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1、工程设计证号 湖南省 XX县XX河坝电站增效扩容工程初步设计报告湖南省XX市水利水电勘测设计院二O一二年三月目 录1综合说明11.1现状分析与评价11.2水文61.3工程地质71.4工程任务和规模71.5水工建筑物设计及复核101.6发电机与水力机械101.7电气设备改造设计111.8金属结构121.9消防及暖通设计121.10施工组织设计131.11工程管理131.12工程概算141.13经济评价141.14 附工程特性表162 现状分析与评价192.1 电站现状分析192.2电站综合能效评价222.3电站技术改造目标与内容243 水文计算及水能复核253.1流域概况253.2气象253.3
2、水文基本资料253.4径流计算253.5水能复核计算293.6水利水能344 工程地质364.1 区域地质概况364.2 地震及区域构造稳定性364.3库区工程地质评价364.4 主要建筑物工程地质评价375 工程任务与规模385.1工程基本情况385.2电站技术改造任务385.3洪水标准和防洪特征水位选择395.4 电站改造装机规模396水工建筑设计及复核436.1设计依据436.2水库枢纽建筑物446.3电站建筑物现状及存在的问题456.4 发电进水涵洞复核计算456.6厂区建筑物477 水力机械497.1 发电机及水力机械存在的主要问题497.2发电机及水力机械改造方案497.3调速器和
3、进水主阀改造设计547.4水力机械辅助设备改造设计547.5采暖通风557.6水力机械改造设备汇总表558 电气设备578.1电气一次改造设计578.2电气二次589 金属结构599.1XX河坝电站金属结构现状599.2XX河坝电站金属结构改造方案599.3XX河坝金属结构改造情况599.4XX河坝电站金属结构改造设计5910 消防6010.2 消防设计依据和原则6010.3 工程消防设计6011 施工组织设计6411.1施工条件6411.2主要工程内容6411.3施工进度计划6412 工程管理6612.1管理机构6612.2工程管理范围和设施6612.3管理经费6712.4工程管理运用671
4、3工程概算7013.1基本情况7013.2 编制说明7013.3 工程投资7114 经济评价7314.1基本依据和基础资料7314.2 财务评价7314.3国民经济评价7414.4评价结论741综合说明1.1现状分析与评价1.1.1工程基本情况XX河水闸位于湘江一级支流紫水XX河上游XX县大庙口境内，距XX县城35 km，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用的水利工程。设计灌溉面积2.7万亩，防洪保护农田2.1万亩、人口15000人。水闸电站厂房2处，总装机容量为825kw。XX河水闸建于1967年，主要由坝内引水涵管、拦河闸、冲砂底孔、坝后电站厂房等建筑物组成。拦河坝为浆砌石重力坝，由
5、溢流坝段和非溢流坝段组成，总长84.5m。非溢流坝段分为左、右岸坝段，左岸挡水坝段长15.0m，坝顶高程281.2m，坝顶宽3.5m，最大坝高31.4m。右岸厂房坝段长23.0m，坝顶高程276.3m。溢流段总长46.5m，溢流前缘净宽44.0m，堰顶高程276.3m，最大堰高26.5m。堰面为WES曲线，下接1:0.8的直线段，下游采用挑流消能，反弧半径7m，挑射角25，挑流鼻坎高程263.2m，鼻坎宽度35.2m。在大坝迎水面设置有混凝土防渗面板，防渗板由多次加固而成，各处厚度不一，顶部至264m高程，厚约3.5m，向下逐渐变薄，至276.6m厚仅0.5m，至273.6m厚皆为0.5m，从
