电站结构与设备改造

二　电站结构与设备改造

电站由水库、挡水建筑物、泄洪排沙建筑物及其设备和引水发电建筑物及其设备4部分组成。电厂严格按照相关规程和社会发展需求，一贯坚持对电站的水工、机械、电气、通讯等设施和设备装置进行检修、维护和观测。特别是在近十几年来的大规模设备改造中，紧密围绕机组增容，从水库到大坝、从主设备到附属设备，有规划、分步骤地全面开展设备更新和技术升级，不仅解决了电站建设时期和发电初期因受当时生产力水平限制而遗留的一系列问题，而且解决了与当今电力科学技术发展对接的更新换代问题。

水库　东临东乡族自治县（简称东乡县），南接临夏县和积石山保安族东乡族撒拉族自治县（简称积石山县），北毗永靖县。水库上游末端是著名的炳灵寺石窟，库内有大夏河和洮河汇入，水库面积为140平方公里，库容为57亿立方米，系不完全年调节水库。

水库在坝址处的多年平均流量为885立方米／秒，多年平均径流量为273亿立方米，实测最大流量为5640立方米／秒。水库年均输沙量为0．89亿吨，占黄河年均输沙量的5%。至1994年，洮河口沙峰推移至坝前。水库排沙主要采用异重流排沙和低水位拉沙两种方式，但机组发电过水或向下游输水时也会携带排出一定量的泥沙。1997～2009年异重流排沙1亿吨；截止2009年底，历年异重流排沙累计达3．5亿吨。排沙减缓了水库泥沙淤积，成效显著。

电站蓄水发电已逾40年。前20年（1969～1989）水库年均淤沙量为0．56亿立方米，年均淤积速度为1．08%。总库容、死库容的实际淤积速度比设计快，而有效库容的淤积速度则比设计慢；后20年（1989～2009）年均淤沙量0．226亿立方米，年均淤积速度为0．397%，比前20年的平均淤积量和淤积速度明显减缓。由于泥沙沉积，2008年，根据修改值求得水库实际库容为40．52亿立方米。

1997～2009年，由于来水枯或偏枯，水库水位从未蓄至正常高水位▽1735米。从水库运行特性可以看出，自1997年以后的13年间，一是只有1999年、2005～2009年的6年年发电量均超过50亿千瓦·时，二是随着机组增容改造的不断推进，机组年平均耗水率在不断降低，2006年机组年均耗水率4．02立方米／千瓦·时，为历史最低水平。

挡水建筑物　由主、副坝直线连接组成。主坝为混凝土重力坝，左岸副坝为混凝土副坝，右岸副坝为黄土副坝。坝顶▽1739米，坝顶宽16米，最大坝底宽117．5米，最大坝高147米，坝顶全长840米。挡水建筑物属Ⅰ级工程。发电主厂房为坝后地下混合式厂房，建在坝内▽1631米高程上。

1997～2009年，电厂对水工金属结构进行了大规模改造，设备整体水平有了很大的提升。每年对大坝进行2次评级，2009年评级时，挡水建筑物均为Ⅰ级，完好率为100%。建厂以来，分别于1993年6月、1999年12月、2007年12月，共进行了3次大坝定期检查，结论均为正常坝。

泄洪排沙建筑物及其设备　由泄水道、泄洪洞、溢洪道、排沙洞及其设备和正在施工建设的洮河口排沙洞及其设备组成。前4者为电站原设计工程，其进水口分别布置在坝前左、右两岸；后者为2006年5月30日开工的改造工程，位于大坝上游大约5公里处洮河口正对面的山体内。

坝前泄洪排沙建筑物的作用是泄洪、排沙、供水及放空水库。当库水位在▽1735米时，坝前四大泄水建筑物可渲泄千年一遇洪水7500立方米／秒，当库水位达到▽1738米时，可渲泄万年一遇洪水9220立方米／秒。

