正孔水电站工程水轮发电机组的选型分析

谢启刚

(贵州省正安县水利局，贵州 正安 563400)

正孔水电站工程水轮发电机组的选型分析

谢启刚

(贵州省正安县水利局，贵州 正安 563400)

小水电代燃料项目正孔水电站位于贵州省正安县安场镇正江村，为芙蓉江左岸一级支流三江河干流上水电梯级规划的第六级电站，距正安县城22km，距县安场镇11km。正孔水电站坝址以上流域面积1030km2，厂址布置在河道右岸距离大坝下游250m处，距上游已建的瓮溪水电站厂址约9.4km，距下游已建的螺丝塘水电站坝址约2.9km。现右岸距离河床约100m高差处有简易公路通往，交通条件一般。该水电站为混合式电站，主要任务是水力发电。文章对电站工程水轮发电机组的选型进行了比较分析。

水电站；水力发电；水轮发电机；选型；比较分析

0 引 言

水力发电系利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。

水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过程。因水力发电厂所发出的电力电压较低，要输送给距离较远的用户，就必须将电压经过变压器增高，再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所，最后降低为适合家庭用户、工厂用电设备的电压，并由配电线输送到各个工厂及家庭[1]。

1 水 文

1.1 流域概况

正孔水电站工程位于正安县安场镇境内的三江下游，距正安县县城22km。三江位于遵义市东北面，为芙蓉江左岸的一级支流，发源于重庆南川市以南的轿子山，山顶高程1620.90m，河源高程980.00m，河口高程447.80m。河流流经重庆南川及道真县的三江镇等地，于格林渡河口汇入芙蓉江。

三江全流域面积1077km2，多年平均流量21.8m3/s，水力资源理论蕴藏量4.73万 kW。三江全长73km，总落差532.2m，河道平均比降7.3‰，流域内土壤主要有黄棕壤和石灰土等，流域内植被一般，主要自然植被是中亚热带常绿落叶阔叶林，森林覆盖率约15%。

正孔水电站取水拦河坝以上流域面积1030km2，多年平均流量20.7m3/s，河长66.6km，河道平均比降7.1‰，流域形状系数0.232。

1.2 水文站、气象站及雨量站情况

三江流域内无气象站和水文站，仅有新洲雨量站。邻近的流域面积相近的水文站有芙蓉江支流清溪河上的沿渡河水文站、正安水文站，芙蓉江干流上的旺草、银水寺水文站。有关气象站、水文站、雨量站基本情况见表1。

表1 主要水文、气象及雨量站表

1.3 机型选择

本电站额定水头H=13.60m，属于轴流式机组和贯流式机组推荐区间，由于本工程所在河流为典型山区河流，全年水量分配及不平衡，丰、枯期水量差别巨大，不具备装设贯流式机组的条件。因此根据《中小型轴流式混流式水轮机转轮系列型谱(JB/T6310—92)》、《中小型轴流式混流式水轮机转轮系列型谱(2002补充)》以及目前各厂家开发的新转轮，结合本站水能参数和设备厂家推荐可选机型有ZDJP401、ZDJP501、ZDJP502、ZDJP502、ZDJP503等几种模型转轮。

各转轮的机型选择计算比较见表2,由于本电站为无调节引水式电站，因此在选型时考虑在额定水头发额定出力时机组效率最高，也保证机组在最大水头及最小水头发额定出力时机组在高效区运行，故该表只列出各转轮在具有代表性的设计工况的参数来作比较。

通过以上选型计算比较表可以看出在设计工况点，各转轮用于本电站均比较可行，都具有单位转速高，单位流量大，机组转速高，转轮直径较小，效率高等特点。

经综合比较，ZDJP502(50)-LJ-156机型在本电站的机型选择中除具备其他机型所具有的优点外，还具有效率最高，转轮直径相对较小，机组转速高，引用流量小等优点[2]。

2 机组效率分析

2.1 特征水位

根据“三江水电规划”，正孔水电站为原大河坝水电站、正孔水电站合并而成，因此正常蓄水位为大河坝水电站拦河坝坝顶高程499.50m(实测)，多年平均流量对应尾水位483.93m，厂址处实测河床枯水位483.65m。混合式方案死水位497.50m。

2.2 库容

根据正常蓄水位及死水位查库容曲线，水库正常蓄水位库容105万 m3，死库容52万 m3，兴利库容53万 m3。正孔水电站正常蓄水位库容仅占多年平均径流量的0.08%，为径流式水电站，其主要任务是发电，设计流量2×14.0m3/s。电站运行中，当来水流量>10.5m3/s时，电站运行水位按正常蓄水位499.50m运行;而当来水流量<10.5m3/s时则需由水库调节在日内按“长蓄短发”方式运行。要保证水轮机运行(单机70%出力，相应流量10.5m3/s)，经最小日流量2.19m3/s及兴利库容计算，日内停、发时间分别为17h和7h，对电站运行影响不大。

表2 机型选择比较

2.3 水库洪水调节

2.3.1 洪水标准

本工程水库总库容大于100万 m3而小于1000万 m3，为小(1)型水库，坝型为混凝土重力坝。根据GB50201—94《防洪标准》和SL252—2000《水电水电工程等级划分及洪水标准》的有关规定,经综合分析后采用30a一遇(P=3.3%)洪水设计，200a一遇(P=0.5%)洪水校核。设计洪水洪峰流量为2590m3/s，洪水洪量为8760万 m3/d；校核洪水洪峰流量为3830m3/s，洪水洪量为 11800万 m3/d。

