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挺心技改正式

乐山市挺心水电站

技改报告

乐山市水利电力建筑勘察设计研究院

二O一O年十月

批　　准：

核　　定：

审　　查：

校　　核：

晏俊飞

汇　　编：

　黄川江

参加编写和设计：

　　晏俊飞李建蒋康

陈晓艳刘川

1综合说明1

1.1工程概况1

1.2进行技改的必要性1

1.3水文概况2

1.4工程地质4

1.5工程布置及建筑物5

1.6水轮发电机及其附属设备5

1.7水轮发电机及其附属设备5

1.8改善运行条件及消防措施6

1.9设计概算6

1.10技改效益评价6

2引水系统及水工建筑物8

2.1引水系统及水工布置8

2.2水工技改部分9

3水轮发电机及其附属设备10

3.1水力机械10

4电气21

4.1电工一次21

4.2电工二次及通信26

5改善运行条件及消防措施31

5.1金属结构31

5.2采暖通风31

5.3消防措施31

6设计概算36

6.1编制说明36

6.2概算表40

7技改效益评价112

7.1财务评价112

7.2国民经济评价123

1综合说明

1.1工程概况

挺心水电站位于四川省乐山市沙湾区太平镇马胡埂八组，为沫江堰干渠上的弃水电站。

工程兴建于1980年7月，1982年3月竣工投产，至今已运行了28年。

距乐山市城区约37km，距沙湾城区约8km，离厂房200m有沙湾—踏水的S103道通过，交通方便，地理优越。

本工程属V等电站工程，开发任务为发电，水源来至大渡河沙湾电站库区内。

枢纽主要建筑物包括前池、压力钢管、厂房、升压站等。

电站装机容量1MW（2×500kW），设计水头18m，设计引用流量改造前8m3/s，年利用小时数4500h，年发电量450万kw.h；改造后设计引用流量10m3/s，年发电量800万kw.h。

本次技改工程总投资574.71万元。

1.2进行技改的必要性

由于挺心水电站竣工于1982年，至今已运行了28年多，发电时间相当长，机电设备和金属结构均已十分陈旧、老化；并且限于当时技术水平，自动化程度低，给电站的安全运行造成了严重隐患，迫切需要进行技改使电站发挥应有的效益。

挺心水电站是由乐山市水务局主管的一家国营企业。

2010年8月，我院受电站委托进行技改设计工作，通过到现场进行踏勘和收集有关电站原有资料，初步提出如下的主要技改设计方案：

（1）水机电气部分需全面改造换新。

（2）金属结构部分：

更换已锈蚀的压力钢管；前池增加两台清污机。

（3）采暖通风及消防设备需按常规配置。

1.3水文概况

挺心水电站位于乐山市沙湾区太平镇，沙湾水电站坝址以上集水面积76479km2，河长1025km，河道比降1.31‰。

水电站，而沫江堰取水口位于沙湾水电站坝址上游约0.95km处库内右岸。

大渡河系岷江右岸最大支流，汉代称为沫水，后世又称阳江、阳山江、大渡水、铜河。

发源于川青交界的雪山草地。

上源有三支，东源梭磨河，发源于四川省红原县鹧鸪山；西源绰斯甲河，发源于青海省果洛山东南麓；正源足木足河，发源于青海省阿尼玛卿山。

正源足木足河流经马尔康县热脚左纳东源梭磨河，西南流至马尔康县可尔因右纳西源绰斯甲河。

三源汇合后始称大金川，南流至丹巴县，左纳来自县小金县的小金川，后始称大渡河。

大渡河继续向南流，左纳金汤河，右纳瓦斯沟，过泸定县后，又右纳田湾沟、安顺河，折而东流，至石棉县，右纳南垭河，至汉源县，左纳流沙河，至甘洛县尼日，右纳牛日河，再东流过金口河、峨边县，至乐山市铜街子折而向北，过福禄镇有较大弯折，于乐山市草鞋渡左纳青衣江，然后东流至乐山市市中区的肖公咀与岷江相汇。

