淺析中小型水電站增效擴(kuò)容改造技術(shù)

楊云科

云南省玉溪市新平縣水利局 玉溪新平 653499

摘要：我國很多中小型水電站技術(shù)水平比較落后，存在自動化程度低、運(yùn)行效率低、設(shè)備老化等現(xiàn)象，不但對水資源造成了浪費(fèi)，還存在安全隱患。因此，對其進(jìn)行增效擴(kuò)容相關(guān)改造工作勢在必行。本文針對這一問題進(jìn)行探討，首先對小型水電站在當(dāng)前面臨的問題進(jìn)行簡要分析，然后闡述了改造技術(shù)。

關(guān)鍵詞：中小型水電站；增效擴(kuò)容；改造技術(shù)

對中小型水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造的目的就是提高水能資源利用率和提高電站運(yùn)行的可靠性及安全性。主要是通過改造引水渠道、壓力管道、更換高效的水輪發(fā)電機(jī)組以達(dá)到提高電站運(yùn)行效率（增效）或增加機(jī)組出力（擴(kuò)容）的目的，通過更換新型調(diào)速器、自動化控制設(shè)備以達(dá)到提高電站運(yùn)行的可靠性及安全性、降低電站運(yùn)行成本，最終使水電站綜合效能以及安全性能得到有效提升。

一、存在問題分析

1.水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)效率比較低。由于受技術(shù)水平的限制，上世紀(jì)八、九十年代建成的中小型水電站采用的水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率普遍較低，水輪機(jī)的效率大多只能達(dá)到70%左右，發(fā)電機(jī)的效率只能達(dá)到85%左右，綜合效率只能達(dá)到60%左右，水能資源利用率極為低下。

2.轉(zhuǎn)輪汽蝕嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了水輪機(jī)的運(yùn)行效率。由于受轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉線型、材料、制造工藝的限制，老的水輪機(jī)比較容易發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。汽蝕的發(fā)生往往會造成機(jī)組強(qiáng)力的振動、強(qiáng)力的噪音、機(jī)組擺動過大等不良現(xiàn)象，造成機(jī)組效率下降、增加了設(shè)備維修時間及維修費(fèi)。

3.從實(shí)際情況看，水頭、流量等電站設(shè)計(jì)參數(shù)不盡合理。受電站建設(shè)時期技術(shù)力量的限制，老舊電站均存在實(shí)際參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)之間存在較大差別的情況，從而導(dǎo)致水輪機(jī)無法在最優(yōu)工況區(qū)內(nèi)進(jìn)行運(yùn)行，水流就會呈現(xiàn)出不平順狀態(tài)對葉片進(jìn)行繞流，從而導(dǎo)致葉道渦的出現(xiàn)，對水輪機(jī)效率造成影響，嚴(yán)重的話，還會導(dǎo)致機(jī)組無法正常運(yùn)行[1]。

4.受水輪機(jī)線型、制造材料的限制，水輪機(jī)磨蝕嚴(yán)重。泥沙顆粒會對過流部件表面造成撞擊磨削，導(dǎo)致過流部件機(jī)械破壞以及疲勞損壞，使得機(jī)組出力以及工作效率降低，縮短了檢修周期，嚴(yán)重的話，還要對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行更換，對電站的運(yùn)行效率、經(jīng)濟(jì)效益、水能綜合利用效率及安全性造成不良影響。因此，要做好水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪線型選擇，對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效降低泥沙對水輪機(jī)過流部件造成的磨損。

5.調(diào)速器老化，自動化程度低，電站的安全運(yùn)行無法保證。在老舊小型水電站，由于受當(dāng)時技術(shù)水平和制造工藝的限制，使用的調(diào)速器普遍為YT型調(diào)速器，有的甚至是手動調(diào)速器，導(dǎo)致了電站的自動化程度低下，電站的運(yùn)行可靠性底，給電站的安全運(yùn)行帶來了極大的隱患。

二、改造技術(shù)

（一）改造原則

在對小型水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容時，改造內(nèi)容應(yīng)以機(jī)電設(shè)備更新改造為重點(diǎn)，并對影響發(fā)電效益、工程安全、河道生態(tài)和運(yùn)行環(huán)境的擋水、泄水、引水、廠房等建筑物、金屬結(jié)構(gòu)及送出工程等進(jìn)行必要的改造。原則上不增加原有機(jī)組臺數(shù)，不新增移民和永久占地。在對改造項(xiàng)目進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，要對河流水文資料以及氣象資料和地質(zhì)資料進(jìn)行收集、整理與分析，同時還要對水電站原來的設(shè)計(jì)資源以及運(yùn)行資料與接入系統(tǒng)相關(guān)資料進(jìn)行分析。做好現(xiàn)場調(diào)查以及勘測工作，并針對增效擴(kuò)容的可行性以及必要性加以評價(jià)。在設(shè)計(jì)的過程中要始終堅(jiān)持生態(tài)環(huán)保和節(jié)能的理念，將少人值守作為設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)單位一定要具備應(yīng)有的資質(zhì)。

