河北省農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造實(shí)踐

李志遠(yuǎn)

（邯鄲市水利水電勘測設(shè)計研究院，河北 邯鄲 056001）

1 概述

河北省境內(nèi)農(nóng)村水能資源總的技術(shù)可開發(fā)量為1205.98MW，主要分布在太行山、燕山山區(qū)的50個縣中，水能資源相對集中。截止2008年底，全省共建成小水電站229座，總裝機(jī)容量365458kW，全年發(fā)電量達(dá)到38428萬kW.h，占全省水能資源技術(shù)可開發(fā)量的30.3%。1995年以前建成投產(chǎn)的水電裝機(jī)容量為149384kW，占全省總裝機(jī)容量的40.9%，這些電站經(jīng)過幾十年的運(yùn)行，普遍存在設(shè)備設(shè)施老化，技術(shù)落后和超期服役的問題，部分電站甚至面臨報廢停產(chǎn)的可能，急需進(jìn)行技術(shù)改造。

為了指導(dǎo)增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目的建設(shè)和管理工作，水利部農(nóng)村水電及電氣化發(fā)展局和水利部農(nóng)村電氣化研究所《農(nóng)村水電增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目建設(shè)與管理》。筆者有幸參加了河北省農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容設(shè)計工作，就實(shí)際設(shè)計工作中采取的主要措施簡要論述。

2 農(nóng)村水電站存在的問題

2.1 機(jī)組主要性能參數(shù)與電站運(yùn)行參數(shù)不匹配

由于水電站建站時的客觀條件，存在“有站找機(jī)”或“有機(jī)找站”現(xiàn)象；早期水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪型譜提供各水頭段所選用的轉(zhuǎn)輪型號較少，很多小型水電站只能“套用”相近轉(zhuǎn)輪型號；技術(shù)力量薄弱，農(nóng)村水電站的額定水頭、額定轉(zhuǎn)速或水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑選擇不當(dāng)；水庫調(diào)度原則和灌渠運(yùn)用制度發(fā)生較大改變等多種原因，致使機(jī)組主要性能參數(shù)與電站運(yùn)行參數(shù)不匹配。

2.2 設(shè)備老化，發(fā)電效率降低

建成于九十年代前的電站，經(jīng)過多年運(yùn)行后，水輪機(jī)磨蝕嚴(yán)重、容積效率降低；發(fā)電機(jī)、變壓器等一次設(shè)備絕緣老化，輔助設(shè)備、二次設(shè)備等技術(shù)落后，可靠性下降；閘門、蝶閥等金屬結(jié)構(gòu)銹蝕漏水、操作不靈活等問題普遍存在，致使電站水能利用率下降，不能確保安全運(yùn)行。

2.3 水工建筑物失修，安全隱患增多

早期建成的水電站，水工建筑物大多超期服役，尤其是引水式水電站，攔河壩、渠道、前池、尾水等水工建筑物滲漏、坍塌、淤積嚴(yán)重，糙率過高等問題，導(dǎo)致電站凈水頭下降，水能利用率降低，特別是在汛期大流量運(yùn)行條件下，存在著嚴(yán)重的安全隱患。

2.4 技術(shù)管理落后，自動化水平低

電站運(yùn)行技術(shù)管理落后，監(jiān)控、操作、記錄等自動化管理程度低，運(yùn)行調(diào)度動作不可靠，無論是響應(yīng)速度還是調(diào)節(jié)性能都無法滿足電網(wǎng)調(diào)度和安全生產(chǎn)的要求。缺乏以計算機(jī)監(jiān)控保護(hù)技術(shù)為主的控制保護(hù)設(shè)備。所用控制元器件均為淘汰的舊式控制元器件，備品備件很難從市場或廠家購到，維護(hù)維修困難。電站技術(shù)人員信息相對封閉，觀念較為陳舊，缺乏必要培訓(xùn)，許多先進(jìn)的技術(shù)管理經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新技術(shù)、新設(shè)備、新材料得不到推廣應(yīng)用。

3 農(nóng)村水電站效擴(kuò)容改造目標(biāo)和原則

農(nóng)村水電站增的目標(biāo)是提高能效、增加發(fā)電量和提高電站安全。增效擴(kuò)容改造需進(jìn)行全面分析論證，針對電站存在問題制定增效擴(kuò)容改造方案，并從經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)境等方面進(jìn)行綜合論證，保證改造獲得最大的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益；因地制宜，充分利用水電站原有設(shè)備和設(shè)施；積極采用成熟的新技術(shù)、新工藝、新材料，嚴(yán)禁使用明令淘汰或禁止使用的高耗能、污染環(huán)境的產(chǎn)品；改造后電站的能效有明顯提高。