习惯上称泸定以上为上游，泸定至铜街子为中游，铜街子以下为下游。

大渡河干流河道略呈“L”型，全长1062km，流域面积77400km2。

大渡河在金口河区的胜利乡白熊沟口流入乐山市境内，干流在乐山市境内河长172km，落差253m，平均比降约1.31‰。

境内流域面积4610.1km2。

大渡河干流在铜街子以上，河水行进在高山峡谷之间，河道弯曲，坡陡，流急。

铜街子以下河宽逐渐增大。

特别是沙湾至乐山段，长约35km，河谷开阔，水流散乱；汊濠纵横，洲岛遍布，是典型的多汊滩险河道。

夏秋汛期，从濠分流，江宽水阔，川流交错，状如水网，行船如入迷宫。

枯水期，卵石遍滩，沙质岸滩，河能源供应草地随处可见。

河床由沙卵石组成。

大渡河流域中下游地区受山势地形的影响，属亚热带湿润季风气候区。

冬季受西风带气流影响，寒冷少雨；夏季受东南暖湿气流控制，温湿多雨。

在季节上具有春迟、夏短、秋早、冬长等特点，并多低温、秋雨绵绵天气。

根据大渡河下游乐山市气象站历年观测资料统计（详见附表2-1），多年平均气温17.1℃，极端最高气温36.8℃（1988年5月3日），极端最低气温-2.9℃（1976年12月29日）。

多年平均降水量1323.2mm。

多年平均相对湿度80%。

多年平均风速1.3m/s，历年最大风速17.0m/s（1975年8月9日），相应风向NNE。

沫江堰灌区位于四川省乐山市境内，地处四川盆地西南边缘，位于大渡河、岷江、沫溪河之间的丘陵地带，是乐山市属中型骨干水利工程。

灌区覆盖沙湾区太平镇、踏水镇、碧山乡；市中区安谷镇；五通桥区蔡金镇、石麟镇、冠英镇和西坝镇等9个乡镇的77个行政村，幅员面积165km2。

沫江堰引水工程建于20世纪70年代。

沫江堰干渠全长93.28km，其中主干渠32.5km，中分干渠29.40km，右分干渠19.11km，红旗分干渠12.27km。

渠系建筑物主要有取水口、冲沙闸、节制闸、隧洞、渡槽、倒虹管、跌水等。

沫江堰是乐山市属中型骨干水利工程，以灌溉为主兼水力发电和人饮供给。

设计灌溉面积8.15万亩，有效灌溉面积6.28万亩，设计取水流量为10.0m3/s，取水口位于乐山市沙湾区谭坝乡大渡河右岸沙湾电站库区内。

沫江堰引水工程建于20世纪70年代。

当初设计标准较低，建设质量不高，配套渠道大多为土渠，加之多年来维修不足，渠道垮塌、淤塞、渗漏严重，过水能力下降。

尤其是草坝隧洞和沫江渡槽的瓶颈作用，极大地制约了主干渠的过水能力，现状主干渠最大流量仅为7.91m3/s，全灌区灌溉水利用系数仅为0.315，导致不能保障粮食综合生产能力，灌区综合效益得不到有效发挥。

根据2010年9月乐山设计院完成的《四川省乐山市沫江堰灌区农业综合开发中型灌区节水配套改造项目初步设计报告》（报批稿），本项目实施后，主干渠0+000至19+009.5段将被整治，过水能力恢复到10m3/s的设计水平。

1.4工程地质

工程区位于四川盆地西南边缘，属中、高山峡谷与丘陵的过渡地带。

地势总体为南西高，北东低，由低山、丘陵逐渐向盆地过渡。

区内山顶高程850~900m，以三峨山为最高，主峰海拔2027m，属典型的中山地貌，河谷高程400~430m，相对高差245~1570m。

两岸冲沟较发育，呈树枝状分布。

大渡河在该区内河谷开阔，水流平缓，形成了众多少的漫滩、心滩，谷宽400~500m，为不对称“U”型河谷，区内地貌形态主要表现为构造剥蚀与侵蚀堆积及岩溶三大类型。

工程区内除第四系冰水堆积和河流冲积堆积等松散地层分布外，出露基岩为三叠系下统嘉陵江组（T1j）和三叠系中统雷口坡组（T2l）、三叠系上统垮洪洞组（T3k）、小塘子组（T3x）和须家河组（T3xj）之地层。

