汾市电站初步设计.docx
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汾市电站初步设计
汾市水电站电站工程特性表
序号
指标名称
单位
现状
本次改造
备注
1
流域水文
1.1
拦河坝坝址以上
集雨面积
km2
826
826
1.2
多年平均降雨量
mm
1650
1650
1.3
多年平均径流量
亿m3
11.27
11.27
1.4
多年平均径流流量
m3/s
35.72
35.72
1.5
坝址洪水
设计洪峰流量
（P=5%）
m3/s
1594.95
校核洪峰流量
（P=2%）
m3/s
2194.02
1.6
厂房特征水位
校核洪水位
m
224.92
设计洪水位
m
224.45
2
主要建筑物
2.1
拦河坝
型式
浆砌石重力坝
坝顶高程
m
228.5
228.5
最大坝高
m
4.8
4.8
坝顶轴线长
m
57
57
库容
万m3
0.82
堰型
WES实用堰
堰顶宽度
m
57
57
消能方式
底流消能
2.2
引水渠道
渠道全长
m
3500
3500
渠道净宽
m
6.2
6.2
设计水深
m
1.6
1.6
渠深
m
2
2
设计流量
m3/s
15
13.2
坡降
i
2000
2000
糙率系数
n
0.020
0.019
2.4
电站建筑物
装机容量
KW/台
2×125+1×125
2×160+1×200
1#厂房
m×m
12.6×8.2
12.6×8.2
2#厂房
m×m
11.6×6.7
11.6×6.7
1#厂房结构
砖混结构
发电机层高程
m
226
226
3
机电设备
设计水头
m
5.5
5.5
设计引用流量
m3/s
9.15
11.76
机组台数
台
3
3
1#、2#水轮机
TDT03-LM-80
ZD475-LM-100
1#、2#发电机
TS5N59/41-8
SF160-16/990
3#水轮机
TDT03-LM-80
ZD475-LM-100
3#发电机
TSL85/24-12
SF200-16/990
调速器
手调
GYWT-300/GYWT-600
吊车
无
无
4
升压站设备
主变压器
KVA/台
500/1
800/1
主变型号
SL7-500/10
S11—800KVA/10KV
5
施工
5.1
主体工程
土石方开挖
m3
1085
浆砌石
m3
115
混凝土挫除
m3
170
混凝土浇筑
m3
100
钢筋钢材制安
t
0.57
模板
m2
40
水轮发电机组拆除/安装
台套
3
调速器拆除/安装
台套
3
5.2
主要建筑材料
河砂
m3
112.1
碎石
m3
80
卵石
m3
124.2
水泥
t
49
钢筋
t
0.54
钢材
t
0.09
汽油
t
0.15
柴油
t
0.01
总工日
万工时
1.22
6
经济指标
6.1
静态总投资
万元
178.48
主体工程
万元
168.23
其中：
建筑工程
万元
25.74
机电设备及安装工程
万元
108.57
施工临时工程
万元
1.07
独立费用
万元
17.47
基本预备费
万元
8.5
6.2
综合利用经济指标
年发电量
万kwh
180（近3年平均）
291.27（理论计算）
改造后增发电量
万kwh
111.27（61.8%）
多年平均利用小时
h
6425
5600
单位千瓦投资
万元
3432
1综合说明
1.1汾市水电站基本情况
汾市水电站坝址位于武水河中上游的临武县汾市乡南岸村境内，距乡政府驻地约4km，距临武县城20km，有村通水泥公路直达厂区，交通较便利（见汾市水电站地理位置图）。
汾市水电站电站建于1966年，为引水式径流电站，电站主要建筑物由拦河坝、引水渠道、电站厂房、升压站等组成。
电站拦河坝位于汾市乡渡头村附近，坝型为浆砌石滚水坝，坝址以上集雨面积826km2，坝顶高程为228.5m，溢流堰堰型为WES实用堰，溢流堰宽2m，坝高4.8m，坝长57m。
电站引水为明渠引水，位于河道右岸，渠道为土方结构，全长3.5km，明渠设计宽6.2m，高2m，流量为15m3/s。
由于渠道长年运行、河沙淤积、山体滑坡、年久失修，现装实际过流能力仅约8m3/s。
电站发电厂房位于拦河坝下游3.5km的汾市乡南岸村处，分为1#厂房和2#厂房，两座厂房上部均为砖混结构，下部为大体积混凝土结构。
