增效扩容初设报告.docx
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增效扩容初设报告
云南省石林彝族自治县叠水发电厂
增效扩容项目
初步设计报告
设计单位:
昆明市水利水电勘测设计院
二〇一二年一月二日
第一部分综述……………………………… 2
第二部分项目现状及任务…………………5
第三部分水能……………………………… 11
第四部分增效扩容设计…………………23
第五部分机电设备与金属构件……………33
第六部分电气系统………………………… 41
第七部分劳坳安全与卫生………………48
第八部分施工组织设计…………… 56
第一部分
综述
一、工程概况…………………… 3
二、工程地质…………………… 3
三、水文气象…………………… 4
一、工程概况
石林彝族自治县位于昆明市东南部远郊,距昆明78km,东经103°10’至103°41’,北纬24°30’至25°03’之间。
全县土地总面积1697.7km2,东西最宽处51.3km,南北最长处58.5km。
东北部与陆良县接壤,北部和西部与宜良县相连,东南及南部与红河州的泸西县和弥勒县毗邻。
昆~河公路、324国道、昆—石高速公路、九—石—阿旅游专线及南—昆铁路贯穿县境,交通十分便利。
项目单位石林县叠水发电厂地处珠江水系南盘江支流巴江中段,位于石林县西南部鹿阜镇小叠水村,距县城18Km,县城至大叠水风景区柏油公路贯穿厂区,置大叠水风景区之首。
二、工程地质
石林县位于滇东高原的南部,地形起伏缓和、切割轻微,形成鹿阜、板桥、螺蛳塘等较大的坝子,夹在起伏不大的高原上。
山脉河流自北向南走向,整个地势自东向西倾斜,呈阶梯状逐级下降。
东部老圭山海拔2601.4m,是全县的最高峰。
全县最低处为大叠水瀑布跌落处,海拔1500.0m。
西部及东部高山受南盘江及其支流巴江、普拉河的切割,形成相对高起的山地。
全县大部分地区被石灰岩所覆盖,受地下水长期溶蚀,形成了典型的岩溶地貌。
其中以溶蚀洼地、石芽、高石芽及峰林、孤峰等较普遍,石柱林立,高达数十米,独特的环境,形成了国内外少见的高石芽(石林)分布区。
县内90%以上的土地分布在海拔1600~2100m之间,高差550m左右,属高原丘陵地貌,境内山地丘陵面积占土地面积的80%左右,是一个典型的山区县。
全县地形地貌大体可分为东部、西部山区,中部岩溶地区和路南盆地三个单元。
三、水文气象
石林县属中亚热带气候区,具有低纬高原山地季风气候特点。
具有“冬无严寒,夏无酷暑,四季如春”,夏半年为雨季,冬半年为旱季,干湿分明。
按气象学季节气温指数分,全县平均夏季只有19天,冬季96天,春秋季250天。
总的气候特点是旱季、雨季分明,雨量充沛,但时空分布不匀;随海拔高度增加,高程每升高100m,卫生降降雨量增加100mm。
降水主要集中在6~9月,每年5月至10月为雨季,降雨量占全年降雨总量的85.2%,11月至次年4月为旱季,降雨量占全年降雨量的14.8%。
多年平均降雨量920.8mm。
多年平均蒸发量1919.1mm,是降雨量的1.97倍。
气候特征为冬暖夏凉、日照充足。
夏季高温不足,秋季易受低温冷害。
多年平均气温15.6℃;全年平均日照时数2318.8小时,其日照百分率为53%;风向以西南风为主,年平均风速3m/s,最大风速可达16m/s。
不同程度的冰雹灾害常出现在春、夏、秋三个季节,年平均霜期为113天,最长135天,最短82天,无无霜期252天,全年有霜日平均为31.4天,最多的有47天,最少的有15天;年平均降雪2.7天。
石林县气象局1980~2010年月降雨统计表(表1-1)
表1-1石林县气象局1980~2010年月降雨统计表
年月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
1983
32.7
32.1
56.7
16.5
46.7
83.3
162.5
315.6
66.7
79.2
106.9
45.5
1044.4
1984
0.8
0.5
1.2
20.8
154.8
198.6
135.2
231.7
76.0
72.8
11.7
2.4
906.5
1985
2.5
13.0
22.7
102.7
158.6
114.7
191.9
191.3
132.4
47.2
53.4
12.6
1043.0
1986
0.2
1.2
3.6
81.1
84.8
179.5
356.4
251.1
248.1
121.4
10.8
7.8
1346.0
1987
17.8
11.4
2.3
33.8
43.0
98.9
126.9
62.3
197.2
69.4
81.4
9.7
754.1
1988
6.0
20.9
0.3
36.3
31.7
132.3
106.2
276.4
160.9
39.5
15.2
1.8
827.5
1989
4.6
3.4
37.4
2.3
136.0
145.2
190.2
86.4
92.2
82.2
9.5
29.4
818.8
1990
13.4
13.1
32.5