（1）地质构造

工程区在大地构造上位于杨子准地台西侧，川中台拱与上扬子台褶带的交界部位，即川滇南北构造带与四川盆地北东向构造带交汇部位，工区范围及附近的构造形迹从属于南北向和北东向构造体系，主要表现为褶皱和断裂。

工区附近主要的断裂和褶皱构造有丰都庙断层（3）、灌凹顶断层

（2）；沫江向斜①、四峨山复背斜④、燕子坎向斜⑩等。

（2）区域构造稳定性评价

工程区在大地构造上位于扬子准地台西缘、川中台拱与扬子台褶带的交界部位，历史地震资料表明，工程场地主要遭受外围地区历史强震和场地附近中强地震的影响，其中影响较大的是1536年西昌北71/2级地震、1786年康定、泸定磨西间73/4级地震、1936年马边63/4级地震和雷波西宁63/4级地震，这些历史地震对工程场地的最大影响烈度为VI度。

据四川省地震局工程地震研究院资料，历史主要地震分布见图1-3-2。

区内断裂规模较小且活动性微弱，不具备产生中强地震的构造背景。

据四川省地震局在沙湾水电站的研究成果，工程区50年超越概率10%基岩水平峰值加速度为0.118g，对应地震基本烈度为7.2度。

因此，工程场地稳定性总体较好。

1.5工程布置及建筑物

水工的修改部分均由机电改造产生，包括增设清污机引起的门槽、更换压力钢管引起的镇支墩、重新安装新机组造成的二期混凝土重修，工程量较小。

1.6水轮发电机及其附属设备

本工程为电站改造工程，电站1980年修建，总装机1000kW，额定水头为18m，装设2台500kW的混流式机组：

水轮机为卧轴式混流式水轮机，型号为HL260-WJ-84；发电机为卧轴式发电机，型号TSW143/35-16，发电机轴承采用外油循环进行冷却。

电站的水轮发电机组附属设备为：

进水主阀为闸阀，型号为Z948T-10-Dg1200；调速器为GT1500自动调速器，调速器油压装置为HYZ-0.3；励磁机为ZL28/19-4，永磁机为TY423/13-6。

