河北邯郸市农电公司李昶恒

海乐山水电站是河北省邯郸市装机容量最大和效益最好的一座引水式电站。1997年2×3.2MW发电机组投产发电，2000年按设计计划续建了800kW小机组，电站装机总容量为7.2MW，设计年发电量19.93GWh。电站投产以来，非凡是2000年大小机组联合运行后，产生了良好的经济效益，四年年发电量累计达113.61GWh，平均年发电量为28.4025GWh，是设计年发电量的1.43倍，平均年产值达838.9万元。在我国北方水电站普遍存在实际年发电量难以达到设计发电量的情况下，海乐山电站为什么能连年超额完成设计年发电量？这是因为合理优化设计方案为电站产生良好效益奠定了基础。

1认真比较，大胆采用新型转轮

转轮性能直接关系到水能转化为电能的效率。该站可研阶段水轮机选用了HL160转轮，在初步设计阶段，为把握应用新科技产品，走访了有关科研单位和生产厂商，得知新型转轮HLD46在该站应用非常合适，经试运行，该转轮将成为定型产品列入当时正在编写的国家新型转轮产品目录。为了慎重和全面把握该转轮的性能，一方面到试运行的两家电站进行了实地考察，落实了该转轮的实际运行效率状况；另一方面根据生产厂商提供的HLD46与HL160转轮模型综合特性曲线，按该站设计水头结合来水过程线，用不同流量Qi分别求出对应效率h列表绘图，经比较产生了如下效果。

HLD46比HL160运行范围广，HLD46在流量1.33～4.0m3/s之间运行，而HL160在2.33～4.0m3/s之间运行，经计算仅P=75水平年，利用拓宽到1.33～2.33m3/s流量段，HLD46比HL160多发电1.71Gwh，占两台大机组设计发电量的9.2。

整个运行范围内HLD46比HL160效率高，小流量时高达4.5，设计工况时高1.6。根据P=75水平年来水过程统计分析,单机运行流量在1.33～3.35m3/s占全年来水量约70，而这个流量段正是HLD46比HL160效率提高较大的区间，经计算,由于效率的提高，多发电437.8MWh。上述两方面累计HLD46比HL160年多发电量2.1478GWh，年多发电产值63.36万元。若用P=50水平年计算，年多发电量达6.40GWh，年增发电产值188.8万元，其经济效益十分明显。由此可见：随着水能开发难度的加大，单位千瓦投资将不断增加，为满足工程经济评价可行性的要求就迫切需要应用高效转轮。

2采用CAD，科学确定装机规模

该站设计时，采用刚推行的CAD技术手段，结合该站自编了实际程序，对3个频率年P=75、50、25的逐日来水与5种装机方案进行了组合运算，并对工程量投资做了分析比较。这么大的设计计算工作量由于CAD的采用，在不到一个月的时间内优选了两个方案：2×2.5MW和2×3.2MW。根据CAD计算成果进行了如下分析比较。

P=75为基础分析，两方案相差较明显的是设备利用小时数和单位千瓦投资，若以设备利用小时数优选，装机容量5MW合适，而以单位千瓦投资考核，装机容量6.4MW经济，如何确定装机容量须进一步比较。设备利用小时数相差明显的原因是因发电量的增加与装机容量的增加不成比例，是受天然来水量的制约；单位千瓦投资的差别是因发电机容量增加与价格增加不成比例，同容量发电机价格受额定转速即极数影响较大，10极较经济，增加或减少都会使造价提高，所选3.2MW发电机是8极，2.5MW发电机是6极，结果形成容量不同的两种发电机造价基本相同，主机及配套设备从5MW提高到6.4MW，投资仅增加20万元，占两方案总投资差值61万元的三分之一，其余41万元的增加是由水工设施造成的。

将装机容量5MW与6.4MW的差值1.4MW，与相应增加的61万元投资，并结合增加的发电量等经济指标与装机5MW进行了比较。我们把增加的1.4MW装机容量看成是投资61万元的独立电站，其单位千瓦投资、单位电能投资、投资回收年限各项指标比装机5MW都优越，其经济效益十分明显。因此最后选定了2×3.2MW。

⑶为充分利用3.2MW机组最小可发流量1.33m3/s以下来水及其水工设施，增加机组运行的高效区和灵活性，按流量衔接选择了一台800kW小机组，最后确定该站装机容量7.2MW。经过7年的运行证实，该站装机容量的选择是合理的。然而应该看到，充分论证是建立在CAD处理大量数据的基础之上,没有计算机辅助设计难以实现多方案充分论证，也就难以保证电站装机合理和最佳效益。

3合理技改,降低工程造价

经推算该站最低尾水位高程为179.24m，按水轮机制造厂提供技术数据，该站水轮机安装高程为181.24m，发电机层地面高程186.24m，与选定的厂房位置自然地面高程190.5m相比，发电机层地面在自然地面以下4.26m。考虑到工程开挖量大和场地布置困难，35kV升压站也只好布置在中控室上层二楼室内。主厂房位置低，运行环境差，开挖量大且需要一道又高又长的防洪墙。为了解决上述几方面不利因素，与水轮机制造厂讨论协商进行了技术改造。其措施是：将水轮机尾水管由弯肘型改为直锥型，在不影响机组正常运行的前提下直锥段加长1m，水轮机安装高程变为182.24m。将发电机大轴加长0.8m，使发电机层地面共抬高1.8m，高程变为188.04m，与自然地面高差变为2.46m。通过技改获得成果：有条件将35kV户内式升压站改为户外式，经比较直接节约投资51万元。使工程开挖量减少了4167.6m3，节约投资约7万元。使防洪墙由高变低，浆砌石防洪墙减少967.5m3，节约投资17万元。以上三项共节约投资75万元，并且改善了机组运行环境，缩短了施工工期。由于这项技改简单易行，厂方没有因此提高机组价格，而水电站却获得了明显效果。这说明设计单位在签订水轮发电机组技术协议时，结合工程实际和存在问题，与制造厂充分协商合理技改是解决问题的一条有效途径。

综上所述，科技给工程带来了经济效益，设计单位是科技转化为现实生产力的重要一环。设计单位作为科技型经济实体，无论从适应市场经济、增强竞争能力，还是从为业主负责拿出优秀设计成果，都必须不断地采用新科技成果，注重设计优化。一项工程设计没特色、无创新、少比较、不优化，不是一项优秀设计；但新科技的应用也必须与工程具体情况和特点相结合、相匹配，使工程安全可靠、技术先进、发挥效益。工程建设如同兴兵打仗，工程设计好比战争的帷幄运筹，而采用新科技成果好比制胜奇谋，这不仅反映一项设计的水平，而且直接影响工程投运后的效益。因此，注重设计优化应得到高度重视。