（二）改造技術(shù)分析

1.確保水工建筑能效。在水工建筑中，輸水建筑是和水電站有著密切關(guān)系的。要科學(xué)選擇引水隧洞以及引水渠道的縱坡，對斷面形式進(jìn)行綜合比較，盡量減少水頭損失以及工程量費(fèi)用 [2]。比如，可以利用混凝土材料進(jìn)行襯砌（也可以就地取材采用漿砌石進(jìn)行襯砌），做好過流面的粗處理，降低糙率，盡量減小引水渠道相關(guān)斷面。要結(jié)合上游泥砂、漂浮物以及水輪機(jī)型式與流道尺寸對攔污柵具體的柵條間距加以確定，有效攔截污物的同時盡量減少頭損失。

2.對水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造。對于水電站來說，水輪發(fā)電機(jī)組是最重要的構(gòu)成要素，水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效能與水電站生產(chǎn)效益有著最直接的關(guān)系。

水輪發(fā)電機(jī)組的改造首先是對水輪機(jī)進(jìn)行改造，具體情況分為兩種：一是水輪機(jī)老化嚴(yán)重，基本上沒有改造可能的，就要對其進(jìn)行更換，但不能隨意更換，要對各個廠家不同型號轉(zhuǎn)輪進(jìn)行了解分析，根據(jù)具體情況選擇合適的水輪機(jī)。二是水輪機(jī)還能夠進(jìn)行改造的，主要對原來的水輪機(jī)過流部件加以改造，其目的是有效提高水輪機(jī)的過流能力和發(fā)電出力，減少水輪機(jī)的磨蝕、汽蝕、震動和噪音，提高水能資源的利用效益和發(fā)電能力，增加電站收益。

其次是對發(fā)電機(jī)進(jìn)行改造，在對發(fā)電機(jī)進(jìn)行改造的時候，要利用新的工藝和技術(shù)。針對于老發(fā)電機(jī)線路沒有耐高溫性這一問題，要利用新的絕緣材料對電能傳輸效率進(jìn)行改善，使發(fā)動機(jī)效率得以提升。對定子或者是轉(zhuǎn)子線路冷卻系統(tǒng)加以改善，降低定、轉(zhuǎn)子溫度，從而使發(fā)動機(jī)工作效率提升。如果有必要，還可以增加定子以及轉(zhuǎn)子中鐵芯長度，使電磁功率得以提升，也可以改造軸承，達(dá)到增效擴(kuò)容的目的。如果發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)之間不匹配，就要對其整體更換。

對調(diào)速器等輔助設(shè)備進(jìn)行更換、改造。由于老的調(diào)速器已經(jīng)無法滿足電站遠(yuǎn)程調(diào)度、安全可靠運(yùn)行要求，需要更換老的調(diào)速器，以達(dá)到電站微機(jī)監(jiān)控、遠(yuǎn)程調(diào)度的目的，同時可以提高電站運(yùn)行的可靠性和安全性。

3.對電站的一、二次電氣設(shè)備進(jìn)行更新改造。在水電站中，變壓器以及斷路器還有隔離開關(guān)與互感器等是主要的一次設(shè)備，從小型水電站的實(shí)際情況看，在對變配電設(shè)備進(jìn)行改造的時候，改造技術(shù)不但要與改造規(guī)范相符，同時還要滿足安全可靠和節(jié)能環(huán)保的相關(guān)要求。比如，對于主變壓器來說，要盡可能選擇低耗變壓器，主要利用的是卷鐵芯，同時還有連接繞制成的硅鋼片，和傳統(tǒng)鐵芯接縫相比，其接縫氣隙比較少，所以，在運(yùn)行的過程中不會有太大的噪音產(chǎn)生，再加上全密封性的油箱，外觀上比較美觀，且性能比較好，維修少，節(jié)能環(huán)保。如果條件允許，那么要利用無油高壓斷路器加以改造，這些改造技術(shù)能夠使水電站的作用充分發(fā)揮出來[3]。二次部分主要是檢測、控制和保護(hù)系統(tǒng)，也就是自動化控制系統(tǒng)，為保證電站的安全、可靠運(yùn)行，在改造中宜采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

4.強(qiáng)化增效擴(kuò)容工作。對于水電站來說，水電站機(jī)組臺數(shù)以及水頭、流量各不相同。所以，一定要結(jié)合實(shí)際狀況提出改造方案，使增效擴(kuò)容工作得到強(qiáng)化。

結(jié)語

總之，對于小型水電站來說，增效擴(kuò)容意義重大，不但能夠提高電站的經(jīng)濟(jì)效益、水能資源綜合利用效率、電站的運(yùn)行安全性和可靠性，還可以保護(hù)環(huán)境，提升生態(tài)效益。因此，要采取有效措施，確保水工建筑發(fā)揮效能，對水輪發(fā)電機(jī)組、調(diào)速器、電氣設(shè)備等進(jìn)行改造，對增效擴(kuò)容工作加以強(qiáng)化，從而達(dá)到節(jié)能減排的有效目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮樂天.小型水電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造設(shè)計(jì)中的幾個問題[J].民營科技，2014，（07）：85.

[2]殷明.農(nóng)村小型水電站增效擴(kuò)容技術(shù)措施[J].電世界，2014，（11）：22-25.

[3]吳建平.小型水電站增效擴(kuò)容工程的技術(shù)改造問題[J].江西建材，2012，（02）：149-150.