48.5
131.0
245.9
134.1
64.8
118.2
73.9
33.2
6.1
914.7
1991
23.2
12.9
18.1
25.7
23.0
134.2
271.1
85.0
148.0
84.2
53.2
5.8
884.4
1992
69.7
43.3
8.9
3.6
73.2
95.4
103.1
62.8
74.1
98.4
34.1
1.1
667.7
1993
31.4
36.6
1.8
27.3
94.5
81.1
142.9
165.0
247.7
56.5
1.0
21.5
907.3
1994
0.2
32.3
78.6
0.3
80.6
349.9
139.5
332.7
156.3
81.1
47.0
63.8
1362.3
1995
28.6
22.8
3.1
3.2
66.3
241.2
213.3
121.2
162.0
67.1
102.0
6.2
1037.0
1996
2.5
1.7
56.4
31.2
94.4
156.0
175.3
130.5
35.6
97.0
79.3
7.8
867.7
1997
7.4
43.6
33.4
60.3
28.6
142.7
325.5
127.9
142.3
67.2
5.5
5.3
989.7
1998
4.5
14.2
11.3
42.4
58.4
327.9
219.1
101.6
103.5
51.2
39.8
12.4
986.3
1999
39.0
2.3
4.2
12.2
123.2
108.0
201.0
231.4
89.8
133.3
53.4
16.2
1014.0
2000
21.0
15.0
47.0
10.7
78.1
101.9
161.5
239.7
15.6
98.7
37.4
18.5
845.1
2001
2.4
20.7
6.3
107.0
217.3
203.4
138.3
112.3
25.9
133.7
48.7
0.0
1016.0
2002
18.0
0.8
24.1
7.1
161.4
185.6
152.0
152.8
87.7
39.6
31.2
18.4
878.7
2003
39.4
5.3
30.5
5.1
108.8
163.1
163.0
106.7
92.6
36.0
5.5
61.9
817.9
2004
28.0
15.5
2.2
83.4
86.6
161.8
244.8
258.0
98.7
56.3
32.8
0.2
1068.3
2005
33.9
0.2
51.3
25.7
25.6
193.9
173.7
160.5
41.0
68.6
3.0
57.6
835.0
2006
0.3
9.3
4.0
35.5
113.9
143.9
146.6
71.0
77.4
155.9
42.0
5.6
805.4
2007
29.9
24.5
0.0
49.5
95.5
106.9
201.4
185.1
119.5
34.8
40.3
0.1
887.5
2008
12.8
31.0
13.1
34.2
91.6
183.9
300.1
116.7
31.3
76.6
79.2
25.1
995.6
2009
8.4
2.3
35.8
19.7
87.2
181.7
109.4
50.7
24.9
30.7
15.5
9.7
576.0
2010
4.5
3.0
3.0
18.1
74.0
156.0
171.0
94.5
54.0
93.5
26.0
79.0
776.6
平均值
17.3
15.5
21.1
33.7
91.7
164.9
184.1
156.6
104.3
76.6
39.3
19.0
924.1
总量(%)
1.9
1.7
2.3
3.6
9.9
17.8
19.9
16.9
11.3
8.3
4.3
2.1
100.0
第二部分
项目现状及任务
一、基本情况…………………… 7
二、设备现状…………………… 8
三、项目依据…………………… 9
四、改造原则…………………… 9
五、任务目标…………………… 10
一、基本情况
全厂共一、二两级电站,呈梯级开发。
一级电站位于大可河与巴江交汇处,利用巴江径流,设计流量2×3.3m3/s,设计水头10m,装容量2×250Kw,设计年发电量220万Kwh,设计利用小时数4400h。
水轮机选用四川省水利水电学校机械厂ZD560-LMY-80型,发电机配重庆电机厂LSN-12-250型;励磁方式原为励磁机励磁,后改为硅整流励磁;调速器为手动调速器,于1980年5月建成投产。
二级电站则利用一级电站尾水和部分余水和大可河汇流,于一级电站下游800m处,设计水头26米,引用流量3×3.2m3/s,装机容量3×630Kw,设计年发电量850万Kwh,设计利用小时数4500H。
尚需一提的是,二级电站压力钢管采用钟形倒虹吸进水,不设工作闸门,省去调压井,运行简便、可靠安全。
二级电站水轮机为江西赣州水轮机厂HL240-WJ-71型,发电机为江西吉安电机厂TSW-12-630型。
机组配XT-600型自动调速器,励磁方式为双绕组自励恒压励磁。
