淺談中小型水電站水輪機(jī)技術(shù)改造

熊光明　李小江

摘要：通過對中小型水電站水輪機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，能夠有效地提高水輪機(jī)的運行安全性與可靠性，提高水頭水能資源的利用效率，進(jìn)而提高中小型水電站的綜合效益。文章對中小型水電站水輪機(jī)技術(shù)改造進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：中小型水電站；水輪機(jī)；技術(shù)改造；水能資源利用；機(jī)電設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TK730 文章編號：1009-2374（2015）15-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.017

1 概述

水能是一種清潔、可再生能源，水能資源的開發(fā)對于振興地方經(jīng)濟(jì)、提高人們生活質(zhì)量水平具有非常重要的作用。中小型水電站是我國水電建設(shè)的重要組成部分，但是由于當(dāng)時設(shè)備制造工藝水平以及設(shè)計水平的限制，再加上運行人員的技術(shù)水平相對較低，中小型水電站經(jīng)過多年的運行，出現(xiàn)了許多安全隱患，為了保證中小型水電站能夠安全、穩(wěn)定地運行，亟需對水輪機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。

2 中小型水電站水輪機(jī)運行中存在的問題

2.1 水輪機(jī)選型問題

中小型水電站早期建設(shè)中可供選擇水輪機(jī)的型號相對較少，并且一些中小型水電站的管理人員也不重視水輪機(jī)的設(shè)計參數(shù)是否滿足水電站的實際運行水平，這就導(dǎo)致一些水電站的額定轉(zhuǎn)速或者水頭選擇不當(dāng)、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑不合適等，導(dǎo)致水輪機(jī)的性能參數(shù)和水電站的實際運行參數(shù)不相匹配，導(dǎo)致水輪機(jī)在實際運行過程中出現(xiàn)噪聲較大、振動較大、耗水量多、運行效率低、發(fā)電損失大等問題，嚴(yán)重地影響了水輪機(jī)的使用壽命。

2.2 發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)不配套

一些中小型水電站的水輪機(jī)輸出功率超過了發(fā)電機(jī)的額定容量，導(dǎo)致形成了“大馬拉小車”的現(xiàn)象，這樣既增加了發(fā)電機(jī)的壓力，也抑制了水輪機(jī)組的出力，影響水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的使用壽命，還有一些中小型水電站水輪機(jī)的出力小于發(fā)電機(jī)的額定容量，導(dǎo)致形成“小馬拉大車”的現(xiàn)象，既增加了運行損耗，又浪費了設(shè)備

容量。

2.3 空蝕破壞嚴(yán)重和多泥沙水輪機(jī)磨損嚴(yán)重

根據(jù)不完全統(tǒng)計顯示，我國中小型水電站中，約有30%左右的水輪機(jī)存在泥沙磨損以及空蝕問題，導(dǎo)致水輪機(jī)出現(xiàn)進(jìn)水閥嚴(yán)重漏水，甚至還會出現(xiàn)無法正常停機(jī)和開機(jī)，部分水輪機(jī)的葉片出現(xiàn)斷裂或者裂紋問題，影響水輪機(jī)的正常運轉(zhuǎn)。

2.4 水輪機(jī)絕緣老化

一些中小型水電站的水輪機(jī)組由于長期運行，制造以及安裝質(zhì)量較差，轉(zhuǎn)子、定子等出現(xiàn)絕緣老化嚴(yán)重問題，容易發(fā)生接地故障，影響水輪機(jī)組的正常運行。

2.5 保護(hù)裝置落后，自動化水平相對較低

早期建設(shè)的中小型水電站，由于受到當(dāng)時技術(shù)水平以及資金不足等限制，導(dǎo)致水輪機(jī)組在運行的過程中出現(xiàn)保護(hù)拒動或者誤動問題，一些設(shè)備還會出現(xiàn)問題，嚴(yán)重地威脅水電站的安全運行，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 中小型水電站水輪機(jī)技術(shù)改造的方法分析

3.1 摸清狀況，認(rèn)真總結(jié)

一些中小型水電站在運營的過程中，積累和總結(jié)了許多運營與檢修經(jīng)驗，但是由于人員變動或者資料管理不善等因素，導(dǎo)致水電站水輪機(jī)的設(shè)計圖紙殘缺不全，還有一些機(jī)組上的銘牌已丟失，再加上當(dāng)時水輪機(jī)的制造水平相對較低，許多設(shè)備的水平不能夠滿足設(shè)計圖紙的相關(guān)要求。因此，中小型水電站水輪機(jī)的技術(shù)改造工作，應(yīng)該認(rèn)真、全面地做好原始資料的搜集和分析工作，例如摸清水電站實際運行的機(jī)電設(shè)備的主要參數(shù)、棄水量、來水量、水頭以及運行檢修等的具體狀況，通過認(rèn)真總結(jié)之后，才能夠?qū)λ啓C(jī)進(jìn)行針對性的技術(shù)改造，并獲得具有成效的改造成果。

3.2 新技術(shù)的應(yīng)用

在技術(shù)改造的過程中應(yīng)該采用動態(tài)特性分析技術(shù)和性能預(yù)估技術(shù)，在設(shè)計階段全面地掌握設(shè)計水輪機(jī)的動態(tài)特性以及水力性能，及時、準(zhǔn)確地對設(shè)計進(jìn)行調(diào)整與修改。同時，采用模壓成型技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)等，能夠保證表面粗糙度以及葉片在型線等方面的質(zhì)量，有效地避免人為因素導(dǎo)致加工質(zhì)量不良問題的發(fā)生。

