黄山水电站技改工程初步设计报告.docx
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黄山水电站技改工程初步设计报告
广东南澳县黄花山水电站增效扩容改造工程
初步设计报告
揭阳市水利水电设计院
二○一二年三月
批准：
核定：
审查：
校核：
设计：
概算：
编写人员：
1、综合说明
2、现状分析评价
3、水文
4、工程地质
5、工程任务和规模
6、工程布置及建筑物
7、机电、金属结构及采暖通风
8、消防
9、施工组织
10、工程建设征地与移民安置
11、环境保护及地址灾害预防
12、水土保持
13、工程管理
14、节能
15、劳动安全及工业卫生
16、设计概算
17、经济评价
南澳县黄花山水电站增效扩容改造工程初步设计报告
1、综合说明
1.1概述
黄花山水库位于南澳西半岛，距县城后宅镇约4公里，水库所在地区属高丘陵及低山区，水库集雨面积4.55km2（其中2.4km2为引洪面积）。
黄花山水库是南澳岛最大一宗小
（1）型蓄水工程，工程主要任务是供县城用水，兼顾灌溉、发电等综合利用。
黄花山水库供水量占县城总供水量的一般以上（60%），灌溉农田1000多亩及林业果园等。
坝后引水发电装机容量为75Kw，发电尾水为县城供水和农田灌溉，是一宗一水多用，综合效益较高的工程。
该水库对南澳城镇、乡村生活用水和工农业生产发展起着重要作用，是南澳县最大的生命骨干工程。
黄花山水库主要建筑物包括大坝、溢洪道、涵管、电站等，主坝结构型式为均质土坝，最大坝高26.3米，坝顶高程216.3米（实测，假设高程，下同），防浪墙高0.6m，坝顶面宽5.5米，坝顶长157米；付坝二座，长350米。
一级溢洪道净宽1.8m，二级溢洪道净宽2.0m（2005年新开）。
黄花山最近一次加固时间是2010年，加固的工程措施主要是对大坝进行灌浆加固，顶管法新建输水涵管（钢管，管径为800mm），出口接电站进水调节前池。
水库规模和各特征水位及对应的库容均未发生变化，正常蓄水位214.3米，对应库容206万m³，设计洪水位（P=2%）为214.73，对应库容为214万m³，校核洪水位（P=0.2%）为227万m³。
1.2工程现状
黄花山电站1965年2月开工建设，1970年投产，1987年5月进行改造，改造后至今已运行25年，达到机电设备运行规定年限，现状装机一台，总装机为75Kw，水轮机型号为XJ78-W-25/1×6/7，出力20-155Kw，水头适用范围35-130m，流量为0.07-0.17m3/s，配电机型号为TSWN22.6，容量为160Kw，额定电压为400V，额定电流为138A，变压器型号为JB1300-73S，压力钢管内径为250mm，长度为30m。
经现场勘查及管理运行人员的的介绍，发现黄花山电站设备锈蚀严重，水轮机发电机组效率低下，明显出力不足，电机及机电设备已被列入淘汰产品目录，且运行多年，远远不能满足安全节能的要求，钢管锈蚀严重，多处出现漏水现象，随时有出现钢管破裂的可能，带病运行，损耗大，存在安全隐患。
尾水渠未发现严重问题，只是运行多年，局部有破损现象，进行简单砂浆勾缝处理即可。
坝后引水电站主副厂房结构存在安全问题，厂房结构为砌石结构，虽有修修补补，但仍见多处有较大的裂缝，屋面为木架结构，有腐烂开裂现象，目前用几条钢管焊接支撑，存在安全隐患，不用台风地震，一场大风大雨就有可能令其轰然倒塌。
本次拟对电站进行更新水轮发电机组及进水阀和控制屏、变压器等，对压力钢管进行维护，压力钢管锈蚀严重管段以及房屋建筑部分业主已安排其他项目进行改造，不再列入本工程项目。
黄花山水电站近6年来年发电量为：
年份（年）
2006
2007
2008
2009
2010