电站原设计装机4台，但实际装机为3台单机容量为125的机组，其中1#、2#机组位于1#厂房内，为异轴皮带传动式轴流机组，水轮机型号为TDT03-LM-80，配套发电机型号为TS5N59/41-8，1#厂房发电机层地面高程226m，平面尺寸为12.6×8.2m，高5.0m。
1#、2#机组流道为钢筋混凝土蜗壳，进口平面尺寸3.1×2.0m，进水口设有拦污栅及闸门，拦污栅平面尺寸3.4×2.3m，闸门尺寸为3.7×2.2m，闸门为铸铁闸门，采用两台10螺杆式启闭机启闭。
3#机组位于2#厂房内，为1972年改造的同轴式轴流机组，水轮机型号为TDT03-LM-80，发电机型号为TSL85/24-12，机组流道为钢筋混凝土蜗壳，进口平面尺寸3.1×2.0m，进水口设有拦污栅及铸铁闸门，拦污栅平面尺寸3.4×2.3m，闸门尺寸为3.7×2.2m，闸门为铸铁闸门，采用一台10T螺杆式启闭机启闭。
2#厂房发电机层地面高程226m，平面尺寸分别为11.6×6.7m，高5.0m。
升压站位于两厂房中间，地面高程227m，平面尺寸7.2×6.5m，有简单栏杆围护，栏杆高1.8m。
1.2电站运行现状及存在的主要问题
汾市水电站现状共装机3台，总容量3×125=375kw，机组已运行40多年，经现场检查和查阅资料，电站运行运行现状及存在的问题如下：
⑴电站拦河坝及土建设施比较陈旧，但基本能满足发电运行要求。
⑵机组和电气设备已超过使用期限，严重老化，故障率高。
⑶机组出力效率明显降低，机组效率水平为75-80%。
近年来，由于机组汽蚀、磨蚀严重，设备老化等因素，机组出力逐年下降，目前，在额定工况时，电站机组最大出力仅330kw左右。
⑷水轮机组检修工作量逐年增大。
特别是近3年来，机组检修此处逐年增多，几乎每年都要都主要设备进行大修，更换主要配件，检修时间超过45天，检修费用在5万元以上。
⑸发电量逐年减少，近3多年来，年均发电量只有180万kwh左右，仅为理论计算的设计发电量75%左右。
⑹调速器失灵,电气设备老化，故障率高。
电站主变压器型号为SL7-500/10，主变设备本身容量偏小。
⑺由于渠道长年运行、河沙淤积、山体滑坡、年久失修，渠道过流能力达不到设计要求。
⑻厂房、值班室结构破损。
1.3电站综合能效评价
1.3.1电站水能利用评价
汾市水电站坝址以上集雨面积826km2，电站本身是不具备调节能力的低水头引水式径流电站。
根据代表年径流计算，目前按电站现状装机容量，其理论多年平均发电量应不低于240万kwh，年利用小时为6400h，从理论计算数据来看，电站现状年利用小时偏高，电站引用流量偏小，溢洪道弃水比较频繁，因此，本工程现状可利用水量充足，电站装机容量尚有增大的空间。
1.3.2机组运行效率评价
汾市水电站现状装有3台立式轴流式水轮发电机组。
1#、2#水轮机型号为TDT03-LM-80，水轮机额定出力143kw，配套发电机型号为TS5N59/41-8，额定转速500r/min，额定功率125kw，额定电压0.4kv。
3#水轮机型号为TDT03-LM-80，水轮机额定出力143kw，配套发电机型号为TS5N59/41-8，额定转速500r/min，额定功率125kw，额定电压0.4kv。
机组投产初期，各机组均能合理超发，年发电量能达到220万度以上，机组效率水平为75-80%。
近年来，由于机组汽蚀、磨蚀严重，设备老化等因素，机组出力逐年下降，目前，在额定工况时，电站机组最大出力仅330kw左右，年发电量呈逐年下降趋势，机组效率水平已低于70%。
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。
1.4电站增效扩容的可行性评价
汾市水电站现状共装机3台，装机容量为3×125=375kw，根据理论计算，平均发电量241.8万kwh，年利用小时为6450h，通过增效扩容改造，电站装机容量可达500-630kw，理论计算年发电量可达250-300万kwh，比现状实际年发电量增加60-110万kwh，增加比例60%以上。
且通过理论计算及电站现状运行记录分析，达到以上目标是科学合理的。
1.5电站技术改造目标与内容
1.5.1电站技术改造目标
汾市水电站技术改造的目标就是提高电站综合能效和安全性能，促进水资源综合利用，最大限度增加发电能力，主要目标为：
扩大装机容量：
汾市水电站设计水头5.5m，现装机容量3×125kw。
本次根据水文水能计算，对电站进行扩容改造，扩容后的装机为2×160+1×200kw（详见水文水能计算）。