2.3.2 调洪计算

1)自由泄洪与设闸控制泄洪方案比较：若采用坝顶自由泄洪，在溢流净宽42m的情况下，5a一遇水库洪水位505.81m，大河坝水电站取水拦河坝以上有约14hm2耕地受淹没影响，而且涉及道真县。若设闸控制泄洪，5a一遇水库洪水位可控制在499.50m或以下，大河坝水电站取水拦河坝以上耕地受影响的程度低于现状，因此宜采用坝顶设闸控制泄洪。

2)闸门方案比较：经多组闸门比较后，设5孔8×7m闸门，堰顶高程492.50m,堰型为实用堰，溢流宽度40m，溢流堰流量系数m=0.48,侧收缩系数取0.95，淹没系数0.86～0.93。经调洪计算，水库设计洪水位503.99m，最大下泄流量2530m3/s，大坝下游设计洪水位498.46m；校核洪水位506.75m，最大下泄流量3700m3/s，大坝下游校核洪水位500.43m,水库总库容582万 m3。洪水调节计算成果见表3。闸门比较方案调洪成果见表4、表5。

2.4 电站规模

2.4.1 电站设计保证率

正孔水电站为径流式水电站，装机容量占当地电力系统比重较小，根据SL/T5105—1999《水电工程水利计算规范》及DL/T5015—1996《水利水电工程动能设计规范》有关规定，正孔水电站设计保证率取85%。

2.4.2 保证出力

根据历时流量曲线，查得P=85%保证率流量Qp=4.76m3/s，综合出力系数8.2，相应净水头H=13.9m，由此计算保证出力Np=542kW[3]。

2.4.3 装机容量

正孔水电站水库正常水位499.50m，死水位497.50m，前池水位499.28m，前池运行最低水位497.28m，多年平均流量相应尾水位483.93m，最大毛水头15.73m，最小毛水头13.73m，加权平均毛水头15.08m。最大净水头14.90m，最小净水头12.9m，加权平均净水头14.25m。根据水轮发电机特分析,综合出力系数A=8.2。共计算了4种装机容量的有关动能指标进行比较，详见表6。

表3 正孔水电站采用方案(5孔8×7m闸门)调洪成果表

注：1)水库校核洪水位506.75m(p=0.5%)，相应大坝下游水位500.43m；设计洪水位503.99m(P=3.33%)，相应大坝下游水位498.46m；水库总库容582万 m3。正常蓄水位499.50m；2)厂房校核洪水位498.57m(p=2%)，设计洪水位497.78m(p=3.33%)；3)闸门5孔8×7m(b×h)，堰顶高程492.5m。

表4 正孔水电站比较方案(设3孔14×11闸门)水库调洪成果表

表5 正孔水电站闸门比较方案(3孔12×12)调洪成果表

表6 正孔水电站(混合式)装机容量比较表

注：1)平均毛水头：15.08m,最大毛水头:15.73m，最小毛水头:13.73m。平均净水头:13.5m,最大净水头:14.90m，最小净水头:12.90m，平均水头：14.25m。推荐2×1600kW；2)正常蓄水位499.50m,死水位497.50m,正常库容105万 m3,死库容52万 m3,兴利库容53万 m3。

正孔水电站虽然是“以电代燃”生态项目水电站，但电站直接上贵州电网，生态负荷区从电网上下电，电站发电量扣除生态负荷区用电量后的电量可由电网供给其他用户，因此装机容量考虑水资源利用充分合理、技术经济指标优越、电站运行工况好等因素确定。装机容量2×1600kW单位电能投资较优、水资源利用比较充分，故确定正孔水电站装机容量为2×1600kW，其多年平均发电量1390万 kW·h，利用小时4340h/a，保证出力542kW，水量利用率69.8%。

3 结 语

水电是我国仅次于煤炭的第二大常规能源资源，更是目前可再生和非化石能源中资源最明确、技术最成熟、最清洁和最经济的能源，随着我国在降低二氧化碳排放方面的压力和责任越来越大，水电对降低二氧化碳排放、发展低碳经济的作用和效果将愈加显现。

[1]李永春，张智华．功率因数对工厂供电系统的影响及补偿[J]．甘肃有色金属，2002(01)：31-35.

[2]施雪燕．电容器就地补偿在工厂供电系统中的应用[J]．黑龙江造纸，2001(03)：51-53.

[3]马红丽．工厂配电设计[J].工厂设计与研究杂志，2004(01)：22-26.

AnalysisonHydroTurbineTypeSelectionforZhengkongHydropowerStationt-ASmallHydropowerProjectinPlaceofFuel

XIE Qi-gang

(Guizhou Province Zheng’an County Water Conservancy Bureau,Zheng’an 563400，China)

Zheng'an Hydropower station is located in the Zhengjiang village，Anchang Town，Zheng’an County，Guizhou Province，the sixth hydropower station on the Sanjianghe River mainstream，which is the first tributary of the Furongjiang river，11km away from Anchang Town，22km away from Zheng’an Town,.The catchment area over the dam 1030km2，powerhouse is located in downstream of the dam on the right bank，250m from the dam，about 9.4km away from upstream existing Wengxi hydropower station,2.9km away from the existing Siluotang hydropower station.There is a simple road at the right bank of river bed，elevation distance about 100m，the traffic conditions is not good.The hydroelectric station is a hybrid power plant；the main task is to hydroelectric power.The selection of power plant turbine generator unit is analyzed in the paper.

hydropower station；hydrogenation；turbine；type selection；comparison and analysis

1007-7596(2014)03-0032-04

2013-10-12

谢启刚(1967-)，男，仡佬族，贵州正安人，工程师，从事农村水电的规划、勘测设计、水电站的建设与管理工作。

TM312

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