2011
年发电量（万度）
35.42
31.46
30.23
15.66
13.12
12.89
从上表可知：
近三年来的年发电量均值为（15.66+13.12+12.89）÷3=13.89万度电，技改增效更新机组后年发电量均值为51.57万度电，年发电量是近三年年发电量均值的3.71倍，比2006年（有较大台风暴雨，雨水量较大，可称得上是丰水年）还多。
增效改造效益可观，经济可行。
1.3自然条件
1.3.1流域概况
黄花山水库位于南澳西半岛，所在地区属高丘陵及低山区，林木茂盛，植被良好，雨量充沛。
1.3.2气象
本工程位于亚热带地区，属海洋性气候，气候温和湿润，雨水充沛，霜雪罕见。
多年平均气温21.5℃，最高气温36.2℃，最低气温2.9℃，多年平均日照2325.3小时，春季温润多雾，夏季为雨季且多台风，实测多年降雨量1331.2mm，秋冬季天气较干燥。
多年平均水面蒸发量为1455mm，其中冬春水面蒸发量1017.7mm，占全年的69%。
1.4工程地质
电站引水涵头在水库加固时已做处理；压力管沿管线地质稳定，为全风化和强风化基岩。
电站站址均为强风化基岩。
1.5工程任务和规模
黄花山水库的主要任务是供县城用水，兼顾灌溉、发电。
黄花山水库供水量占县城总供水量的一般以上（60%），灌溉农田1000多亩及林业果园等。
坝后引水发电原装机容量为75Kw，增效扩容改造后装机容量为1×160Kw，是一宗一水多用，综合效益较高的工程。
黄花山水库为小
（1）型水库，电站总装机为1×160Kw，为小
（2）型电站，工程等别为Ⅳ等，大坝溢洪道等主要建筑物为4级，次要建筑物为5级，洪水标准为正常运用标准为50年一遇，非常运用标准为500年一遇。
本次增效扩容改造工程主要是对机电设备进行更换，以及由于机组的更换引起的建筑物的小调整。
更换1台套水轮发电机组，更换变压器及电气设备，水工方面对尾水渠勾缝处理。
电站新更换水轮发电机组，水轮机型号：
XJA-W-40/1×9，设计水头85m，设计流量0.25m3/s，水轮机效率86%，配发电机SFW160-6/590，发电机效率92%。
1.6工程布置及建筑物
本工程为增效扩容改造工程，管线走向以及站址不变。
工程各建筑物的相对关系不发生变化，仍按原来布置。
电站新更换机组为160kw，机组基础需重建，位置仍在原机组位置。
电站更换电气设备及变压器，电气设备布置基本沿用原布置，变压器从原电站下游较远处移至电站附近。
新建一座调节水池，重建厂房等工程项目业主已安排其他项目进行改造，不再列入本工程投资。
1.7机电及金属结构
1.7.1水力机械
电站原则上要求按“少人职守”的原则设计，采用计算机监控系统。
但是考虑电站规模较小，当地有富裕劳动力，电站按常规自动控制设计。
电站设计装机容量160Kw。
电站水轮机为：
XJA-W-40/1×9，设计水头85，设计流量0.25m3/s，水轮机效率86%，配发电机SFW160-6/590，发电机效率92%。
选用电动闸阀，阀门型号Z941H-40。
阀门内径300mm。
公称压力1.6Mpa，操作电压AC220V，全开至全关时间为2分钟。
油气水系统相对较简单，不需做专门的油、气系统设计。
水系统经复核能够满足要求，仍采用原设计。
电站配置简单的机修设备1套，备品备件1套。
水力机械主要设备见表7-3
1.7.2、电气工程
本次增效扩容改造工程更换主变压器以及电气设备。
电站与电力系统的连接上网点仍采用原来的不变，与电力系统连接方式不变。
电站总装机为160kw，出线电压为10KV，主接线方案为一机一变的单元接线。
主要电气设备见表8-1。
根据电站目前劳动力富余的特点，电站不设置计算机监控，设置常规自动控制系统。