二级电站于1981年4月建成投产,经多年运行,机组整体性能较好,没有出现重大设备故障,和重大设备更新,只于1996年配套了容量为750KVar电容无功自动补偿装置。
实际运行中,发电机效率很高,在水质好,水量充沛情况下,单机出力可达700Kw,而发电机温度不高于70Co。
通常情况下,按县气象站降水统计,年平均降1mm雨量,电厂约生产1万Kwh电量,这己成为考核电站效率的一项重要指标。
投产以来,全厂年均发电量950万Kwh,1996年成为年最大发电量1260万Kwh历史年份,设备利用小时数达到5300h,其中二级电站设备利用小时数高5800h。
很显然,全厂两级电站增效扩容改造还有潜力可挖。
叠水发电厂1995~2010年发电量、全县平均降雨量对比统计表。
(表2-1)。
表2-11995~2010叠水发电厂发电量、全县平均降雨量对比统计表
年度
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
发电量(Kwh)
1220
1043
1053
981
1057
1105
1032
1101
降雨量(mm)
10.7
868
1017
1031
1023
845
1016
878
年度
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
发电量(Kwh)
811
911
910
774
961
994
570
780
降雨量(mm)
817
1048
834
805
887
995
566
767
二、设备现状
电厂运行30余年,技术落后,设备老化,机组难免存在许多技术问题。
一方面产出下降,另一方面生产成本上升,生产经营愈加困难。
近几年虽采取一些措施如加高拦河坝,加深引水渠等,力图提高运行效率,但终不得其果。
因受当时技术限制,一级电站机组选型、布置均不合理。
主轴过长,发电机温升较高,导致机组整体性能差,效率低,实际出力不足设计出力(2×250Kw)的80%,尽管曾对水轮机进行整体更新,但问题仍未根本解决。
由于故障多,年发电量仅为120万Kwh,设备利用小时数只达2400h。
一级站供出系统,是由发电机出口0.4KV电压升至10KV,输送至二级电站降再至6.3KV进入6KV系统,中间一升一降两台变压器,毫无疑问地增加的输电损耗。
二级电站机组性能稍好,但终因水轮机技术性能落后,效率低。
导水机构因磨损漏水严重,操控异常。
励磁方式技术水平低,起励性能不好,电压稳定性差,部分部件己经淘汰,更换维修困难。
虽然二级电站为自动调速器,但机械调速器己经停产,故零配件缺乏,维修困难,导致调速器稳定性不好,整体性能大不如从前。
还有就是操作保护系统技术落后,动作不可靠,操控性能差。
由于这些原因,一是己难适应入网要求,也是实现少人或无人值守降低生产成本的重大技术障碍,二是效率低,造成资源极度浪费,三是制约深化管理,更重要的是造成经营效益严重受损,直接影响到职工队伍的稳定。
三、项目依据
《农村水电增效扩容改造财政补助资金管理暂行办法》;
《农村水电增效扩容改造项目初步设计指导意见》;
《农村水电增效扩容改造项目建设指导意见》;
《农村水电增效扩容改造项目机电设备选用指导意见》;
《对农村水电增效扩容数据理行校核的要求》;
《对增效扩容电站选型的要求》;
《对农村水电增效扩容实施省份的要求》;
《昆明市水务局、昆明市发展和改革委员会关于抓好农村水电增效扩容项目前期工作的通知》(昆水通[2011]106号)
四、改造原则
技术先进、安全适用、质量保证、经济合理、节能环保、全面发挥工程经济效益。
五、任务目标
针对设备现状,进行必要的增效扩容技改,从根本上提升设备整体技术水平,增加机组的稳定性和电能质量。
全厂两级电站装机由2390Kw增加到2710Kw[(3×630+320)+(2×250)=2710Kw],增13.4%,若以实际发电能力2340Kw计算,发电能力实增15.8%,全厂的综合利用小时数由3975H增加到4715H,发电量由950万Kwh增到1278万Kwh,增加率达34.5%。
第三部份
水能
一、降水…………………… 12
二、径流…………………… 13
三、校核…………………… 16
一、降水
由于受西南孟加拉湾暖湿气流影响,在地区间、年际间、季节间的时空分布不均衡。
据资料记载,1983年至2010年29个水文年中,年降雨量最多是1994年的1362.5mm,最大降雨月是1998年6月,降雨量为372.9mm。
最少年降雨量是2009年,降雨量为566.4mm。
巴江、大可河流域特征值见表3-1。
表3-1:
巴江、大可河河流特征值表
河流
河流长度Km
流域
面积
Km2
多年
平均
降雨量
mm
多年
平均
径流深
mm
多年平均径流量
m3/s
名
称
发源地
河口
地名
高程
地名
高程
巴江
石林县
山头上
2040
石林小叠水村
1640
48.2
705.6
916
268
8.8
宜良
绿丰村
1300
73.0
1007.7
14.5
大可河
弥勒县
基洛山
2152
石林小叠水村