提高发电机组效率：
本次改造对水轮机进行更换，效率由现在的不足70%提高到88%以上，发电机组综合效率由现阶段实际运行的不足80%提高到92%以上。
增加年发电量：
汾市水电站改造前近3年平均发电量为180万度，改造后多年平均发电量为291.27万度，较现状增发电量111.27万度，增加比例61.8%。
1.5.2电站技术改造内容
汾市水电站电站根据实际资料进行分析计算，并通过相关经济技术比较，经技术设计，改造主要项目如下：
一、水力机械设备更新改造
⑴水轮机及配套发电机组增容、换新。
汾市水电站现有3台125kw水轮机及配套发电机组全部换新，并增容至2×160+1×200kw，总装机520kw。
⑵根据增容换新后所选用的机型，更换所有3台机组调速器，选用与之配套的新型调速器设备。
⑶机房泄洪闸加装电动装置，进水闸、拦污栅更换。
二、土建设施改造
⑴根据更新后机组要求对现有蜗壳及尾水管拆除后重新浇筑钢筋混凝土蜗壳和尾水管。
⑵对发电主厂房进行按现代化要求进行重新装修（包括门窗、瓦面木梁等）。
⑶对升压站相关设备基础、排架及金属构建等按照设备要求进行重新浇筑和更新处理，励磁变压器更换为容量更大的变压器。
⑷对渠道淤积段、沉砂池淤积进行清淤，土渠段，山体滑坡段进行衬砌。
三、电气设备更新改造
⑴电气一次设备全部更换（包括局部接地装置及防雷保护），所有一次设备均选取当下节能和电网常用产品设备
⑵电气二次设备全部更新改造，包括站控层设备改造、现地控制单元改造（现地机组LCU、公用LCU系统）、继电保护设备改造、辅机系统设备改造、测温自动屏改造、仪表改造、计量系统设备改造等。
⑶并网线路改造，在现有线路增装刀闸
1.6工程概算
根据以上改造内容，经各专业设计，本工程总投资为178.48万元，其中土建工程投资25.74万元，机电设备购置及安装费108.57万元，金属结构设备及安装费17.14万元，临时工程费1.07元，独立费用17.47万元，基本预备费8.5万元。
1.7经济评价
1）财务分析主要指标:
项目内部收益率：
12.02％（所得税后）。
项目静态投资回收期为8.49年（所得税后）。
以上指标均达到相应规程要求，该项目财务评价可行。
2）国民经济指标:
国民经济评价以财务评价为基础，按照影子价格与现行价格调整投资，影子投资为160.64万元。
以财务评价电能单价为经济评价影子单价，以财务评价费用扣除相应税费、保险支出为经济评价费用。
国民经济内部收益率：
21.57％
国民经济净现值：
188.28万元
以上指标均达到相应规程要求，该项目国民经济评价可行。
经过分析，投资该电站增效扩容有一定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，还可以通过改造调整发电用水与生态用水，从而改善河流生态环境、促进人水和谐。
希望本次能得到国家的支持，业主愿意尽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。
2现状分析与评价
2.1电站现状分析
2.1.1电站建筑物现状基本情况
汾市水电站坝址位于武水河上游的临武县汾市乡南岸村境内，距乡政府驻地约4km，距临武县城20km，有村通水泥公路直达厂区，交通较便利。
汾市水电站电站建成于1966年，是临武县的第一座水电站工程，该电站为引水式径流电站，电站主要建筑物由拦河坝、引水渠道、电站厂房、升压站等组成。
电站拦河坝位于汾市乡渡头村附近，坝型为浆砌石滚水坝，坝址以上集雨面积826km2，坝顶高程为228.5m，溢流堰堰型为WES实用堰，溢流堰宽2m，坝高4.8m，坝长57m。
电站引水为明渠引水，位于河道右岸，渠道为土方结构，全长3.5km，明渠设计宽6.2m，高2m，流量为15m3/s。
由于渠道长年运行、河沙淤积、山体滑坡、年久失修，现装实际过流能力仅约8m3/s。
电站发电厂房位于拦河坝下游3.5km的汾市乡南岸村处，分为1#厂房和2#厂房，两座厂房上部均为砖混结构，下部为大体积混凝土结构。
电站原设计装机4台，但实际装机为3台单机容量为125的机组，其中1#、2#机组位于1#厂房内，为异轴皮带传动式轴流机组，水轮机型号为TDT03-LM-80，配套发电机型号为TS5N59/41-8，1#厂房发电机层地面高程226m，平面尺寸分别为12.6×8.2m，高5.0m。