电气设备布置基本按原电气副厂房进行布置。
电站视频监控项目业主已安排其他项目进行改造。
1.7.3金属结构
更换前池取水口拦污栅，重0.25t，电站自行解决不再列入工程投资；建议电站更换压力钢管总长约40m，钢管直径为DN400m，其中壁厚8mm的长20m，壁厚10mm的长20m，业主已安排其他项目进行改造，不再列入本次工程。
1.8消防
工程消防设计贯彻“预防为主，防消结合”的消防工作方针。
采用“以水灭火为主，化学灭火为辅及其它灭火相结合”的消防总体方案。
在厂房上游侧山坡上，有一天然小水池，可作为消防和技术供水水池。
水源来自天然低下径流，遇干旱苦水年可取自压力钢管，经简单过滤后注入消防水池。
供水主管采用2×DN50的PE管，分布到升压站、管理房、主厂房、副厂房，以及消防备用水泵处。
电站主厂房内配置消防小水桶2个，MFZL-4型干粉灭火器2具。
1.9施工
电站对外交通方便，可解决材料设备对外运输，运输汽车可直达电站附近。
厂内施工条件便利。
施工范围均在压力前池之后，不存在施工导流问题。
少量石材可就地开采，其余材料到商品料场采购。
开工当年度枯水期，施工时间3个月，施工期间会间歇性停水。
1.10工程建设征地与移民安置
工程为增效扩容改造工程，没有新增加水库淹没用地，不涉及移民问题，但新建的水厂引水调节池（电站尾水放入调节池）永久占地为256㎡，占地类型为荒林地，不需征地。
1.11环境保护及地质灾害
1.11.1环境保护
黄花山水库的主要任务是供县城用水，兼顾灌溉、发电。
黄花山水电站是利用城镇供水和农田灌溉进行发电，是一宗一水多用，综合效益较高的工程。
黄花山电站是利用城镇和农田供水发电，发电尾水除用来城市供水其余部分，仍进入原河道，从当地主管部门多年管理运行调度经验来看不需设置专门的生态流量管等措施就能够满足生态用水量要求，不需进行专门的论证分析复核。
施工中废水、废气以及污水的处理按照安全工业生产的要求进行。
管理运行中废水、污水主要是生活污水，没有化学、腐蚀之类的成分，可直接排放至山林中做植物肥料之用，少量含有油质的污水可深埋处理。
1.11.2地质灾害
工程位置地质状况良好，植被覆盖厚，历史上未出现过滑坡、泥石流等情况，不需进行专门的地质灾害措施处理。
特大暴雨及台风雨时应注意观察，注意安全。
1.12水土保持
工程所在位置，植被良好，未发现水土流失现象。
工程为增效扩容改造工程，主要是对机电设备及金属结构进行更新，只有很少量的土建工程，施工工程中应注意尽可能不破坏植被，不乱排乱放，不需进行专门的水土保持设计。
1.13工程管理
根据国家电力公司《水力发电厂劳动定员标准》（试行），本电站设计原则上为“少人值守”，设置计算机监控装置，但考虑电站现状实际管理状况，据此，拟定电站人员编制列于表1-1，总人数为6人。
表1—1电站人员编制表
序号
项目
人数（人）
1
领导及技术总负责
1
2
行政管理（办公室）
（1）
局领导兼任
3
技术管理
2
4
财务及资产管理
（2）
技术管理兼任
5
运行工
2
6
电气、机械维修
1
合计
6
1.14、节能
经复核，工程建筑现状（厂房通风采暖、自然采光、隔热等）基本都能满足建筑节能设计的要求。
需进行改造的有安装节能水龙头，照明灯具安装节能灯，电气设备选用低能耗宜维护的设备。
1.15、劳动安全及工业卫生
（1）劳动安全设计中采用的主要防范措施
工程对防火、防爆、防电气伤害、防机械伤害、防坠落伤害、防洪、防淹等进行设计。
（A）防躁声及防振动
电站水轮发电机组是厂房的躁声及振动源，设计将采取各种防躁声、防振动措施。
水轮机偏离最优工况运行时，往往会生产较强振动，同时产生较大噪音。
