外，隨著人們生活質(zhì)量的提高，生活用水、環(huán)境用水、生態(tài)用水等過去設(shè)計電站時忽略的部分消耗也一天比一天增多。最明顯的就是紀村上游東干渠每年要進行開閘泄水，以滿足附近居民的生活生產(chǎn)需要。再加上渠道的水平高度有很長一段高于縣城，為了滿足多方面需求，渠道在建成后，一直無法達到設(shè)計水位，導(dǎo)致紀村站水輪機長期低于額定水頭運行。

6 解決建議

6.1 水輪機轉(zhuǎn)輪改型

由于紀村水電站是一個在60～70年代邊勘測、邊設(shè)計、邊施工的“三邊”工程。輪機轉(zhuǎn)輪的設(shè)計制造與使用條件相脫節(jié)。造成水輪機轉(zhuǎn)輪效率低，與90年代國內(nèi)外先進轉(zhuǎn)輪相比，差距很大，真機效率約低2%～5%以上，造成可利用資源的巨大浪費。另外，由于機電設(shè)備落后、技術(shù)老化、機組設(shè)計水平低、制造工藝差、技術(shù)參數(shù)低，以及部件老化機組出力受阻和自然條件的變化，已不能充分利用已開發(fā)的水力資源，從而造成水力資源的再度浪費。再加上電力資源的迫切需要，有必要對水輪機進行改型，以提高機組效率，改善機組運行的安全穩(wěn)定性。

從經(jīng)濟角度分析，進行水輪機轉(zhuǎn)輪的改造與新建電站相比，投資較少，見效很快，經(jīng)濟效益很高。從技術(shù)角度來看，近年來計算機技術(shù)、流體機械三維流動分析與設(shè)計理論、通訊與傳感器技術(shù)、現(xiàn)代控制理論和機械加工技術(shù)等都已取得了很大的進步，使得現(xiàn)代轉(zhuǎn)輪的設(shè)計、測試和制造方面都取得了長足進步。新的設(shè)計方法可以針對某一電站進行專門的設(shè)計與制造，可以保證電站選出適合自己電站條件的最優(yōu)水輪機類型，從而達到最佳運行效果，取得最大經(jīng)濟效益。另外，同梯級的陳村電站3號機的技術(shù)改造的成功，為紀村電站的水輪機改型積累了不少經(jīng)驗，為紀村電站的改型成功奠定了基礎(chǔ)。

6.2 采用新的攔污柵清污方式

為減輕進水口攔污柵的排污壓力，紀村上游設(shè)有浮箱攔污，可以在不停機的情況下，利用溢洪道向下游泄流時將污物引至下游，一定程度上減少了停機次數(shù)。但其清污效果并不是特別理想，很多時候還要停機清污。因此為提高清污效果，減少停機時間，可以考慮采用電動或手動清污裝置，如耙斗式、曲臂式或回轉(zhuǎn)式清污機等。

6.3 陳紀優(yōu)化調(diào)度

由于自然條件、民眾生活、多部門協(xié)調(diào)困難等多種因素影響，使紀村上游渠道、下游尾水的改變成為不可能。為盡可能降低渠道水位低造成的損失，電站專門制定了陳紀聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度政策，分析區(qū)間來水和陳村尾水情況，隨時監(jiān)視黃村與溪口水位變化，及時聯(lián)系溪口閘調(diào)節(jié)閘門，控制渠道流量，保證紀村充分利用每一方水。另外，電站有關(guān)部門積極與地方政府協(xié)調(diào)，盡可能地抬高渠道水位。

7 結(jié)束語

紀村電站長時間低于設(shè)計水頭運行，是由于機組選型不合理、攔污柵堵塞嚴重、渠道長時間低于額定水位運行、下游水位高等多方面因素造成的。要解決這一現(xiàn)狀最主要的方法是對水輪機轉(zhuǎn)輪進行改型，因為水輪機轉(zhuǎn)輪是水電站的主要設(shè)備之一，其性能的優(yōu)劣對合理開發(fā)水能、提高水電站運行可靠性和經(jīng)濟學(xué)有著巨大影響。其次是更改攔污柵清污方式，采用自動清污機，盡量減少因停機清污造成的損失。最后積極執(zhí)行現(xiàn)行的優(yōu)化調(diào)度政策，探索最優(yōu)化的調(diào)度方案，充分利用區(qū)間來水與陳村尾水。