小型水电站的特点与设计要点

 【摘要】：本文概述了小型水电站的特点；提出了无资料地区小型水电站设计中水能计算方法；水头确定；装机容量选择与单机容量选择以及变压器的选择。 

【关键词】：小型水电站；水能计算；水头；装机容量 

　　中图分类号：TV742文献标识码：A文章编号： 

　　1引言 

　　 本人在工作实践中，多次参与小型水电站勘测、设计、施工、验收工作。其中有过成功的喜悦，也有过失败的教训。下面把我从事小型水电站设计的几点体会交流给大家，供同行们参考。 

　　2小型水电站的特点 

　　2.1地理位置偏僻 

　　 小型水电站多数分布在相对偏僻的山沟里，交通不便、通讯不便，远离城镇，外购材料采购不便，给施工带来诸多不便。 

　　2.2缺少水文资料 

　　 小型水电站多数分布在流域面积只有几十平方公里到几百平方公里的小型河流上，没有水文站和实测水文资料，径流计算，洪水计算和水能计算需要按无资料法和面积比法计算。 

　　2.3工程规模小投资少 

　　 受流量、水头和地形条件的限制，小型水电站装机容量一般在200～3000kw范围；坝高在6～15m之间；设计水头在5～20m范围；总库容在20～500万m3之间，没有调节库容；库区回水长度在500～2000m之间；工程投资一般在200～2000万元之间。 

　　2.4工程占地少、淹没范小、移民动迁工作简单 

　　 多数小型水电站库区回水范围都在原来行洪断面之内，不淹没耕地、林地，没有移民动迁工作。即使有淹没，多数是淹没少量的河边薄耕地与疏林地，工程占地也很少。淹没处理与工程征地工作相对容易。 

　　2.5对自然环境影响不大 

　　 小型水电站规模小，淹没范围小，占地少，对自然环境影响不大，没有污染排放，在环境评价方面及水保方面容易过关。 

　　2.6建设期短经济效益显著 

　　 小型水电站多数利用自然优势，工程规模小，工程量小，建设期短。如果施工组织科学合理，多数小型水电站可以在一年内建成投产。工程投资在200～2000万元之间，单位千瓦投资在6000～8000元之间，一般在10～12年可以收回成本，经济效益比较显著。与其他行业相比，不用采购原料，不用外出推销产品，管理方便，运行陈本低，收入稳定，是一项好产业。 

　　3小型水电站的设计程序应当简化 

　　 大中型水利工程设计程序包括：规划报告―项目建议书―可行性研究报告―初步设计―施工图设计―招投标设计。而对于小型水电站，工程规模小，影响范围小，结构简单，从项目建议书到初步设计，在设计深度上没有什么显著变化，应当采取两步到位，第一步初步设计，第二步施工图设计。设计报告的编写也应当适当简化，没有必要面面俱到，没有内容的章节可以省略。 

　　4小型水电站的设计要点 

　　4.1水能计算 

　　 小型水电站多数没有水文资料，给水能计算带来不便。对于下游有水文站的河流，并且有长系列实测流量资料，可以用面积比法推求到电站坝址处，再利用推算的水文成果进行本电站水能计算。对于没有水文资料，又没有可比条件的小型水电站水能计算，可以采用查水文手册的办法，从水文手册上查出本电站坝址以上流域多年平均径流深，按以下公式计算全年来水量。 

　　 W年=0.1F 

　　 公式中： 

　　 W年―全年来水量，万m3； 

　　 F―流域面积 ，km2； 

　　 ―多年平均径流深，mm。 

　　 月来水量Q月=W年×月分配系数（查水文手册） 

　　 月平均流量=Q月÷全月时间秒数 

　　 全年发电量E年=E月 

　　 E月=NT =AHT月 

　　 式中： 

　　 E年―全年发电量，万kw.h，等于12个月发电量之和； 

　　 E月―每个月发电量，万kw.h； 

　　 N―水能出力，kw； 

　　 T月―一个月小时数，一个月按30.4天，T月=30.4×24=729.6小时； 

　　 A―发电机组综合效率系数，一般取7.5～8； 

　　 H―平均水头，m； 

　　 经过实践检验，小型河流洪水历时短，洪峰流量陡涨陡落，加上库容小，没有调节能力，按月平均流量计算的年发电量E年偏大，应乘以一个折减系数K，根据实践经验，流域面积越小，库容越小，折减率越大，一般取K=0.75～0.85，即E年设=E年×K。 

　　4.2小型水电站设计水头的确定 

　　 小型水电站坝高较小，库区水深小，正常运用时，库区允许消落深度h值也小，因此，水头H值变化不大。H值按以下公式确定： 

　　 H=正常水位--满负荷发电尾水位-总水头损失 

　　 一般情况下，取h=（正常水位-满负荷发电尾水位）×10% 

　　4.3装机容量与单机容量选择及配套变压器选择 

　　 小型水电站装机容量应按水能计算成果确定，一般在几百千瓦到几千千瓦，从目前发展趋势来看，趋向大装机、提高水资源利用率方向发展。 

　　 按年利用小时数衡量，年利用小时数应在2000～3000小时比较合理。按水资源利用率衡量，水资源利用率在50%～60%比较合理。按引用流量衡量，引用流量是多年平均流量的2倍左右比较合理。 

　　 每座小型电站机组台数不易过多，一般2～4台比较合理。如果3～4台，选择单机容量相同为好；如果选择2台，应一大一小，并且大机组容量是小机组容量2倍左右比较合理。 

　　 电站升压变压器应与发电机容量相匹配。一般配套2台为好。如果安装2台发电机组，采取单机单变升压方式；如果安装3台相同机组，采取一台单机单变，另外两台采取两机一变升压方式；如果安装4台相同机组，采取两机一变的升压方式比较合理。 

　　4.4电站设计尽量不占耕地林地，避免移民动迁 

　　 当前我国已经有森林法、土地法、物权法，对于耕地、林地控制很严，赔偿标准很高；涉及移民动迁工作就更难办了。因此，尽量控制5年一遇洪水不淹没耕地、林地，20年一遇洪水不淹住户，尽量避免出现移民动迁工作。占地赔偿与移民安置费用应控制在总投资20%以内。 

　　 5、结束语： 

　　 以上6方面体会是本人在工作中遇到的问题和解决问题的办法，谨供同行们参考。 　　 

　　参考文献 

　　〔1〕《水力学》（第二版） 肖明葵主编 重庆大学出版社 2005年8月 

　　〔2〕《工程水文学教材》（第三版）河海大学詹道江 武汉大学叶守泽合编中国水利水电出版社 2000年10月 

　　〔3〕《水电站建筑物》（第二版）武汉大学马善定 浙江大学汪如泽合编中国水利水电出版社 1995年8月