将本电站的所有的机电设备将进行更换改造，以提高电站的水能利用率：

水轮机型号为HLA551-WJ-83；发电机型号SFW500-14/1180，发电机轴承采用外油循环进行冷却。

机组附属设备为：

进水主阀为闸阀，型号为D941X-6-DN1300；调速器为YWT—1000，调速器油压装置为HYZ-0.3；励磁机为可控硅励磁。

1.7水轮发电机及其附属设备

电气设备全部进行更换，自动化元件按微机监控进行设置。

金属结构：

根据现电站水工建筑物的运行实际情况，本工程的金属结构部分需改造的为电站进水口拦污栅和压力钢管。

由于主厂房是地面单层厂房，平时可充分利用门窗，自然通排风。

只在简易设置2台防爆轴流风机，用以火灾后排烟。

冬季利用设备发热提高室温，局部地段及检修停机时采用电热采暖设备采暖。

1.8改善运行条件及消防措施

本电站工程的消防设计贯彻“预防为主、消防结合”、“自防自救”的设计原则。

考虑各建筑物、构筑物在厂区规划，厂房布置上的防火间距，安全疏散通道，消防车道，事故排油，事故排烟、化学灭火、人工灭火等要求及按火灾危险级别及耐火等级进行设计。

对可能发生火灾的场所，在建筑物和设备的布置、安装、建筑物内装修、电缆敷设上采取有效的预防措施，以减少火灾发生。

设置消火栓，灭火器，沙袋等设备，以及必要的消防通道，疏散通道，以达到一旦发生火灾，则能迅速灭火或限制其范围，疏散工作人员，将人员伤亡和财产损失减小到最小。

1.9设计概算

挺心水电站位于乐山市沙湾区太平镇境内。

装机1000kw，属小（Ⅱ）型水力发电站，工程总投资574.71万元。

1.10技改效益评价

电站装机容量1MW（2×500kW），实际年发电量约450万kw.h。

通过近三年的发电量结算表可以看出，由于来水不足，机组基本上不能满发；设备陈旧落后，检修时间长，效益不高。

由于电站的引水来源沫江堰干渠即将进行渠系配套整治，其整治后引水流量的保证率将大大提高。

挺心水电站通过这次技术改造，据初步测算能增加挺心水电站,平均年发电量增加约350万kW.h。

通过对上网电价0.212元/kw.h为基础计算的电站主要财务指标表明：

在现有资金来源和利率情况下，电站财务内部收益率税后为8.0%，等于规定的电力工业财务基准收益率8%，财务效益较为明显。

还清贷款后投资利润率和投资利税率分别为6.30%和8.55%，具有较好的获利水平。

电站税后税前投资回收期分别为12.6和11.5年，类似于周围其它类型电站。

电站建成还清贷款后，每年税后利润27.78万元，上缴税金10.24万元，具有一定的效益与贡献。

在可预见的各种风险情况下，电站财务指标仍较优，表明电站有一定的抗风险能力。

因此挺心水电站的技改工程是非常必要的，从经济上也是可行的。

望工程早日完成，发挥出应有的效益。

2引水系统及水工建筑物

挺心水电站是一个灌渠上的弃水发电工程。

装机容量1MW。

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），本工程为V等工程，主要、次要水工建筑物及临时建筑物级别为5级。

由于电站建筑物均位于丘陵地区，周围无大的河沟，因此无防洪要求。

2.1引水系统及水工布置

工程由引水道和厂区枢纽建筑物组成：

引水渠道、前池、压力钢管、主副厂房。

引水渠道：

在沫江堰的主干渠里程21+490m处右岸取水，渠道长168.10m，为梯形断面，底宽4.8m，边坡1：

0.5。

前池：

平面呈弧形结构，池身长44.2m，宽9m，其中渐变段长26.6m。

前池压力墙顶高程为413.90m，正常水位为412.00m，最高运行水位为413.40m，最低运行水位为410.30m。

进水口钢管中心高程为407.45m。

进水室长7.5m，宽12m。

前池底板高程为406.20m。

前池边墙均采用钢筋混凝土重力式结构。

钢管进水口前设有一道拦污栅（两扇）和一道工作闸门（两扇），闸门的宽度均为2.2m。

压力钢管：

采用双管双机的明管布置，镇墩2个，支墩7个。

每根管长约41m，直径1.3m，管壁厚10mm，伸缩节靠近前池压力墙布置。

厂区：

包括主副厂房和主变。

主厂房为地面式厂房，长25.44m，宽11.08m，高10m。

主机间安装有两台卧式机组，机组间距10m，水轮机机型为HLA551—WJ—83（原机型为HL260-WJ-84），机型为SF500—14/1180（原型号TSW143/35-16），机组间距10m，安装高程395.65m。

