水车电站扩建发行工程可行性研究报告.docx
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水车电站扩建发行工程可行性研究报告
水车电站扩建改造工程
可
行
性
研
究
报
告
1综合说明
1.1水车电站位于新化县水车镇古城村，距县城53km，在水车古城河上筑坝拦水，引水2160m在古城村建站发电。
水车电站由新化县水利水电工程技术人员规划设计，于1979年5月破土动工，1980年8月建成投产发电。
电站大坝控制集雨面积49km2，引用流量1.6m3/s，设计水头22m。
电站装机1×100KW及1×125KW机组各一台，共2台225KW。
电站设计设备年利用小时2222小时，多年平均发电量58.5万度。
电站投产时即就地并入新化县地方电网运行，1986年水车35千伏变电站建成投运时，即通过10千伏线路在水车变电站并入地方电网运行至今。
电站1980年8月建成投产时，共投入资金42.8万元,建成大坝、渠道、前池、压力管道等拦引水工程，建厂房一座，安装水轮发电机组2台共225KW。
大坝为浆砌石坝，坝高3m，坝顶长19.5m，大坝控制集雨面积49平方公里；引水渠长2160m，矩形断面，大部分未衬砌，断面不规则，断面尺寸都在1.5×1.5m左右，其中渡槽2条计40m；前池长14m，宽5m、深6m；压力管道为预应力钢筋混凝土管，由当地的新化县水电预制厂制造，直径0.8m，管道全长90m，厂房一栋，建筑面积240平方米。
电站建设投产时，属水车公社社办企业，水车镇组建水电公司后，电站产权属于水车镇水电公司。
2008年12月，电站改制使电站成为私有制企业，现在，水车电站是一个有28个股东的私有股分制电站。
为了充分利用水资源，发挥电站的经济效益，经水车电站各股东和有关水电部门的技术人员调查研究分析，决定对电站进行扩建，
本次设计有关资料全部由水车电站提供，我院编制完成《水车水电站扩建改造工程可行性研究报告》。
1.2工程改造的主要内容
为了消除电站设备、设施的隐患，充分利用水车电站的水能资源和发挥水车电站的工程效益，对电站的水工建筑物和机电设备进行扩建改造。
工程扩建改造的具体内容分为水工和机电两部分：
水工部分：
拦河坝：
大坝坝体加固；
引水渠：
原浆砌石渠三面砼加固处理。
机电部分：
（1）电气部分：
将原有2台2×125KW水轮机组、变压器、进水闸门等进行更新。
更换成1×160KW+1×250KW的水轮机组，按照水能计算成果和农村小水电管理的要求，选择具有效率高、运行性能好、维护简单方便的新型水轮发电机组和一套技术先进、自动化程度较高、能实现现代化管理功能的配电装置和检测、控制、操作装置。
（2）进水闸、冲砂闸的控制改造，进水闸能实现快速关闭。
（3）设置水位自动观测装置。
1.3工程估算与效益分析
本工程静态总投资248.53万元，动态总投资285.22万元，其中：
建筑工程110.19万元，机电设备及安装、金结设备及安装工程97.91万元，临时工程7.76万元，其它费用20.83万元。
电站扩建改造完成后，多年平均发电量177.4万kw·h，比原来增加118.82万kw·h，年财务收入64.23万元，单位投资6956元/kw。
经过经济分析，该项目的经济内部收益率、财务内部收益率、贷款偿还年限等指标均满足合理要求。
经济评价计算指标如下：
1.4国民经济评价
经计算年财务内部收益率FIRR=10.5%＞8%
财务净现值FNPV=19.25万元＞0
投资回收年限P（t）=8.42年
1.5配套工程建设的可行性与必要性
1.5.1配套工程建设的可行性
一、扩建改造积极性高。
电站事务会扩建改造工程有很高的积极性，决心抓住这次项目机遇，彻底改善电站的硬件设施差的状况，从而实现自动化操作。