1#、2#机组流道为钢筋混凝土蜗壳，进口平面尺寸3.1×2.0m，进水口设有拦污栅及钢筋混凝土闸门，拦污栅平面尺寸3.4×2.3m，闸门尺寸为3.7×2.2m，闸门为铸铁闸门，采用两台10T螺杆式启闭机启闭。
3#机组位于2#厂房内，为1972年改造的同轴式轴流机组，水轮机型号为TDT03-LM-80，发电机型号为TSL85/24-12，机组流道为钢筋混凝土蜗壳，进口平面尺寸3.1×2.0m，进水口设有拦污栅及铸铁闸门，拦污栅平面尺寸3.4×2.3m，闸门尺寸为3.7×2.2m，闸门为铸铁闸门，采用一台10T螺杆式启闭机启闭。
2#厂房发电机层地面高程226m，平面尺寸分别为11.6×6.7m，高5.0m。
升压站位于两厂房中间，地面高程227m，平面尺寸7.2×6.5m，有简单栏杆围护，栏杆高1.8m。
2.1.2电站运行现状
汾市水电站现状共装机3台，总容量3×125=375kw，机组已运行40多年，经现场检查和查阅资料，电站运行现状归纳如下：
⑴电站拦河坝运行正常基本能满足发电运行要求：
电站拦河坝为浆砌石重力坝，大坝最大坝高4.8m，坝顶轴线长57m，坝址基础为弱风化砂岩，大坝施工时清基比较彻底，根据电站运行资料及本次实地观察，本电站拦河坝坝基岩石及坝体均不存在漏水、开裂及位移等不良现象，电站拦河坝运行良好。
⑵渠道淤积严重，实际过流能力小于设计值，电站发电引水为明渠无压引水，全长3.5km，全线基本上为土渠+污工衬砌结构，渠道宽6.2m，高2m，原设计流量为15m3/s，但运行多年来，渠道河沙淤积、年久失修，现实际过流能力仅8m3/s。
⑶电站厂房是60年代建设砖混结构建筑，较为陈旧，无开裂、下沉，基本能满足使用要求。
电站两座厂房梁、柱等主要结构尺寸基本合理，施工质量尚可，未发现基础下沉、墙体开裂等不良情况，室内布局合理，基本能满足使用要求。
进口闸门及启闭设备比较陈旧，但基本能满足电站运行要求。
⑷升压站设备基础和构架为60年代低标号砼现浇，历经40多年的风雨侵蚀，有些表层砼已脱落，局部露筋，但没有出现下沉、变形等问题，表象较差，但能维持使用。
⑸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、控制保护设备都是上世纪60年代出厂产品，已严重老化，现状均为淘汰产品，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。
⑹机组出力效率明显降低。
机组投产初期，各机组均能合理超发，年发电量能达到220万度以上，机组效率水平为75-80%。
近年来，由于机组汽蚀、磨蚀严重，设备老化等因素，机组出力逐年下降，目前，在额定工况时，电站机组最大出力仅330kw左右，年发电量呈逐年下降趋势，机组出力降低15%以上。
机组效率水平已低于70%。
⑺水轮机组检修工作量逐年增大。
2000年以前，每年检修项目均为常规检查项目，检修时间25—30天，检修费用在1—2万元。
而2000年以来，特别是近5年来，机组检修此处逐年增多，几乎每年都要都主要设备进行大修，更换主要配件，检修时间超过45天，检修费用在5万元以上。
⑻发电量逐年减少。
由于水轮机组出力降低，单位电能耗水率增大，机组检修量增加，检修时间增长，使得机组发电时间和有效发电水量减少。
在降雨量相同年份，而发电量却大幅减少。
近3多年来，年均发电量只有180万kwh左右，仅为理论计算的设计发电量75%左右。
近5年汾市水电站电站年发电量情况详见表2-1。
汾市水电站近5年年发电量统计表表2-1
年份
年发电量（万kwh）
备注
2007年
188.6
2008年
190.7
2009年
188.9
2010年
172.6
2011年
178.5
近3年平均
180.0
2.1.3电站存在的主要问题
汾市水电站自1966年投产以来，已运行40多年，鉴于电站建设时机电设备的制造技术水平较低，水轮机选型不理想，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。
⑴水轮机空蚀、磨蚀破坏严重
①水轮机转轮叶片磨损严重。
水轮机转轮的材质为普通碳钢，抗空蚀蚀能低，目前，检查发现叶片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，叶片实际厚度已减薄很多，叶片出口边局部已薄如刀口。
②水轮机停机时不能密封，刹车系统失灵，现状三台机组基本靠人工采用木桩刹车和停机。