发电机层地面高程394.90m，调速器控制柜紧靠机组下游；机组上游侧布置有进水闸阀及2.6m深的阀坑。

主机间左侧为进厂大门。

右侧为副厂房，为两层楼长12.6m，宽7.2m，底层与发电机层齐平，第二层地坪高程399.90m，布置有中控室、开关柜等。

尾水经50m长的暗渠流入沫溪河。

办公生活区布置在旁边右侧空地上，占地约4亩，距主厂房约15m。

厂区及生活区有进厂道路与谭福公路相通。

电站通过主变压器，以35KV电压等级出线，北西向6.0km在踏水石灰厂T接上大沫电站至该厂的35KV专线（长约7.0km）接入乐山市电网。

2.2水工技改部分

水工的修改部分均由机电改造产生，包括增设清污机引起的门槽、更换压力钢管引起的镇支墩、重新安装新机组造成的二期混凝土重修，工程量较小。

另外为方便管理，需修建一条到前池的道路，长400m。

3水轮发电机及其附属设备

3.1水力机械

改造前改造后

额定水头18.00ｍ18.00ｍ

电站引用流量：

8.0m3/s10.0m3/s

多年平均含沙量：

50g/m3

.地震烈度Ⅶ度

装机容量：

2×500kW2×500kW

年利用小时数：

4500h8000h

多年平均发电量：

450万kW.h800万kW.h

本工程为电站改造工程，电站1980年修建，总装机1000kW，额定水头为18m，装设2台500kW的混流式机组。

电站的水轮发电机组为：

水轮机为卧轴式混流式水轮机，型号为HL260-WJ-84；发电机为卧轴式发电机，型号TSW143/35-16，发电机轴承采用外油循环进行冷却。

电站的水轮发电机组附属设备为：

进水主阀为闸阀，型号为Z948T-10-Dg1200；调速器为GT1500自动调速器，调速器油压装置为HYZ-0.3；励磁机为ZL28/19-4，永磁机为TY423/13-6。

由于电站已运行了近30年，且当时技术较为落后，致使现电站存在很多问题：

一是由于机组磨蚀严重，漏水大，效率很差，机组出力不足，最大只能发800kW，造成了很大的电能浪费。

二是由于当时技术落后，机组的附属设备及电站的辅助设备陈旧落后，给运行带来了很大的不便，且存在很大的安全隐患。

因此本工程将本电站的所有的机电设备将进行更换改造，以提高电站的水能利用率。

根据水头范围和装机规模，宜选混流式水轮发电机组。

该水头段合适的机型有：

HLA208、HLA209、HLA286、HLA296、HLA551、HLA551C、HLD74等。

其模型技术参数如表3.1－1。

模型参数比较表

表3.1－1

型号

推荐最大使

用水头

H（m）

最优工况

限制工况

N10`

（r/min）

Q10`

（m3/s）

ŋ（%）

N10`

（r/min）

ŋ（%）

HLA208

~75

1.06

1.22

88.3

0.144

HLA209

~75

81.5

1.225

91.5

1.38

88.1

0.181

HLA286

~75

77.5

1.005

92.7

1.185

88.6

0.113

HLA296

~75

1.05

92.0

1.267

88.6

0.13

HLA551

~75

80.2

1.075

93.2

1.32

89.6

0.12

HL260

~75

0.98

85.1

1.26

0.815

0.15

HLA551c

~75

83.5

1.17

93.5

1.39

88.0

0.12

HLD74

~75

1.08

92.7

1.247

89.4

0.143

从表3.1－1并结合模型特性曲线可以看出，HLA551c和HLD74转轮最优效率较高，高效区范围较广，具有明显的效率优势。

因此，本阶段对该两机型与原机型HL260相比进行较详细的比较。

HL260-WJ-84机型运转范围图、HLD74-WJ-84机型运转范围，HLA551c-WJ-83机型运转范围图详见图3.1-2、图3.1-3、图3.1-4，本电站机型比较见表3.1－5。