二、配套工程基础较好。
水车电站有较好的水利条件，水量有保证，开发利用新化的水能资源，加强小水电建设，推动农村电气化，能加快社会主义新农村建设，因此，扩建改造工程具有较好的群众基础。
三、配套设施潜力大。
电费收入是水车电站的主要经济收入来源，电站的扩建改造完成之后，水车电站每年增加发电收入35.6万多元。
1.5.2配套工程建设的必要性
一、①扩建改造是改变工程现状的迫切需要：
电站修建于上世纪七十年代末八十年代初，那时正值国家困难时期，社会经济技术非常落后，工程从设计到建设都存在许多不足，大坝、引水渠和发电厂房等水工建筑物存在不少缺陷和安全隐患，限于当时设备制造等及年代久远的原因，水轮机选型与水头不配套，水轮机标牌出力125KW，经过多年的运行老化，单机实际最大出力只有70kw左右，尤其是机电设备运行近30多年来，发电机定、转子绝缘强度降低，在春、夏季节，停机超过24小时，定子绝缘电阻值下降到2MΩ以下，每次开机并网需要一段较长的干燥时间，存在安全隐患，效率逐渐下降。
②原配电装置技术落后，直流电源采用交流整流方式，一旦厂用电消失，直流电源也随之消失，严重影响了保护装置的可靠性，继电保护和检测装置都比较原始，速动性、灵敏性、准确性都很低。
许多设备已被淘汰，原型号的机电产品现在无法从市场上采购，两台发电机组的生产厂家已转行，对机组的零配件更换和维修造成困难。
③设施和设备存在许多难以处理的缺陷和安全隐患。
引水坝坝基冲刷淘空，溢流面侵蚀严重。
发电厂房屋顶盖为木屋架挂小平瓦，许多平瓦破碎，屋顶漏水严重，而市场再没有生产相同的平瓦，处理漏水必须整体改造。
厂房没有设置行车、检修主机吊装困难。
主阀操作纯手动，不仅劳动强度大，而且启闭时间长。
水轮机前、后盖磨损严重，转轮汽蚀多次焊补破坏了原叶片形状。
主轴弯曲变形，轴承运行温度偏高等。
④主厂房的噪音大，夏、秋季节厂房内温度高，最高达到40。
C以上，而在冬季室内温度又很低，加上机组风叶，飞轮转动驱动的冷风寒风刺骨，运行人员的值班条件非常艰苦。
上述问题不仅严重制约着电站效益的发挥，潜在的安全隐患更是危及着电站的生存，电站设备的更新改造非常必要。
二、电费收入是水车电站的全部经济收入来源，电站的扩建改造完成之后，水车电站的年发电量将比过去提高100多万度，每年增加发电收入35.6万多元。
电站的设备焕然一新，为实现现代管理从客观上具备了物质基础。
经济效益的提高，极大地促进单位的发展，进一步促进灌区的新农村建设。
三、扩建改造是新化县农村电气化建设的需要：
新化县域的水能资源丰富，国家鼓励和支持对水能资源的开发和利用。
新化的经济社会非常落后，工业基础相当薄弱，开发利用新化的水能资源，加强小水电建设，推动农村电气化，早已是新化县委、县政府为摆脱贫困、实现工业强县战略和小康新化的具体举措。
扩建改造后的水车电站必将为新化县的农村电气化建设做出新的更大贡献。
2水文
2.1流域概况
我县位于湘中部偏西，地理坐标北纬27.31'~28.14'，东经110.45'~111.41'。
东北至东南与涟源、冷水江市交界，南至西南与新邵、隆回县为邻；西至西北与淑浦县接壤，北与安化县毗连。
资水从南往北呈Z形把全县分东、西两大片，俗有河东、河西之称。
我县全境均属资水流域，县内主要由油溪河、大洋江、渠江三个流域控制。
河东油溪河流域为低山丘陵、山岗溶蚀地，区内石灰岩广布，占全区总面积的45.26%，岩溶十分发育，暗河纵横，洼地成串，溶洞万千，渗漏严重，加之地势较高，地形复杂，河谷深切，岸坡陡峻，田高水低。
大洋江流域为低山、丘岗地，控制中和南部。
流域内主要分布有砂岩、页岩和石灰岩，高差变化大，海拔高程在160~1622m之间。