洮河口排沙洞的作用是“一洞两用”，不仅排沙泄洪，还可以装机发电。根据西勘院可行性研究并经数学模型计算和动床等物理模型试验证明洮河口排沙洞可以减少40%～78%洮河泥沙推移至坝前（实际排沙作用和效果，有待工程竣工投运后的实际验证）。2002年8月14日，国家计委批复同意在洮河口排沙洞安装2台15万千瓦的机组。综合多种因素，推算年发电量约3．81亿千瓦·时，可以替代火电燃煤机组年发电量4．0亿千瓦·时，有利于向大气减少排碳，有利于自然环境的保护。

引水发电建筑物及其设备　包括拦污系统、机组进水口闸门系统、引水钢管系统、蜗壳系统、尾水系统、主厂房及水轮发电机组及其变压器、开关站以及保护控制系统等。2009年下半年水工主设备评级时，引水发电建筑物被评为Ⅰ级，完好率为100%。

电站最初共装有5台大型混流式水轮发电机组，设计总容量为122．5万千瓦，其中1号机22．5万千瓦，2号机22．5万千瓦，3号机25万千瓦，4号机22．5万千瓦，5号机30万千瓦。设计年发电量为57亿千瓦·时。1980年竣工验收时，核定总容量为116万千瓦。为了提升电站的发电能力，1986年6月水电部规划小组在北京召开会议，商讨电厂发电机组扩修及增容事宜，其后经过科研单位和电厂的一系列可研论证，自1988年起，至2002年2月，对全厂5台机组实施增容改造。历时17载艰苦奋斗，成功增容19万千瓦，使电厂总容量由原来的116万千瓦提升到135万千瓦，其中1号机26万千瓦，2号机25．5千瓦，3号机26万千瓦，4号机25．5千瓦，5号机32万千瓦。（1997年前的增容改造情况详见《刘家峡水电厂志》甘肃人民出版社1999年3月出版，简称前志）。

机组增容改造是一个庞大而持续的系统工程，在发电机组、变压器主设备升级改造的同时，对送出系统、继电保护、自动装置、计算机监控等附属设备也进行了相应的配套改造。

自2006年开始，对地下开关站进行搬迁改造，至2007年8月，甘肃省第一个330千伏气体绝缘金属封闭组合电器（简称GIS）开关站在电厂▽1720平台（露天）建成投产，电厂出力受限的问题始得缓解，电厂和电网的安全稳定运行水平又上了一个新的台阶。至2009年底，保护装置全部实现了微机化，发变组和线路保护均实现了双重化配置，从根本上提高了继电保护装置的运行可靠性和安全性，设备维护量大大减少。自动装置优选先进设备和技术，完成了同期装置、励磁装置、调速器、稳控切机装置、直流系统等的改造，极大改善和提高了设备的自动化水平和安全可靠性，增强和完善了设备更新改造后的整体功能和效率，也提高了人员工作效率，减轻了劳动强度。自1993年3月完成第一台机组监控系统，到2001年后方控制室建立，标志着计算机监控系统的初步完成。2001年，对计算机监控系统整体改造做出了规划，在其后的5年中，电厂利用自身技术力量，独立完成计算机监控系统二次回路改造，开发了一次调频和自动发电控制（简称AGC）软件。自2005年起，根据水电厂“无人值班，少人值守”的要求，与外部单位合作，对计算机监控系统全面改造升级，至2009年3月，电厂所有主设备的监控系统改造升级告成。

17年艰苦的设备更新改造，其结果是增容19万千瓦，相当于一座中型水电站的容量。新建一座中型水电站，按当时的投资水平大约需要20亿元的人民币，电厂在利用电站原有的水库、大坝等基础设施的前提下增容19万千瓦，只投资4．29734亿元，其投入产出的经济性、技术水平的先进性和设备运行的安全可靠性是显而易见的。其改造工作也得到了时任国务院副总理的朱镕基同志的肯定和鼓励。

近二十年的增容改造工作中，电厂从规划到分步实施，求实进取，敢于创新，有效引进国际先进技术、先进工艺、先进设备和管理方法，提高了设备的总体健康水平和自动化程度，增强了参与电力市场竞争的能力，扩大了甘肃电力的国际影响，积累了丰富的国际技术交流合作的经验，而且为甘肃电力事业的发展培养造就了一支技术过硬、作风顽强、敢打硬仗、善打硬仗的职工队伍。