6、273.6m至坝基约1.2m。防渗面板设计标号C15，面板布有6温度钢筋，纵横间距各为30cm。整个防渗面板设有1条伸缩缝。溢流面设有厚0.4m的C20砼溢流面板，面板里布置有12温度钢筋，纵横间距均为30cm。冲砂底孔布置于大坝左端，进口底板高程264.8m，断面为城门型，宽1m，直墙高1m，园拱半径为0.5m，涵身与坝轴线垂直线成左偏15夹角。整个涵身才用石灰石粗条石砌筑而成，管长28m，目前已封堵废弃。原发电引水管（即低涵）位于溢流坝的右端，为直径1m的钢筋混凝土压力管，进口高程257.8m，管长21.62m，进口14.45m长与坝轴线垂直，后7.17m右转24，管身为砼预制管，管壁厚0
7、.12m。进口设钢质平板直升式检修闸门，由15T手摇丝杆启闭机启闭。1987年新建发电输水涵后，已将此涵变为了冲砂底孔。灌溉引水管（即高涵）位于大坝左端，为浆砌石箱型涵，进口高程269.92m，断面尺寸为0.5m0.7m。进口设钢质平板直升式工作闸门，由5T手摇丝杆启闭机启闭。1987年新建发电、灌溉引水涵管位于大坝右端，进口高程261.8m，为钢筋砼衬砌的圆管，主管直径1.5m，出口分为三根岔管，2根发电管，管内径为0.8m，1根灌溉管，管内径为0.7m。涵管进口设钢质平板直升式工作闸门，由5T手摇丝杆启闭机启闭。电站厂房2处，其中坝后电站装机容量为2*250kw，发电尾水进入河床，电站设计
8、水头19.5m。渠首电站装机容量为200+125kw，发电尾水进入引水渠，电站设计水头17m。电站水轮发电机组目前已运行30多年，由于水轮机过流部件受高速含沙水流的冲击、空蚀磨蚀破坏较严重，辅助设备老化，近年来出现了较多的问题，机组效率大幅降低，发电量逐年减少，电站设计年发电量220万kwh，近10年来实际最高年发电量198万kwh（2003年），最低年发电量102万kwh（2007年），年均发电量164.5万kwh。 1.1.2电站运行现状XX河坝电站设计装机4台，总容量825 kw。经现场检查和查阅资料，电站运行现状归纳如下： 电站水工建筑物陈旧，但基本能满足发电运行要求。机组出力效率明显
9、降低。目前电站1#机组是上世纪80年代的产品，运行至今已有30多年，现出力只有60%左右。坝后电站2#机组容量200Kw，水轮机转轮磨耗严重，最大出力150 kw，且发电机在出力140kw左右发热严重，机组效率水平为75%；3#机组存在与2#机同样现象，在设计水头工况（设计水头Hr=17m时）最大出力200 kw，机组效率水平为80%。近年来，由于机组空蚀磨蚀严重，设备老化等因素，机组出力逐年下降，目前，在水库处正常水位，水轮机过额定设计流量时，4#机组出力200 kw左右，机组出力降低1520%左右，机组效率水平已低于75%。水轮机组检修工作量逐年增大。机组都存在振动过大，检修难度大，费用过
10、高，同时造成设备临检而不能发电；厂家制造工艺较差，机组水导处止水密封漏水严重，水导油盆经常进水，水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，每年的检修费用很大。机组和电气设备已超过使用期限，严重老化，故障率高。发电机组、主变压器、控制保护设备、起重设备都是上世纪70年代出厂产品，老化严重，有些配件已难以采购，电站虽能勉强维持运转，但故障率高，运行状况差，维修任务大，停电时间长，急需要更新改造。1.1.3电站存在的主要问题 XX河坝电站自1979年投产以来，已运行30多年，鉴于电站建设时机电设备的制造技术水平较低，以及运行时间长，设备老化磨损严重，电站主要在设备方面存在诸多问题。水轮机空蚀、磨蚀破坏严