其流域上游主要以中山为主，森林覆盖较好，降雨充足；下游以灰岩为主溶蚀地貌，植被条件差。
水车电站位于云溪河上水车镇古城村，距新化县城53公里，控制集雨面积49平方公里，坝址以上干流长15.2公里，流域地形为高山狭谷，植被良好，干流平均坡降15‰。
上世纪八十年代至现在，为了开发利用云溪河的水能资源，水车电站上游开发了七节洞、龙湘、龙湘三级等电站，下游开发了双江口、炉观坝等电站。
2.2气象
1、气温：
多年平均气温为16.8℃。
极端最高气温40.1℃，出现在1971年7月26日，极端最低气温为-10.7℃，出现在1977年元月30日。
高温一般出现在7~8月，低温一般出现在1~2月。
2、蒸发：
实测最大年蒸发量为1678.9mm，（新化站蒸发器口径为20mm）出现在1963年；最小年蒸发量为1082.4mm，出现有1989年；多年平均蒸发量为1423.9mm。
3、风速：
最大风速实测为28m/s，出现在1980年7月22日。
4、降雨：
流域内降水以各测站多年算术平均值为1673.2mm。
实测日最大降水量162.3mm。
出现在1971年6月21日。
2.3径流
新化县所有河流均为资水水系，在本县境内直接汇入资水的集雨面积为3097平方公里；通过渠江从溆浦、安化二县汇入资水的集雨面积为521平方公里。
水文基本资料统计至2000年底，水力资源统计资料截止时间为2001年底。
本流域无实测的长系列水文资料，但在其下游18km的金滩水文站是云溪河一个实测资料较长的水文站，1962年5月设站，1983年撤消。
由于在其上游修建了半山水库和43处小一、二型水库，4798座山塘，水文站的一致性遭到了破坏。
因此，金滩水文站不宜选作参证站，炉观磨石湾水文站1960年设站，仅观测了两年就撤消了，也不宜选为参证站。
与之相近的有有渠江流域的杨德溪水文站，杨德溪水文站，在流域内上游设有水车、双林二个雨量站。
在流域内下游设有岩山湾、止波塘、报木、土坪四个雨量站。
在流域附近有新化气象站的降水、蒸发等气象资料。
杨德溪水文站集雨面积568平方公里，1959年设站至2000年，积累了41年的降雨、径流、洪水等资料。
渠江流域多年平均流量为18.2m3／S。
杨德溪水文站多年平均流量、水位、降雨量与时间关系图”见图。
图2—1渠江扬德溪水文站多年平均流量、水位、降雨量与时间关系图
而渠江杨德溪水文流域属山区、尤其中、上游是高山区，境内农田稀少，森林茂密，雨量充沛，可知渠江流域单位集雨面积的径流量在新化县境内应是最大的。
鉴于渠江流域人类活动影响小，水文变化的代表性较好，故选用杨德溪水文站作为主要参证站。
渠江流域水力资源复查的水文气象、径流系列资料，直接采用杨德溪水文站的基本资料，按各验证站集雨面积比换算。
借近本流域的渠江流域溆浦两江口乡境内的杨德溪水文站，杨德溪水文站控制集雨面积568平方公里，1959年设站至1998年，积累了40年的降雨，径流、洪水等长系列实测资料。
杨德溪水文站位于本流域西部的渠江流域，尽管杨德溪站不在本流域内，但相隔很近，降水气候条件以及水文地质、地形及植被情况均基本相同，两站控制面积也基本相近，可以选用杨德溪水文站作为参证站。
据杨德溪水文站1959年4月至1998年3月平均流量频率统计，多年平均流量18.1m3/s，离差系数Cv=0.186，取Cv=2.0。
选用皮尔逊Ⅲ型线，Cs=2Cv，点绘年平均流量频率曲线。
结果理论点与实测点配合较好，符合计算要求。
年平均流量频率为10%、50%和90%时，相应的年平均流量分别为25.1m3/s、18.2m3/s、13.0m3/s。
水车电站的径流依据杨德溪的径流用集雨面积比加以推求，再考虑两流域的产流条件加以修正。
其计算公式为：
Q水＝F水/F杨×Q杨×α
式中：
Q水：