3.3 轉(zhuǎn)輪設(shè)計參數(shù)的調(diào)整

根據(jù)水電站的實際運行狀況與來水量降低額定水頭，降低額定功率，選擇適當(dāng)?shù)男滦娃D(zhuǎn)輪以及參數(shù)，以此將水輪機(jī)調(diào)整至最佳狀態(tài)，提高水輪機(jī)的運行效率，發(fā)電量也隨之增加。通過對轉(zhuǎn)輪的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，例如增大設(shè)計流量、提高設(shè)計水頭，然后在原流道的技術(shù)上進(jìn)行轉(zhuǎn)輪的專門設(shè)計，能夠增加水輪機(jī)處理，提高水輪機(jī)效率，有效地提高順輪機(jī)的綜合水力性能。

3.4 轉(zhuǎn)輪的技術(shù)改造

采用現(xiàn)代理論對原水輪機(jī)葉片的外形進(jìn)行技術(shù)改造，以此實現(xiàn)水輪機(jī)水力性能的提高，例如在保證強(qiáng)度的前提下修整水邊，這樣能夠有效地降低葉片出水邊卡門渦形成的概率，有效地改善水輪機(jī)的運行質(zhì)量；在葉片輪緣處增加抗空化裙邊，能夠有效的增強(qiáng)水輪機(jī)的抗空蝕性能。對于年久失修、部件損壞或者磨損嚴(yán)重、空蝕振動嚴(yán)重、出力下降的水電站，應(yīng)該及時地更換新的水輪機(jī)；對于泥沙較多的水電站，必須根據(jù)過機(jī)含泥沙以及泥沙量的多少，選擇抗磨性能好、抗腐蝕性能好的不銹鋼轉(zhuǎn)輪，這樣能夠有效地提高出力以及效率，同時還能延長水輪機(jī)的使用壽命，有效地提高水電站的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。此外，還應(yīng)該開發(fā)和應(yīng)用新轉(zhuǎn)輪，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法，采用多樣化的優(yōu)化方法綜合考慮水輪機(jī)的壓力脈動特性、空化特性、能量特性等，實現(xiàn)對水輪機(jī)的三維設(shè)計，該種根據(jù)水電站實際運行參數(shù)而進(jìn)行的“量體裁衣”式的設(shè)計方式，能夠顯著地提高水輪機(jī)的出力效率、抗空化能力，顯著的提高水輪機(jī)組的運行可靠性。

3.5 水輪機(jī)主要構(gòu)件的技術(shù)改造

對于中小型水電站來說，水輪機(jī)主要構(gòu)件的技術(shù)改造也是非常必要的，水輪機(jī)主要性能參數(shù)和電站實際運行參數(shù)不匹配、噪聲大、振動大、空蝕嚴(yán)重、效率低、機(jī)組出力不滿、溫升高、水輪機(jī)處于非最優(yōu)運行狀況，通過對水電站水輪機(jī)的主要構(gòu)件進(jìn)行技術(shù)改造，能夠顯著地提高水輪機(jī)的運行參數(shù)，有效地提高水輪機(jī)的運行效率，提高水電站的發(fā)電量，增加水電站的綜合效益。

3.6 水輪發(fā)電機(jī)組的改造

水輪發(fā)電機(jī)組的改造主要包括以下三個方面：其一，對于多泥沙的水電站，在進(jìn)行水輪機(jī)組技術(shù)改造時，應(yīng)該考慮水輪機(jī)的過機(jī)含沙量，并合理地改進(jìn)導(dǎo)水葉型線，科學(xué)地增加導(dǎo)水葉分布圖相對直徑，降低以及均化導(dǎo)葉流速，然后采用耐磨的新材料和新工藝，這樣能夠保證水輪機(jī)的安全運行；其二，對于流量和水頭比原設(shè)計降低的水電站，應(yīng)該采用減容改造的方式，這樣既能夠降低額定輸出功率，降低水輪機(jī)的額定水頭，又能夠?qū)⑺啓C(jī)調(diào)整到較優(yōu)或者最優(yōu)的工況區(qū)，顯著地提高運行效率，提高水電站的發(fā)電量；其三，對于流量和水頭增加的水電站，應(yīng)該采用增容改造的方式，根據(jù)水電站流量和水頭增加的具體狀況，增加額定輸出功率和額定水頭，這樣能夠有效地提高水輪機(jī)的實際運行效率，增加年發(fā)電量。

4 結(jié)語

通過對中小型水電站的實際運行狀況進(jìn)行分析，然后對水輪機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，同時引進(jìn)空化特性優(yōu)良、能量指標(biāo)先進(jìn)、運行穩(wěn)定性好的水輪機(jī)，能夠顯著地提高水輪機(jī)的運行效率，保證中小型水電站的運行經(jīng)濟(jì)性、合理性以及先進(jìn)性，提高水電站的綜合效益。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：熊光明（1981-），男，江西吉安人，江西省吉安市白云山水利水電管理局助理工程師，研究方向：水電站水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)（機(jī)械方面）；李小江（1976-），男，江西吉安人，江西省吉安市白云山水利水電管理局維修站副站長，助理工程師，研究方向：水電站水輪發(fā)電機(jī)技術(shù)（機(jī)械

方面）。

（責(zé)任編輯：周 瓊）endprint