在水轮发电机组订货时与主机生产厂家签订技术协议时，给予足够重视，严格规定了机组在不同工况的振动值及相应的躁声值。
（B）防尘、防污、防腐蚀、防毒
电站发电的工艺过程本身不产生粉尘，电站处在非风沙地区，厂区周围植被良好，周围环境也无产生“粉尘”的工矿企业。
水轮机发电机组制动时会产生粉尘污染发电机，电站采用塑料瓦并设吸尘器，降低制动转速，减轻了粉尘污染程度。
主、副厂房地板均采用水磨石面可减轻尘埃污染。
电站采用免维护铅酸蓄电池，蓄电池室无含酸废水排出。
降低厂房空气湿度，防止设备、管路结露。
所有管道阀门、各种钢支架均按规程刷漆防锈。
室外钢架、钢塔、钢管等采用镀锌管材及油漆锈蚀措施。
为了防止电缆发生火灾时产生大量的有害气体，电站控制电缆将采用阻燃型电缆。
高压户外配电装置安装高度满足规范要求，保证主要运行人员操作位置和通道地面场强在电磁辐射和静电感应安全范围内。
升压站采用钢芯铝绞线，减少电量损失和无线电干扰。
（2）安全与卫生机构设置及人员配置
（A）电站将设专门的安全与卫生管理部门。
负责安全卫生方面的宣传教育及归口管理。
该部门管理人员按职工总人数的5%配置，计1人。
编入电站安技科。
（B）配置必要的声级计，温度、湿度计，振动测量仪，电磁场测量仪等仪器、仪表，对电站各场所进行监测。
（C）配备必要的幻灯、录象设备、照相器材，供安全、卫生宣传教育使用
1.16、设计概算
工程概算投资63.9万元，其中建安工程费21.77万元，设备购置费为29.8万元，预备费率5%。
（1）编制原则和依据：
本工程概算按省水利厅2006年1月颁发的《广东省水利水电工程设计概（估）算编制规定》（试行）及粤水建管[2009]462号文进行编制。
工程单价套用水利厅二○○六年颁发的《广东省水利水电建筑工程概算定额》（试行）、《广东省水利水电设备安装工程概算定额》（试行）进行计算。
旧设备及钢管拆除按照当地咨询价一笔计费。
（2）人工预算单价，主要材料，施工用电、用水、用风等基础单价的编制依据：
主要材料预算价格执行《汕头工程造价管理》2012年第1期—南澳县2011年第四季度的建筑材料参考价格，水泥517元/t、砂67.5元/m３、碎石80.4元/m３、柴油8112元/t；
设备价格参照厂家报价，次要材料预算价格参考粤水造价[2010]1号文《广东省地方水利工程次要材料预算价格》和当地建设局发布的材料工地结算价。
（3）设计费按国家计委、建设部制定的《工程勘察设计收费标准》（2002年修订本）进行计算。
主体工程设计收费=工程设计收费基价×专业调整系数×工程复杂程度调整系数×工程附加调整系数+施工图预算编制费
＝.280×4.5%×1.2×0.85×1.4×（1+10%）=3.86万元
（4）监理费按粤水基〔2007〕62号文进行计算。
施工监理服务收费=施工监理服务收费基价×专业调整系数×工程复杂程度调整系数
＝.280×3.3×1.2×0.85＝1.17万元
1.17经济评价
经计算可知财务净现值23.07万元和财务净现值率0.51都大于零，财务内部收益率14%大于10%，故财务评价可行。
经计算可知经济净现值13.57万元和经济净现值率1.086大于零，经济内部收益率16%大小于12%，故经济评价可行。
1.17结论及今后工作意见
从上述分析可知工程应尽快开工建设。
建议上级领导协调兄弟单位解决对锈蚀严重的压力钢管的更换工作。
1.18附图附表
表1-2工程特性表
序号及项目
单位
数量
备注
一、水文
1、水库集雨面积
km2
4.55
其中引洪2.4
2、利用水位系列年限
年
无
3、多年平均降雨量
mm
1331.2
实测
4、设计洪峰流量
二、水库
1、水位
（假定，下同）
校核洪水位（P=2%）
m
214.76
设计洪水位（P=0.2%）
m