⑵机组出力、效率逐年下降。
本电站水轮机组新机时的效率大约为75-80%，由于水轮机通流部件空蚀、磨蚀导致的水力损失逐渐增50kw左右。
⑶调速器失灵。
调速器控制元件磨损老化、调节失灵调速器是八十年代生产的老式产品，备品备件无处采购，修复难度很大电站运行存在安全隐患。
⑷电气设备老化，故障率高。
电站主变压器型号为SL7-500/9，主变设备本身容量偏小，且正常运行时，噪音及发热情况异常，绝缘电阻达不到标准；发电机出口电缆及控制电缆老化，励磁设备老化，配件难找；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，难以适应电站安全经济运行要求，
2.2电站综合能效评价
2.2.1电站水能利用评价
汾市水电站坝址以上集雨面积826km2，电站本身是不具备调节能力的低水头引水式径流电站，但坝址处集雨面积大，保证流量相对稳定，水能资源优势明显。
另外，根据代表年径流计算计算，目前按电站现状装机容量，其理论多年平均发电量应不低于240万kwh，从理论计算数据来看，电站现状年利用小时偏高，从引水渠道过流能力看，电站引用流量偏小，渠道部分为土渠，加之年久失修，漏水比较严重，渠系利用系数低，因此，本工程现状可利用水量充足，电站装机容量尚有增大的空间。
2.2.2机组运行效率评价
汾市水电站现状装有3台立式轴流式水轮发电机组。
1#、2#水轮机型号为TDT03-LM-80，水轮机额定出力143kw，配套发电机型号为TS5N59/41-8，额定转速500r/min，额定功率125kw，额定电压0.4kv。
3#水轮机型号为TDT03-LM-80，水轮机额定出力143kw，配套发电机型号为TSL85/24-12，额定转速500r/min，额定功率125kw，额定电压0.4kv。
机组投产初期，各机组均能合理超发，年发电量能达到220万度以上，机组效率水平为75-80%。
近年来，由于机组汽蚀、磨蚀严重，设备老化等因素，机组出力逐年下降，目前，在额定工况时，电站机组最大出力仅330kw左右，年发电量呈逐年下降趋势，机组效率水平已低于70%。
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。
2.2.3电站增效扩容的可行性评价
汾市水电站现状共装机3台，装机容量为3×125=375kw，根据理论计算，年平均发电量240万kwh，通过增效扩容改造，可达到设计装机容量要求。
且通过理论计算及电站现状运行记录分析，达到以上目标是科学合理的，理由如下：
⑴上游集雨面积较大，水能资源丰富，流域供水量能满足发电量要求。
根据水文和代表年径流计算，汾市水电站多年平均径流量为6.53×108m3。
根据水机水能计算，改造后每kwh电量耗水88.3m3，发电量291.27万kwh需要供水量2.57×108m3，流域径流量能满足要求。
⑵引水建筑物经恢复性改造后，能满足输送流量要求。
本电站为引水式径流电站，电站发电引水道无压明渠流，全长3.5km，原设计过流量15m3/s，根据水力复核（详见第6章），现有引水明渠按照原设计断面局部进行清淤和改造后，能满足电站改造后发电引用流量的要求。
⑶厂房及升压站建筑物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和主变压器台数不增加，控制保护采用微机自动化装置，配电屏柜及设备台数还的所减少，厂房及升压站原有建筑物结构及尺寸都能满足改造要求。
⑷更换水轮发电机组，出力效率会大幅度提高。
原有水轮机组因机型选择不合理、老化磨蚀严重，出力效率目前已低于70%，用新型机组更换后，机组综合出力效率可达到80%以上，与现状相比，机组出力效率可增加10%以上，单位电量耗水率降低，水量利用率提高，将大大增加年发电总量。
⑸输电线路输送容量能满足电力输送要求。
目前电站装机容量为375kW，改造后电站装机容量为375kW，按功率因素0.8计算，最大输送电流为400A。
LGJ-50导线可满足电能输送要求。
⑹电量上网不存在问题。
汾市水电站原已有10KV高压输电线路与系统35KV汾市变电站10KV侧进出线连接，故电站扩容增效改造后不需新建输电线路。
电站出线升压后，直接连上原已到位的10KV线路即可。
电站至汾市变电站并网线路
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