图3.1-2HL260-WJ-84n=375rpm运转范围图

图3.1-3HLD74-WJ-84n=375rpm运转范围

图3.1-4HLA551c-WJ-83n=428.6rpm运转范围

机组机型比较表

表3.1－5

序号

项目

HL260（原机型）

HLD74

HLA551c

适用最大水头Hmax（m）

水轮机型号

HL260-WJ-84

HLD74-WJ-84

HLA551-WJ-83

装置方式

卧式

额定水头HP（m）

额定流量Qp（m3/s）

3.88

3.48

3.42

转轮直径D1（m）

0.84

0.83

额定转速n（rpm）

375

428.6

飞逸转速np（rpm）

804

780

808

水轮机额定出力N（kW）

550

额定工况效率η（%）

89.5

91.2

最高效率ηmax（%）

83.1

90.7

91.5

效率修正值Δη（%）

-0.02

水轮机最大出力Nmax（KW）

555

584

631

额定工况汽蚀系数σM

0.15

0.14

0.10

吸出高度HS（Kσ取1.8）（m）

+4.7

+5.02

+6.32

轴向水推力系数K

0.42~0.46

0.36

0.42~0.46

轴向水推力P（t）

4.52

3.79

4.52

比转速ns（mKW）

237

271

配套发电机型号

SFW500-16/1430

SFW500-14/1180

配套发电机效率ηF（%）

①、A551c机型的效率比D74、HL260机型高，超发能力强，可超发15％。

②、A551c机型空化性能比D74、HL260机型好，可减少厂房开挖，节约工程投资，缩短厂房施工期。

且选用A551c机型发电机可提高转速，减少投资。

目前国内水轮机厂家不断有新的更好的模型转轮研发出来，到机组招标设计时，将根据各投标厂家投标模型的运行稳定性、效率、空化性能以及土建工程投资等指标综合考虑，最终确定机组的参数。

本阶段机型暂推荐采用HLA551c-WJ-83配套SFW500-14/1180发电机。

1.水轮机主要参数

型号HLA551c-WJ-83

台数2台

额定水头18ｍ

额定出力550kw

额定流量3.42m3/s

额定工况点效率91.2%

额定转速428.6r/min

2.发电机组主要参数

型号SFW500—14／1180

额定功率500kW

额定电压400V

额定转速428.6r/min

效率91%

功率因数0.8（滞后）

3.调速器

型号YWT—1000

4.进水阀装置

进水阀采用蝴蝶阀,型号为：

D941X-6-DN1300P=0.6MPa

5.励磁装置

可控硅励磁

6.自动化元件按微机监控进行设置

按混流式水轮机安装高程确定原则，需满足最大水头和部分负荷运行时的空蚀要求。

由于HLA551c机型的空蚀性能较好，Hs值为+6.32m，此值完全满足机组运行时的空蚀要求。

但必须满足淹没尾水管0.5m的基本要求，因此按此确定电站安装高程。

电站装机2台，按1台水轮机50%额定出力时相应的下游水位393.7m，确定安装高程为395.65m。

电站从前池到主厂房机组主阀前压力管道为压力钢管，单管单机，管长56米，管径1.3m。

采用单管近似法，对电站机组进行调节保证计算，经计算ΣLV=158m2/s。

初步成果如下：

①最大水锤出现在甩全负荷时之水锤末相。

②水轮机全关时间（直线关闭时间）为2.5秒时，水锤压力升高值Σmax=0.50在[Σmax]<0.7之间，合乎规范要求。

③为保证调节中机组最大转速升高值不超过规范要求数值，即[β]≤0.60，机组飞轮力矩GD2≥2t-m2，而初步估算的发电机组（含飞轮）的飞轮力矩GD2＝2.2t-m2，按之计算，[β]≈0.55，完全满足规范要求。

本工程改造后，机组最重件转子联轴起吊重量约6ｔ，由于电站原设置有10t的行车，可使用，因此本工程不再进行更换，仅进行检修维护。

本电站额定水头为18m，故考虑采用自流供水。

每台机各设置一个取水口，互为备用。

取水口设于主阀前，压力水经自动滤水器引至全厂技术供水干管。

详见“技术供水系统图”，图号挺心改（初）-水机-01

电站排水分为检修排水及渗漏排水。

检修排水：

由2台专用排水泵采取直接排水方式，从尾水管中吸水，排入下游。

渗漏排水：

由集水井收集厂房水工结构渗漏水及机组顶盖漏水以及水导轴承冷却排水。

由专用渗漏水泵排入下游，渗漏水泵一用一备。

根据规范要求，集水井安装B0805型液位变送器和YKJ－4型浮子式液位控制器各一台，以控制排水泵的启停和监视集水井中的水位。

厂区排水：

主厂房发电机层地面高程高于下游校核洪水位，故本电站不设厂区排水设施，由排水沟采用自流排水。

详见“排水系统图”，图号挺心改（初）-水机-02

电站设备用油主要包括透平油和绝缘油。

透平油主要供机组轴承润滑、调速器、油压装置操作用油。

绝缘

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