11、重水轮机转轮叶片磨损严重。水轮机转轮的材质为普通碳钢，抗空蚀能力低，目前，检查发现叶片及下环的空蚀和泥沙磨损较严重，叶片背面的空蚀部位已被气蚀成蜂窝状。转轮密封间隙过大。由于水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，既造成较大的容积损失，同时又造成设备临检而不能发电。机组出力、效率逐年下降由于上世纪早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少，电站只能“套用”相近转轮；其主要能量指标(单位流量、单位转速、模型效率)都比较低。因而使机组偏离电站实际运行参数，导致水轮机偏离高效率区，造成机组运行的平均效率低、耗水量大，水能资源未能得到充分利用的。本电站水轮机组新机时的效率大约为80%，由
12、于水轮机通流部件空蚀、磨蚀导致的水力损失逐渐增大，目前机组效率已大幅下降。XX河坝电站原调速器型号为YT系列，经过多年运行，调速器控制元件磨损老化、调节失灵；调速器是上世纪中生产的老式产品，备品备件无处采购，修复难度很大。现全部更换为微机调速器，型号YWT系列，调速功300-600kgm。电气设备老化，故障率高。电站主变压器三台，型号分别为S7-315/400V2台和S7-400/400V，均是上世纪80年代产品；高压开关柜、控制保护设备都是老式产品，继电器、控制仪表、测量仪表全部是机械式产品，技术水平低，且运行时间长，已严重老化，运行中故障率高，耗电量大，既不安全，又不节能，难以适应电站安全
13、经济运行要求。1.1.4电站综合能效评价1、电站水能利用评价XX河水闸闸址以上控制集雨面积78.63km2, 干流长度17.3km，干流坡降44。多年平均降雨量1715mm，多年平均蒸发量1462.6mm。电站设计装机825kw，设计多年平均发电站220万kwh， 20022011年电站实际年平均发电量164.5万度。根据电站水能计算，XX河坝电站坝址控制集雨面积78.63km2，多年平均流量1.77m3/s，水能利用率仅60%左右。由此可见，本站水能利用率是很低的，对XX河坝电站增效扩容改造十分必要。2、机组运行效率评价 目前电站1#机组水轮机型号为ZD661-LMY-60，配套发电机型号为
14、TSN59/41-8，额定转速750r/min，额定功率125kw，额定功率因数0.8（滞后），额定电压0.38kv，湖南XX县水电设备厂出品，为1972年9月的产品，运行至今已有30年，现出力只有50%左右，达到了报废标准。2#机组容量200Kw，水轮机型号均为HL123-WJ-50，配套发电机型号为TSWN85/3，额定转速750r/min，额定功率200kw，额定功率因数0.8（滞后），额定电压0.4kv，2台水轮发电机组均为邵阳市水轮发电机厂1979年的产品，水轮机转轮磨耗严重，最大出力150 kw，且发电机在出力140kw左右发热严重，坝后电站3#、4#机组容量250Kw，水轮机型号
15、均为HL260-WJ-60，配套发电机型号为TSWN90-19，额定转速750r/min，额定功率因数0.8（滞后），额定电压0.4kv，2台水轮发电机组均为为邵阳市水轮发电机厂1979年的产品，水轮机转轮磨耗严重，最大出力200 kw，且发电机在出力210kw左右发热严重，机组效率水平为80%。由于机组出力效率低，单位电能耗水率大大增加，电站发电量大幅度减少，严重影响了电站经济效益的发挥。3、电站增效扩容的可行性评价XX河坝电站设计装机825kw，设计多年平均发电站220万kwh， 20022011年电站实际年平均发电量164.5万度。通过技术改造，电站装机容量为1000kw，多年平均发电量