水车电站坝址径流量m3/s。
Q杨：
杨德溪站径流量m3/s
F水：
水车电站坝址控制集雨面积km2。
F杨：
杨德溪站控制集雨面积km2。
α：
因产流不同的径流修正系数。
杨德溪和云溪河的自然地理、地质和植被等条件基本相近，据云溪河上游的水车站、双林站雨站的多年平均降雨量为1698.8mm，而杨德溪站的多年平均降水量为1600.2mm，云溪河多年平均降雨量是杨德溪的多年平均降水量的1.06倍，故水车电站较杨德溪站的径流修正系数α取1.06。
则水车电站的多年平均流量为：
Q水=49/568×18.1×1.06=1.6m3/s
此数据与与原设计平均年径流数据完全吻合。
根据水车、双林、止波塘、报木、下团、半山六个测站1959年至1998年40年实测降水资料，计算杨德溪流域面雨量H年=1600.2mm，多年平均径流系数为0.608。
径流年内分配，采用典型年法确定径流年内分配。
按照水文水利计算的要求，选用丰水年、平水年和枯水年，从杨德溪实测径流资料中选用。
2001年11月至2002年10月为丰水年，年径流频率接近10%，年平均流量为25.1m3/s，洪峰高，洪量大，汛期明显而集中；1967年11月至1968年10月为平水年，年径流频率接近50%，年平均流量为18.2m3/s，径流年内分配接近多年平均情况，年降水量也接近多年平均值；1991年11月至1992年10月为枯水年，年径流频率接近90%，年平均流量为13.0m3/s，年降水量的频率都接近90%，且7月至8月的来水量仅占全年的12.8%，具有明显的枯水期。
三年平均流量为18.77m3/s，与多年平均流量18.1m3/s基本相等。
水车电站各种典型年的径流年内分配如表2-3-1、表2-3-2、表2-3-3：
2.4洪水
水电站装机容量为410kW，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》的规定，工程等别为Ⅴ等工程，属小[1]型，主要建筑物级别为5级，次要建筑物为5级。
引水渠工程属小
（二）型工程，主要建筑物为五级，次要建筑物为五级，按规范要求水电站设计洪水标准20年一遇，校核洪水标准50年一遇。
本工程属小型引水式电站、低坝挡水，拦河坝对洪水的调节作用甚微，因此，对洪量和洪水过程可以不予考虑计算，本次不再复核洪水。
表2-3-1水车电站丰水年（P=10%）径流年内分配表
2001.11～2002.10
月
旬
旬平均流量
（m3/s）
月平均流量
（m3/s）
月
旬
旬平均流量
（m3/s）
月平均流量
（m3/s）
11
上
0.19
0.35
5
上
4.33
2.36
中
0.73
中
1.68
下
0.14
下
1.07
12
上
0.21
0.20
6
上
1.09
1.83
中
0.17
中
0.75
下
0.23
下
3.64
1
上
0.21
0.22
7
上
3.71
2.30
中
0.24
中
2.92
下
0.21
下
0.28
2
上
0.24
0.65
8
上
0.24
0.59
中
1.25
中
0.67
下
0.47
下
0.84
3
上
0.28
0.23
9
上
0.28
0.39
中
0.23
中
0.22
下
0.18
下
0.68
4
上
0.48
1.53
10
上
0.13
0.14
中
1.28
中
0.14
下
2.82
下
0.13
表2-3-2水车电站平水年（P=50%）径流年内分配表
1967.11～1968.10
月
旬
旬平均流量
（m3/s）
月平均流量
（m3/s）
月
旬
旬平均流量
（m3/s）
月平均流量
（m3/s）
11
上
0.16
0.19
5
上
1.34
1.25
中
0.22
中
1.22
下
0.19
下
1.19
