農(nóng)村水電增效擴容改造技術(shù)應(yīng)用方法

楊圭武

(福建省壽寧縣水利局，福建壽寧355500)

1 水電站運行現(xiàn)狀分析

回顧農(nóng)村地區(qū)水電工程建設(shè)歷程，水電站已經(jīng)成為基礎(chǔ)設(shè)施的主要支撐，用于保障農(nóng)村水利水電調(diào)度工作。水電站是農(nóng)村水利資源調(diào)度的總控制平臺，一方面優(yōu)化了水電資源的分配體系，降低了農(nóng)村發(fā)展對水利資源的耗損率;另一方面，水電站建設(shè)起到了良好的生態(tài)保護作用，對節(jié)能降耗、節(jié)能減排等工作提供了便捷性。例如，自2010年以來，各省平均每年投入300億以上的建設(shè)資金，擴大了農(nóng)村水電站配電設(shè)施規(guī)模，既保證了水電資源的利用效率，也為農(nóng)村構(gòu)建了生態(tài)化發(fā)展環(huán)境。從經(jīng)濟收益上分析，農(nóng)村水電站每年發(fā)電產(chǎn)值收益超過1 800億，帶動了地方經(jīng)濟收益增長。

2 水電站存在問題及增容意義

不可否認，農(nóng)村水電站建設(shè)對地區(qū)發(fā)展起到了多方面推動作用，但受到主客觀條件的綜合影響，農(nóng)村水電站運行還面臨著一系列的問題。主要表現(xiàn)為設(shè)備老化、自動化程度低、運行效率低等。水電站設(shè)備使用年限較長，影響了設(shè)備綜合性能的發(fā)揮;機電自動化水平低，給值班人員操作帶來了較大的困難;站內(nèi)設(shè)備整體運行效率偏低，機組工作狀態(tài)達不到最佳效果。針對這些問題，未來農(nóng)村水電站走增效擴容改造之路，已經(jīng)是社會現(xiàn)代化發(fā)展的必然決策。

當(dāng)前，我國國民經(jīng)濟收益額度持續(xù)增加，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟規(guī)模朝著擴大化方向轉(zhuǎn)變，這使得社會電能實際應(yīng)用量不斷增多。由于供需關(guān)系持續(xù)變化，農(nóng)村市場電能需求用戶也迅速增多，這在某種程度上對水電機組運行提出了更高標(biāo)準(zhǔn)。水電增容改造將有利于鞏固該區(qū)農(nóng)村水電發(fā)展成果，提升農(nóng)村老舊電站的發(fā)電、防洪和灌溉等功能，保障電站安全運行;同時，還有利于提高農(nóng)村防洪抗旱和農(nóng)業(yè)灌溉能力，改善農(nóng)村生產(chǎn)條件，增加農(nóng)民收入，促進脫貧致富，改善生態(tài)環(huán)境，促進農(nóng)村生產(chǎn)生活方式轉(zhuǎn)變。

3 農(nóng)村水電增效擴容改造技術(shù)應(yīng)用方法

農(nóng)村是新經(jīng)濟體制建設(shè)中心，注重農(nóng)村配套設(shè)施規(guī)劃與改造，對地區(qū)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)升級具有宏觀性的指導(dǎo)作用。為了改變早期水電站機組運行模式，對發(fā)電機組執(zhí)行增效擴容改造是不可缺少的，這是水利水電現(xiàn)代化建設(shè)的必然要求。

3.1 提高機組效率

3.1.1 優(yōu)化技術(shù)

借助先進科技改造轉(zhuǎn)輪運行效率，計算流體力學(xué)技術(shù)使轉(zhuǎn)輪設(shè)計達到量體裁衣的水平，消除了選型套用與實際水力參數(shù)的誤差。葉片模壓成型技術(shù)及數(shù)字控制加工技術(shù)的應(yīng)用，使加工出廠的轉(zhuǎn)輪與理論設(shè)計偏差縮小，轉(zhuǎn)輪效率可達94.5%，如壽寧縣車嶺二級站更換型號1089B-LJ-110新轉(zhuǎn)輪最優(yōu)工況效率為91.05%，整機效率比原來提高了7%多。此外，也可采用信息技術(shù)輔助轉(zhuǎn)輪調(diào)節(jié)運行，避免人工操控失誤造成的影響。

3.1.2 減小水量

轉(zhuǎn)輪密封裝置損壞，檢修時難以修復(fù)，因此在更換轉(zhuǎn)輪時同時對密封裝置進行改造，減小轉(zhuǎn)輪漏水量，提高效率。嚴格控制水輪機組水量大小，可顯著降低水輪機運行荷載，提升了機組日常工作的綜合效率?？稍O(shè)定水量監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)擴大機組的工作效率，這是降低水輪機耗損系數(shù)的有效方式［1］。