16、可达290.8万kwh，比原设计年增加发电量70.8万kwh，增加比例为32%；比20022011年电站实际年平均发电量164.5万度增加发电量126.3万kwh，增加比例为76.8%。水量能满足增发电量要求。XX河坝电站发电多年平均可用水量6528万m3，改造后发电量290.8万kwh，需要供水量4587万m3。引水建筑物能满足输送流量要求。发电输水涵洞位于非溢流坝的右坝段，为钢筋砼圆形涵管，内径为1.5m，长25m，进口底板高程为261.8m，原设计引用流量6m3/s，设计流速为3.39m/s，扩容后设计引用流量6m3/s，流速为3.39m/s，属经济流速范围，无需改造。厂房及升压站建筑物
17、结构尺寸能满足技术改造要求。本次技术改造水轮发电机组台数减小1台，主变压器台数不变，高低压配电屏柜及辅助设备台数与原来基本相同，控制保护采用微机自动化装置，屏柜台数还有所减少，厂房及升压站原有建筑物结构及尺寸都能满足改造要求。更换水轮发电机组，出力效率会大幅度提高。原有3#、4#水轮机组因老化磨蚀严重，出力效率降至77%左右，更换新机组后，机组综合出力效率可达到92%，与现状相比，机组出力效率可增加15%。电量上网不存在问题。XX河坝电站电力输入XX县电网，XX县电网与湖南省电网已连网。XX县电网电力总装机容量达到100MW，用电负荷达到116MW，年用电量达到6亿kwh。XX河坝电站改造后比
18、原设计年增加电量约70万kwh，对电网影响微小，且电站有水库调节，发电稳定，是优质电，电网将优先接纳，故增效改造后增加电量上网不存在问题。从以上分析说明，XX河坝电站进行增效改造的条件基本上能满足，所以，对XX河坝电站进行增效扩容改造是可行的。1.1.5电站技术改造目标与内容1、电站技术改造目标 XX河坝电站增效扩容改造主要目标为：通过增效扩容改造，消除电站安全隐患，减小不合理的装机，提高电站经济效益；水轮发电机组综合效率由原设计82%提高到90%；多年平均发电量由原设计250万kwh增加到290.8万kwh，增加发电量70.8万kWh，增加比例为32%。较改造前10年实际平均年发电量164.
19、5年kwh增加发电量190.6万kwh，增加比例为76.8%。2、电站技术改造内容电站技术改造主要项目如下：（一）水力机械水轮机改造。水轮机更换3台，拆除1台。发电机更换。发电机更换3台，拆除1台。水轮机调速器更换。调速器3台，拆除1台。油、气、水系统设备及管路更换。（二）电气设备更新改造高低压配电装置更换。包括10.5KV厂用变、10KV高压开关柜、400V低压配电屏。控制保护设备更换。包括发电机组及调速器机旁屏柜、微机控制保护装置、微机监控装置、自动化装置、直流系统装置、工业电视装置、通信系统装置等。升压站设备更换。包括主变压器3台、断路器、电压互感器、电流互感器、隔离开关、避雷器等。1.
20、2水文1.2.1流域概况XX河坝位于湘江一级支流紫水河上游，地处XX县大庙口境内，距XX县35km。闸址以上控制集雨面积78.63KM2, 干流长度17.3KM，干流坡降44。1.2.2气象河坝电站属亚热带大陆季风湿润气候，热量充足，四季交替分明。灌区多年平均气温13.718.4，多年平均日照为1523.3h，多年平均降雨量1715mm，多年平均蒸发量1462.6mm。1.2.3径流XX河坝坝址逐月平均流量直接从省勘测设计总院2009年编的湖南省XX县芦江水库初步设计报告引用，然后通过水文比拟法求得XX河坝坝址逐月平均流量。结果见表13。表13 XX河坝坝址各典型年径流 m3/s频率典型年1月
21、2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月19700.45 1.01 3.54 4.11 7.09 3.70 2.38 2.91 3.96 4.21 0.60 2.39 10%丰水年0.45 1.01 3.56 4.12 7.12 3.72 2.38 2.92 3.97 4.22 0.60 2.40 19851.18 4.52 3.12 3.04 1.65 1.98 2.34 2.66 2.04 0.83 1.15 0.98 50%平水年1.18 4.54 3.14 3.05 1.65 1.99 2.35 2.67 2.05 0.84 1.16 0.99 19691.08 0.60 1