12
上
0.17
0.15
6
上
0.76
0.96
中
0.15
中
0.76
下
0.14
下
1.37
1
上
0.14
0.20
7
上
1.34
0.83
中
0.14
中
0.95
下
0.33
下
0.21
2
上
0.40
0.25
8
上
0.36
0.77
中
0.15
中
0.81
下
0.21
下
1.13
3
上
0.22
1.46
9
上
0.19
0.38
中
0.83
中
0.76
下
3.34
下
0.20
4
上
1.14
1.37
10
上
0.13
0.14
中
2.31
中
0.13
下
0.66
下
0.17
表2-3-3水车电站枯水年（P=90%）径流年内分配表
1962.11～1963.10
月
旬
旬平均流量
（m3/s）
月平均流量
（m3/s）
月
旬
旬平均流量
（m3/s）
月平均流量
（m3/s）
11
上
0.19
0.18
5
上
1.18
1.51
中
0.17
中
1.71
下
0.18
下
1.64
12
上
0.17
0.16
6
上
0.57
0.38
中
0.16
中
0.42
下
0.14
下
0.16
1
上
0.15
0.15
7
上
0.14
0.21
中
0.13
中
0.13
下
0.18
下
0.36
2
上
0.18
0.19
8
上
0.79
0.37
中
0.18
中
0.20
下
0.21
下
0.13
3
上
0.20
0.29
9
上
0.12
0.14
中
0.22
中
0.12
下
0.45
下
0.15
4
上
0.58
1.57
10
上
0.17
0.14
中
1.23
中
0.21
下
2.90
下
0.19
3.工程任务和规模
3.1地区社会经济发展状况
新化县是全省人口众多的农业大县之一，是国家扶贫重点开发县、革命老区县、柘溪水淹库区县，也是全国第三批农村水电初级电气化县和全国“十一五”农村电气化县。
新化县曾经是国家电网、地方电网并存供电的县，为了顺利完成第三批农电网改造，2007年元月，新化县人民政府与娄底市电力局签订了地方电网由国家电网代管的协议，国家电网正式对地方电网实行了兼并。
新化县是一个经济欠发达地区，工业基础较差。
2006年，全县国民生产总值为71.76万元，其中农业总产值为25.72亿元，工业总产值为17.8亿元，全县粮食总产46.19万吨，农村人平纯收1289.4元。
新化县水力资源丰富，全县集雨面积在10平方公里以上，支流长度在5公里以上的河流共有94条，水能蕴藏量21.8637万kw，技术开发量9.2285万kw，可发电量3.9359亿kwh，经济可开发量为6.1585万kw，可发电量2.6444亿kwh；现已开发5.375万kw，共装机56处81台，年发电量2.18亿kwh。
3.2配套工程建设的可行性与必要性
3.2.1配套工程建设的可行性
一、扩建改造积极性高。
电站事务会扩建改造工程有很高的积极性，决心抓住这次项目机遇，彻底改善电站的硬件设施差的状况，从而实现自动化操作。
二、配套工程基础较好。
水车电站有较好的水利条件，水量有保证，开发利用新化的水能资源，加强小水电建设，推动农村电气化，能加快社会主义新农村建设，因此，扩建改造工程具有较好的群众基础。
三、配套设施潜力大。
电费收入是水车电站的主要经济收入来源，电站的扩建改造完成之后，水车电站水电的年发电量将比过去提高100多万度，每年增加发电收入35.6万多元。
3.2.2工程建设的必要性
一、①扩建改造是改变工程现状的迫切需要：