3.1.3 控制水位

清理尾水河道，使尾水水位控制在設(shè)計水位的范圍，可以使機組出力增加。特別對于低水頭電站，尾水水位的變化對機組出力影響大，清理尾水河道可獲得良好的經(jīng)濟效益。農(nóng)村水電站水位變化形式多樣，值班人員要時刻關(guān)注水庫、河道的水位動態(tài)，防治高低水位轉(zhuǎn)變對機組產(chǎn)生的破壞性。

3.2 發(fā)電機定子鐵芯改造

定子鐵芯是發(fā)電機最為核心的構(gòu)成，對定子鐵芯改造能夠減小鐵芯損失，全面提升機組日常運行的作業(yè)效率。當(dāng)前，鐵芯損失是發(fā)電機電磁損失的主要部分，定子鐵芯狀態(tài)決定著整個機組的運行速率。投產(chǎn)較早的機組硅鋼片磁滯損失較大，加之多年運行后鐵芯松動，絕緣老化，渦流損失增加。發(fā)電機定子鐵芯改造可采用新配件材料，選用性能較好的硅鋼片對鐵芯進行改造可使發(fā)電機效率進一步提高，延長水力發(fā)電機組使用周期，減小了機組故障的發(fā)生率。

3.3 勵磁改微機可控硅勵磁

取消直流勵磁機采用可控硅勵磁，這樣可以維持水輪機組結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免勵磁過程中出現(xiàn)水輪機受阻問題和增加了水電機組系統(tǒng)的故障率。投產(chǎn)較早的中小型水輪發(fā)電機組多采用直流勵磁機勵磁，這種勵磁方式故障多，維護費用高，機組附加損耗增加。采用微機可硅勵磁方式是增容改造的有效方法，見圖1。在電源、總線、CPU主板、控制信號等模塊調(diào)控下，可控硅勵磁整體運轉(zhuǎn)效率相對穩(wěn)定。不僅能提高勵磁系統(tǒng)可靠性，降低維護費用，還能提高機組效率，為設(shè)備檢修人員創(chuàng)造了優(yōu)越的工作環(huán)境。

圖1 可控硅勵磁

3.4 采用節(jié)能型變壓器

水電站增容改造所用變壓器，主要是性能參數(shù)空載、負載損耗均比GB/T6451平均下降10%以上的三相油浸式電力變壓器;產(chǎn)品性能參數(shù)空載、負載損耗比Gwr10228平均降低10%以上的干式變壓器。

主要包括2個方面:

1)卷鐵心配電變壓器。這種變壓器優(yōu)點:降低變壓器空載損耗約10% ～25%，依變壓器容量而變;降低空載電流，一般為疊片鐵心的50%;變壓器噪音水平顯著降低，減少對城鎮(zhèn)噪音污染。

2)單相配電變壓器。此類變壓器多為柱上式，便于安裝并靠近負荷中心，通常為少維護的密封式。與同容量三相變壓器相比，空載損耗和負載損耗都小，有效材料用量也少，價格低20% ～30%。

3.5 微機自動化系統(tǒng)

農(nóng)村早期開發(fā)的電站均采用常規(guī)繼電器保護和手動控制模式，自動化水平低、設(shè)備陳舊淘汰，故障率高，安全隱患大，運行維護人員工作量大。采用新型微機自動化裝置后，保護精度提高、控制可靠，運行人員減少，可以減少運行維護人員約50%，大大降低人員費用成本，提高電站經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

水利水電是新農(nóng)村建設(shè)的主要工程之一，搞好水電站改擴建項目是農(nóng)村資源優(yōu)化配置的關(guān)鍵。水利部門要根據(jù)農(nóng)村生產(chǎn)活動的具體要求，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整水電站發(fā)電機組容量大小，借助增容改建方案優(yōu)化機組運行動態(tài)。通過提高轉(zhuǎn)輪效率、發(fā)電機定子鐵芯改造、勵磁改微機可控硅勵磁、節(jié)能低耗變壓器、自動化控制等方面措施，提升了水電站機組容量的大小和效率，減少運行人員以降低運行成本而增加效益，推動著農(nóng)村水利現(xiàn)代化建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

［1］黃祖敏.淺談小水電站增容改造中需注意的幾個問題［J］. 中國農(nóng)村水電及電氣化，2005(09):68-69，72.