215.26
正常蓄水位
m
214.3
死水位
m
2、库容
校核库容（总库容）
104m3
227
设计库容
104m3
214
正常库容
104m3
206
死库容
104m3
3、库容系数
%
33.2
4、调节特性
多年调节
5、水量利用系数
%
水库100
三、下泄流量
50年一遇下泄（设计）
m3/s
44.04
500年一遇下泄（校核）
m3/s
47.15
四、工程效益
1、装机容量
KW
160
2、保证出力（P=90%）
KW
3、多年平均年发电量
万度
51.57
4、年利用小时数
h
3223
五、主要建筑物及设备
原有建筑物及设备
1、水库大坝（碾压式土坝）
2、一级溢洪道
m
宽B=1.8m
3、二级溢洪道
m
宽B=2.0m
3、放水涵管
m
约100m
（D=0.8m）
4、压力钢管
m
150（DN300）
5、电站厂房
座
1
6、电站装机
Kw
75
1×175Kw
7、主升压变压器
KVA
JB1300-73S
新建建筑物及设备
1、压力钢管
m
40（DN400）
2、电站厂房
座
1
3、电站装机
Kw
160
1×160Kw
4、主升压变压器
KVA
200KVA
S11-200/10
5、调节水池
座
1
15×15×2
六、建筑物场址地震烈度
度
8
七、主要工程量及材料
人工
日
794
碎石
m3
0
砂
m3
0.5
水泥
Kg
221.6
钢筋
吨
0.54
九、工程静态投资
万元
电站总投资
万元
63.9
十、综合利用指标
电站单位千瓦投资
元/千瓦
3994
单位电度投资
元/度
1.24
经济内部收益率
%
16
财务内部收益率
%
14
2、现状分析评价
2.1工程现状
黄花山电站1965年2月开工建设，1970年投产，1987年5月进行改造，改造后至今已运行25年，达到机电设备运行规定年限，现状装机一台，总装机为75Kw，水轮机型号为XJ78-W-25/1×6/7，出力20-155Kw，水头适用范围35-130m，流量为0.07-0.17m3/s，配电机型号为TSWN22.6，容量为160Kw，额定电压为400V，额定电流为138A，变压器型号为JB1300-73S，压力钢管内径为250mm，长度为30m。
黄花山水库最近一次的除险加固工程于2010年开始施工，主要加固措施为：
对大坝进行灌浆加固，顶管法重建输水涵管，管径为800mm。
2.2评价及结论
经现场勘查及管理运行人员的的介绍，发现黄花山电站设备锈蚀严重，水轮机发电机组效率低下，明显出力不足，电机及机电设备已被列入淘汰产品目录，且运行多年，远远不能满足安全节能的要求，钢管锈蚀严重，多处出现漏水现象，随时有出现钢管破裂的可能，带病运行，损耗大，存在安全隐患。
尾水渠未发现严重问题，只是运行多年，局部有破损现象，进行简单砂浆勾缝处理即可。
坝后引水电站主副厂房结构存在安全问题，厂房结构为砌石结构，虽有修修补补，但仍见多处有较大的裂缝，屋面为木架结构，有腐烂开裂现象，目前用几条钢管焊接支撑，存在安全隐患，不用台风地震，一场大风大雨就有可能令其轰然倒塌。
本次拟对电站进行更新水轮发电机组及进水阀和控制屏、变压器等，对压力钢管进行维护，压力钢管锈蚀严重管段以及房屋建筑部分业主已安排其他项目进行改造，不再列入本工程项目。
近三年来的年发电量均值为13.89万度电，技改增效更新机组后年发电量均值为51.57万度电，年发电量是近三年年发电量均值的3.71倍，比2006年（有较大台风暴雨，雨水量较大，可称得上是丰水年）还多。
增效改造效益可观，经济可行。
3、水文
3.1流域概况
黄花山水库位于南澳西半岛，所在地区属高丘陵及低山区，林木茂盛，植被良好，雨量充沛。
3.2水文基本资料
（1）气温