農(nóng)村水電站的增效擴(kuò)容改造，必須貫徹先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性、合理性、和特殊性。針對各個農(nóng)村水電站的實(shí)際情況，進(jìn)行不同的增效擴(kuò)容優(yōu)化設(shè)計。

4 農(nóng)村水電站增效擴(kuò)容改造措施

多數(shù)小型水電站的技術(shù)改造以水輪發(fā)電機(jī)組的改造為主。在增效擴(kuò)容改造設(shè)計中，一般采取以下幾種方式：

4.1 對于實(shí)際流量、水頭與原設(shè)計變化不大，而水輪機(jī)性能落后、設(shè)備陳舊的水電站，可采用更新設(shè)備的方式，提高水輪機(jī)的運(yùn)行效率，增加年發(fā)電量。例如：河北省臨城縣臨城水庫水電站是臨城水庫壩后式電站。電站現(xiàn)裝機(jī) 1×250+2×125kW，最大凈水頭14.30m，最小凈水頭8.21m，設(shè)計凈水頭10.75m，最大引用流量4.56m3/s，最小引用流量1.09m3/s，電站1995-2006年平均年發(fā)電量為61.964萬kW·h，自2007年以來由于機(jī)組設(shè)備損壞嚴(yán)重已不能開機(jī)發(fā)電，根據(jù)現(xiàn)有運(yùn)行資料計算，改造后多年平均年發(fā)電量可達(dá)到85.11萬kW·h。

4.2 對于流量、水頭比原設(shè)計增大了的農(nóng)村水電站，應(yīng)采取增容的改造方式。應(yīng)根據(jù)電站實(shí)際運(yùn)行流量和水頭增大的實(shí)際情況，選用合適的水輪機(jī)組，額定轉(zhuǎn)速應(yīng)結(jié)合水輪發(fā)電機(jī)的增容方式確定，應(yīng)使水輪機(jī)組在高效區(qū)運(yùn)行。例如：東石嶺水電站位于河北省沙河市東石嶺村西南澧河支流渡口川上，總裝機(jī)容量2×320kW，裝設(shè)兩臺HL260-WJ-60型水輪機(jī)，配套TSWN99/37-10型水輪發(fā)電機(jī)，電站原設(shè)計水頭20m，最大水頭29m，最小水頭7m，實(shí)際平均年發(fā)電量為36.06萬kW·h；由于水庫建設(shè)時提高了標(biāo)準(zhǔn)，致使電站最高水頭低于實(shí)際最高水頭約11.1m（1#機(jī)）和15.1m（2#機(jī)），增容改造后總裝機(jī)容量為2×400Kw，裝設(shè)兩臺HLA616-WJ-60型水輪機(jī)，配SFW400-10/990型水輪發(fā)電機(jī)，改造后多年平均發(fā)電量可達(dá)到135.95萬kW·h。

4.3 對于流量、水頭比原設(shè)計減少了的水電站，可采取減容的改造方式。即根據(jù)水電站的實(shí)際運(yùn)行流量和水頭，減小水輪機(jī)組的額定輸出功率，降低其額定水頭，將水輪機(jī)組調(diào)整到其運(yùn)轉(zhuǎn)高效區(qū)內(nèi)運(yùn)行，以增加年發(fā)電量，提高運(yùn)行效率。

增效擴(kuò)容改造的實(shí)施過程中，對水輪機(jī)組進(jìn)行改造的同時，應(yīng)對電站主要電氣設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的改造，如發(fā)電電壓設(shè)備、廠用電設(shè)備、升壓變電設(shè)備、電纜等電氣一次設(shè)備及勵磁裝置；為提高電站的自動化控制水平，增加相應(yīng)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

結(jié)語

農(nóng)村水電站的增效擴(kuò)容技術(shù)改造，不僅僅是在原有的基礎(chǔ)上以新?lián)Q舊，而是一個優(yōu)化再創(chuàng)造的工作。我們應(yīng)明確目標(biāo)，認(rèn)真規(guī)劃，結(jié)合我省目前農(nóng)村小水電站的實(shí)際情況，充分利用已成熟的科研成果，因地制宜地進(jìn)行機(jī)組增效擴(kuò)容技術(shù)改造，確保農(nóng)村水電站的高效率、高質(zhì)量和安全可靠的運(yùn)行，以促進(jìn)我省農(nóng)村水電站事業(yè)的健康繁榮發(fā)展。

[1]陸大為，林環(huán)興.小型水電站增容改造的體會.中國農(nóng)村水利水電，2007（03）.

[2]王俊清.南河門水電站技改增容.中國農(nóng)村水利水電，2012（08）.

[3]唐紅.小型水電站技術(shù)改造中應(yīng)注意的幾個問題 [J].甘肅水利水電技術(shù)，2006（01）.

[4]黃建平.小水電站技術(shù)改造問題的探討[J].海峽科學(xué)，2008（03）.