叶坊水轮泵站技改成发电站的方案选择
详细内容
方喜福建省建瓯市水电局(353100)
1 概况
叶坊水轮泵站位于建溪上游徐墩镇叶坊村，距离建瓯城18km，是南武公路和横南铁路的必经之地。该工程于1975年动工，1980年全部竣工投产，是以水轮泵提水灌溉为主，结合水力发电的综合效益工程。安装有水轮泵18台，灌溉面积385.2hm2，水轮发电机组8台，装机2000kW。
工程坝址以上流域面积9497km2，多年平均流量330m3/s，电站工作水头5m(含1994年大坝加高0.5m)。鉴于横南铁路与叶坊水轮泵站右岸引水渠道平行建设，引水渠道已破坏贻尽，水轮泵已经失去灌溉作用，为此提出对叶坊水轮泵站进行技改的设想。
2 技改前的现状
水轮泵技改工程为右岸七组水轮泵，原安装60—6水轮泵10台，60—4水轮泵4台，均以两台为一组串联后提水并入总输水管路引进渠道。
水工建筑物主要技术参数如下：
(1) 拦河坝：为连拱坝，坝高7m(包括加高0.5m)，坝长305m。
(2) 机坑及进水室：水轮泵与电站共用一前池，前池底部高程100.00m，水轮泵进水口底部高程100.50m，水轮泵机坑底部高程100.00m。原以两台水轮泵共用一进水室，两边墙轴线距离5m，进水口加一隔墩以两台启闭机控制两扇平板钢闸门，净宽2.1m，隔墩宽0.4m，进水室长3m，机坑长3m。
(3) 水位：上游正常高水位高程103.50m，下游尾水位高程99.00m(水轮泵)和98.50m(原电站)，下游最枯水位98.00m。
3 技改工程的设计方案比较与设备选择
1.1 水力机械
叶坊水轮泵站技改宜选用小型低水头大流量的水轮机，可供选择的机型为ZD(轴流定浆式)和GD(贯流定浆式)。由于贯流式水轮机组造价高，且叶坊水轮泵站的水工建筑改造工程量大，选用此类型机组施工期间将影响原有电站的运行，首先予以否定；对轴流定浆式转轮目前制造厂推荐的产品为ZD760和其改进型ZDT03型。据厂家介绍ZDT03型转轮性能优于ZD760型转轮，经比较在叶坊水轮泵的水力条件下，其优势不大，且为新开发产品价高、交货期长，为此叶坊水轮泵站技改项目选用ZD760型水轮机转轮。
(1) 转轮直径和单机容量的选择：
叶坊水轮泵站设计水头4.5m，单机转轮直径从60～140cm；其发电机配套额定容量见表1。从表1所列转轮直径，并结合水工建筑物现状认为技改条件最有利的方案推荐采用转轮直径为60cm或120cm。在此基础上再进行比较，最后确定采用哪种转轮?
以一组两台串联水轮泵的机坑位置进行技改条件比较的分析，见表2。
从表2可见，选用ZD760-LM-60水轮机配发电机额定容量55kW，具有工作量小、建设周期短、投资小等特点，故设计选用此方案。
水轮机型号
流量
(M3/S)
出力
(KW)
最优转速
(R/MIN)
设计效果
(%)
配套发电机
容量(KW)
备注
ZD760-LM
-60
ψ=10o
1.67
62.88
530
85
55
一台泵装一台机,水下不改造
ZD760-LM
-80
ψ=15o
3.02
111.4
387
83.6
100
一台泵装一台机,水下需改造
ZD760-LM
-120
ψ=5o
3.75
144.5
361
87.3
125
机坑尾水都需改造
ZD760-LM
-120
ψ=10o
6.15
233
265
86.2
200
二台泵装一台机,水下要改造
ZD760-LM
-140
ψ=5o
6.92
272
258
88.9
250
二台泵装一台机,尾水要改造
(2) 厂房布置：
水轮泵技改电站的发电站厂房建于进水前池与河道之间狭长的水轮泵站建筑物上，厂房防洪设计时采取以下措施：一是在水轮机轴长允许的条件下尽量提高厂房发电机层地面高程；二是在厂房屋顶机组轴线位置设置吊钩，洪水来临前预先将电机吊起；三是选用异步电动机代替发电机发电，这样减少励磁系统，简化了控制、保护装置，使厂房布置简单明了(只有异步电动机和电动调速装置，配电盘安装在原电站中控室内)。因此厂房设计可采用单层钢筋砼框架结构，长21m、柱距5.0m、宽5.5m；进水室底板高程100.5m，进厂地面高程105m，发电机层楼面高层106.50m，厂房内净宽4.5m，净高5m；上游侧设一小门通高程106.80m启闭机平台，下游侧设一大门通叶坊电站主厂房；为防冲刷，窗台高程107.40m以下为钢筋混凝土墙，以上为37cm厚砖墙。厂房内安装6台立式水轮发电机组，机组中心距离2.5m，机组轴线距前池侧宽1.8m，距河道侧宽2.7m，安装间长5.8m，布置在下游侧。
项目
ZD760-LM-60
ZD760-LM-120
装机规模(KW)
2×55
200
进水室改造
加一隔墙
改造成开敞式涡室
尾水管改造
利用原7#尾水管不需改造
清除原砼机坑,重新设计和
浇筑尾水管