本工程位于亚热带地区，属海洋性气候，气候温和湿润，雨水充沛，霜雪罕见。
多年平均气温21.5℃，最高气温36.2℃，最低气温2.9℃，多年平均日照2325.3小时。
（2）降雨量
春季温润多雾，夏季为雨季且多台风，实测多年降雨量1331.2mm，秋冬季天气较干燥。
多年平均水面蒸发量为1455mm，其中冬春水面蒸发量1017.7mm，占全年的69%
3.3径流
查广东省水利厅1991年颁发《广东省水文图集》等值线图年径流深为600mm，相应变差系数为0.35。
3.4洪水
以下成果摘抄于《黄花山水库除险加固工程设计报告》2008.12，已通过专家审批。
（一）、洪水计算成果
1、水位数据及计算方法
水文数据查《广东省水文图集》等值线图及《广东省暴雨径流查算图表使用手册》，计算方法采用推理公式（1998年修订，计算程序TL-IA）。
2、集雨面积
洪水计算取集雨面积F=4.55km2（其中2.4km2为引洪集雨面积。
）。
3、计算结果
表3-1调洪成果表（两级溢洪道宽（1.8+2.0）米）
项目
P=2％
P=0.2％
泄量（m3/s）
库水位（m）
洪峰（m3/s）
库水位（m）
F=1.67km2
44.04
214.76
47.15
215.26
按设计洪水位214.76m，校核洪水位215.26m推求坝顶高程，坝顶216.3能满足要求。
3.5泥沙
水库水质较好，含砂率低，无需进行专门泥砂处理措施。
3.6水能利用
（1）水能规划
工程现状：
电站发电尾水用来灌溉和供水（直接进入水厂），故电站设计流量受供水流量的影响，装机不能太大；水库多年平均入库水量（含引洪量）为273m3，目前水厂供水需水量为216m3（远期扩10%即237.6m3），从而导致大量弃水，目前约57m3（远期35.4m3），造成每年发电效益损失10.77万度电（远期6.89万度电），每年约损失5.4万元（远期3.45万元）。
本次规划考虑：
发电流量不受供水流量的严格限制，在发电尾水与水厂之间建一座调节池（已安排其他项目进行改造），发电尾水进入调节池再流入水厂，以调节池内水位来控制站机组启停时间。
新建一座水池（450m3）大约20多万元，4-5年就能收回新建水池的成本。
为使水能水资源能够得到充分利用，参考水轮机厂家样本各水轮机型号设计流量，取发电流量0.25m3/s，从电站多年运行水轮机蜗壳进水压力表可知，电站设计净水头取85m较合适，按N=8QH计算，多年发电量为51.57万度。
年利用小时数3223小时。
4、工程地质
4.1区域地质
场区地貌属低山丘陵，山势相对平缓，山谷地貌主要为山麓缓坡和基座阶地。
库区山坡植被发育良好，孤石出露明显。
地下水主要类型有孔隙性潜水和裂隙性潜水，本区地震烈度为Ⅷ度。
4.2水库库区地质条件
水库在2008年加固设计时，查明水库大坝、溢洪道等工程地质情况，并做相应的处理。
据钻孔揭露，坝体主要由花岗岩风化土填筑而成，坝基地层为第四纪冲积土和燕山期侵入的花岗岩。
4.3坝后电站地质条件
涵管引水涵头在水库加固时已做处理；压力管，部分管段破损。
沿管线地质稳定，为全风化和强风化基岩。
电站站址及调节池位置为强风化基岩。
4.4结论
地质稳定，本次能涉及的建筑物均不需做加固处理。
5、工程任务和规模
5.1工程任务
黄花山水库的主要任务是供深澳镇用水，兼顾县城后宅镇及1000多亩农田及林业果园的灌溉，黄花山电站是利用城镇和农田供水进行发电，是一宗一水多用，综合效益较高的工程。
黄花山水库为小
（1）型水库，电站总装机为1×160Kw。
年发电量51.57万度，发电效益25.79
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