22、.66 1.30 3.96 1.20 0.24 1.33 0.15 2.00 0.62 0.15 90%枯水年1.08 0.60 1.68 1.31 3.99 1.21 0.25 1.34 0.15 2.02 0.62 0.15 1.3工程地质1.3.1区域地质概况河坝位于XX河流域干流上，在XX舜皇山林区，属萌渚岭山系的一部分，境内大部分的山地在海拔2001000m之间，群山连绵，河流溪沟曲折蜿蜒，两岸山坡陡峻，基岩裸露，属侵蚀中低山地貌类型。根据安全评价地勘，XX河拦河坝地层分为二层，层为紫红色中厚层状石英砂岩，呈强弱风化状态，节理裂隙发育，岩石较破碎，透水性较大，多在12.533Lu，为
23、中等透水岩带，透水带厚度510m。层为弱风化基岩区，紫红色中厚层状砂岩，岩体相对完整，透水性相对较小。1.3.2主要建筑物工程地质条件1.3.2.1库区工程地质库区为高山峡谷地形，库岸山体极为雄厚，库盆由砂岩组成，渗透性较弱，水库无渗漏之忧。库岸基岩裸露，因节理发育，岩体较破碎，山坡表层的残坡积层在重力、水文气象等因素作用下，局部的小型坍塌、滑坡对水库影响不大，库岸基本稳定。坝两岸山坡陡峻，山体雄厚，森林茂密，两岸山坡稳定，不会有较大的塌方发生。1.3.2.2厂址主要工程地质问题及评价厂房座落于上坝后阶地上，阶地地势较平缓，斜坡1015。地表覆盖层为第四系全新统冲积层（alQh）砂质壤土，砾卵
24、石夹砂厚45 m，以及坡积残积层（dl+elQH）粘土碎石，厚23 m。下伏基岩，为石灰岩及其互层，岩层产状125/SW36,岩层节理发育，有10/NE78及60/NW0，EIRR=22.33%12%。说明项目经济上是有投资价值的，能给社会创造较高的产出。并根据敏感性分析可知，本项目在国民经济评价中有着较强的抗风险能力。有较高的投资开发价值。1.13.4评价结论 经过分析，该电站增效扩容有良好的经济效和社会效益，可挖掘发展可再生能源、促进节能减排，也可通过改造达到消除电站安全隐患、保障公共安全的需要。业主早有改造之心，但业主无力依靠自身资金实力进行改造升级，希望本次能得到国家的支持，业主愿意尽
25、全力筹资对电站进行全面扩容改造，实现资源发挥最优效益。1.14 附工程特性表工程特性表序 号 及 名 称单 位指 标备 注技改前本次技改一、水文1流域面积工程地址（坝址）以上km278.678.62利用的水文系列年限年26501959-20103多年平均年径流量亿m31.982.14特征流量m3/s设计洪水标准及流量（P=2%）m3/s321坝址校核洪水标准及流量（P=0.2%）m3/s543坝址二、水能指标装机容量KW8251000保证出力（P=85%）KW85/280多年平均发电量万kw.h220290.8近十年平均发电量万kw.h164.5年利用小时h渠首电站2025坝后电站31284工程永久占地hm2无增加三、主要建筑物及设备1引水坝型式重力坝重力坝坝顶高程m281.2281.2最大坝高m3131.4坝顶长度m84.584.52输水建筑物进口高程m261.8261.8涵洞全长m25.025.0断面（直径）m1.51.5钢筋砼圆形设计引用流量m3/s66闸门尺寸m1.71.7工程特性表序 号 及 名 称单 位指 标备 注技改前本次技改4厂房坝后电站厂房尺寸（长宽）mm18.58.218.58.2渠首厂房尺寸（长宽）mm11.28.711.28.7水轮机安装高程m厂房地面高程m5开关站面积（长宽）mm201220126