电站修建于上世纪七十年代末，那时正值国家困难时期，社会经济技术非常落后，工程从设计到建设都存在许多不足，大坝、引水渠和发电厂房等水工建筑物存在不少缺陷和安全隐患，限于当时设备制造等及年代久远的原因，水轮机选型与水头不配套，水轮机标牌出力125KW，经过多年的运行老化，单机实际最大出力只有70kw，尤其是机电设备运行近30多年来，发电机定、转子绝缘强度降低，在春、夏季节，停机超过24小时，定子绝缘电阻值下降到2MΩ以下，每次开机并网需要一段较长的干燥时间，存在安全隐患，效率逐渐下降。
②原配电装置技术落后，直流电源采用交流整流方式，一旦厂用电消失，直流电源也随之消失，严重影响了保护装置的可靠性，继电保护和检测装置都比较原始，速动性、灵敏性、准确性都很低。
许多设备已被淘汰，原型号的机电产品现在无法从市场上采购，两台发电机组的生产厂家已转行，对机组的零配件更换和维修造成困难。
③设施和设备存在许多难以处理的缺陷和安全隐患。
引水坝坝基冲刷淘空，溢流面侵蚀严重。
引水坝过低，渠道不能按设计正常引水发电。
发电厂房屋顶盖为木屋架挂小平瓦，许多平瓦破碎，屋顶漏水严重，而市场再没有生产相同的平瓦，处理漏水必须整体改造。
厂房没有设置行车、检修主机吊装困难。
主阀操作纯手动，不仅劳动强度大，而且启闭时间长。
水轮机前、后盖磨损严重，转轮汽蚀多次焊补破坏了原叶片形状。
主轴弯曲变形，轴承运行温度偏高等。
④主厂房的噪音大，夏、秋季节厂房内温度高，最高达到40。
C以上，而在冬季室内温度又很低，加上机组风叶，飞轮转动驱动的冷风寒风刺骨，运行人员的值班条件非常艰苦。
上述问题不仅严重制约着电站效益的发挥，潜在的安全隐患更是危及着电站的生存，电站设备的更新改造非常必要。
二、电费收入是水车电站的主要经济收入来源，电站的扩建改造完成之后，水车电站的年发电量将比过去提高100多万度，每年增加发电收入35.6万多元。
电站的设备焕然一新，为实现现代管理从客观上具备了物质基础。
经济效益的提高，极大地促进单位的发展，进一步促进灌区的新农村建设。
三、扩建改造是新化县农村电气化建设的需要：
新化县域的水能资源丰富，国家鼓励和支持对水能资源的开发和利用。
新化的经济社会非常落后，工业基础相当薄弱，开发利用新化的水能资源，加强小水电建设，推动农村电气化，早已是新化县委、县政府为摆脱贫困、实现工业强县战略和小康新化的具体举措。
扩建改造后的水车电站必将为新化县的农村电气化建设做出新的更大贡献。
3.3电站设计水头的确定
3.3.1电站特征水位
压力前池正常水位：
330.0米
压力前池最高水位：
331.0米
压力前池最低水位：
328.0米
正常尾水位：
307.5米
3.3.2设计水头的确定
电站正常毛水头H0=压力前池正常水位330.0米-正常尾水位307.5米=22.5米
初算压力水管的沿程磨阻损失和拦污栅、闸门槽、喇叭入口、压力管道弯段、分叉管等局部水头损失约1.5米。
电站的设计水头H设确定为21米。
3.4水能计算
根据P=10%丰水年、P=50%平水年、P=90%枯水年三个设计典型年的日平均流量、电站设计水头等数据进行出力和发电量计算。
水能计算选用设计典型年的旬平均流量。
（原水车电站设计时有详细的水能计算，本次只在原有基础上进行机组改造，不再进行详细的水能计算，只采用典型年的数据加以分析。
）
发电流量的确定：
考虑引水渠的最大引水流量，当天然来水量大于3.8m3/s时，引用流量为3.8m3/s，其它流量作弃水处理，发电流量等于引用流量减去引水渠损失水量（按水利用系数0.95考虑），再减去灌溉流量，当天然来水量小于3.8m3/s时，引用流量取天然来水流量。
电站出力按下式计算：
N=9.81ηQ发H设
式中：
N：
设计发电出力（kw）
η：
机组效率（%），水机效率取0.85～0.87，发电机效率取0.93
Q发
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