1640
235.5
235.5
900
260
2.7
巴江、大可河流域截至电站所在地小叠水村,流域面积分别为705.6Km2和235.5Km2,按1965~2010年区间46个水文年,石林县气象站等10座雨量站实测记录统计,确定中等丰水年(P=10%)为1998~1999水文年,平水年(P=50%)为2000~2001水文年,中等枯水(P=90%)年为2002~2003水文年。
月成果见表2-2。
巴江流域多年平均降雨量为937.7mm,CV=0.17,CS=2.0CV,频率曲线见图1-1。
大可河流域因实测资料较少,降雨量以记载的900mm为准。
983~2010县气象站年降水量统计计算分配表(表3-2)。
表3-2:
1983~2010县气象站年降水量统计计算分配表
月份值
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
年平均值
丰P=10
258.1
261.3
273.8
187.9
124.2
85.3
43.9
35.9
38.4
44.7
65.2
162.3
1145.0
平P=50
157.4
170.8
157.7
97.5
67.8
33.4
9.5
12.3
11.8
12.9
25.8
89.4
929.0
枯P=90
84.7
104.7
79.8
42.7
31.3
9.1
0.7
2.5
2.1
2.0
7.3
42.3
739.0
巴江降水量水文年频率曲线图(图3-1)
图3-1:
巴江降水量水文年频率曲线图
二、径流
二级电站流域包括巴江、大可河流域,流域总面积941.1Km2。
由于径流实测资料来源仅有板桥水文站一处,且该站点径流面积不完全包括整个巴江流域。
因此,电站栏河坝水文采用比拟法移用水文站数据进行插补,移用公式为:
式中:
——计算区内多年平均年径流量(m3/s);
——板桥水文站多年平均年径流量(m3/s);
——计算区内径流面积(Km2);
——板桥水文站径流面积(Km2);
——计算区内多年平均年径流量(m3/s);
——板桥水文站多年平均年径流量(m3/s);
各计算区内水文比拟移用均用此式进行计算。
板桥水文站2000年至2010年径流实测径流分配见表2-3。
根据流域降水和径流实测数据分析,确定中等丰水年(P=10%)为2000~201水文年,平水年(P=50%)为2002~2003水文年,中等枯水(P=90%)年为2004~2005水文年。
板桥水文站年径流分配(表3-3)
表3-3:
板桥水文站年径流分配
月
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
平均值
丰P=10
13.10
26.40
22.00
13.50
8.07
4.17
2.40
1.87
1.23
0.86
0.64
4.77
8.04
平P=50
7.14
16.70
14.00
8.50
4.60
2.62
1.68
1.25
0.86
0.57
0.37
2.80
5.15
枯P=90
3.29
9.78
8.16
4.87
2.27
1.50
1.13
0.79
0.58
0.35
0.19
1.48
3.04
板桥水文站年径流分配皮尔逊-Ⅲ型曲线分布图(图3-2)
2.1.一级电站径流
巴江径流面积除板桥水文站径流面积598.5Km2外,2000年~2010年平均径流5.39m3/s,CV=0.37、CS=2.0CV。
在水文站下游还有鸡湾河、马料河汇入,以及马料河口至小叠水8Km长的巴江干流,还有127.8Km2未计入板桥水文站的径流,该面积的年平均降雨量为巴江流域降雨值937.7mm。
至此,叠水一级电站径流面积为726.3Km2(部分径流在县境外),一级电站径流量为:
仍典型年仍按2000~2005水文年确定划,中等丰水年(P=10%)为2000~201水文年,平水年(P=50%)为2002~2003水文年,中等枯水(P=90%)年为2004~2005水文年。
按CV=0.37、CS=2.0CV计算,代表年径流量的年分配采用年径流量控制的同比放大推求,缩放公式
。
一级电站径流分月成果(表3-4)。
表3-4:
一级电站径流分配表
月
6
7
8
9
10
11
12
1
2
3
4
5
平均值
丰P=10
15.90
32.00
26.70
16.40
9.80
5.06
2.91
2.27
1.49
1.04
0.78
5.79
9.76
平P=50
8.66
20.30
17.00
10.30
5.60
3.12
2.04
1.52
1.04
0.69
0.45
3.40
6.25
枯P=90
4.00
11.90
9.90
5.40
2.75
1.82
1.37
0.96
0.70
0.42
0.23
1.80
3.69
Cv=0.37Cs=2.0CvQp=6.64
2.2.二级电站径流
二级电站径流除一级电站径流外,还包括大可河径流,大可河径流面积235.
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