小型水電站增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)分析

李江華

【摘要】近年來(lái)，水電站在促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮了十分重要的作用。但是不可否定的是，一些小型的水電站在日常運(yùn)行中存在這樣或那樣的問題，例如運(yùn)行效率不高、資源嚴(yán)重浪費(fèi)和機(jī)電設(shè)備老舊等，所以為了更好地促進(jìn)其運(yùn)行效率的提升，在降低能耗的同時(shí)提高其生產(chǎn)效率，加強(qiáng)對(duì)其的增效擴(kuò)容改造就顯得尤為必要。因而本文以10000KW小型水電站為例，首先對(duì)小型水電站增效擴(kuò)容改造的目標(biāo)進(jìn)行了確定；其次對(duì)小型水電站增效擴(kuò)容改造的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了探討；最后對(duì)全文進(jìn)行了簡(jiǎn)單的總結(jié)。旨在與同行進(jìn)行業(yè)務(wù)之間的交流，以更好地促進(jìn)小型水電站潛力的發(fā)揮和經(jīng)濟(jì)效益的提升。

【關(guān)鍵詞】小型水電站；增效擴(kuò)容；改造；技術(shù)要點(diǎn)

本工程位于某縣湘江一級(jí)支流一條河流上，裝有發(fā)電機(jī)4臺(tái)，裝機(jī)容量為10000KW，與國(guó)家電網(wǎng)公司并網(wǎng)，將所發(fā)電量輸入國(guó)家電網(wǎng)公司后，主要供該縣范圍內(nèi)的補(bǔ)充性供電，屬于小型水電站，自1992年建站以來(lái)，目前已經(jīng)運(yùn)行24年之久，當(dāng)前所面臨的最大問題就在于運(yùn)行效率低下、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、機(jī)電設(shè)備老化等。所以為了增容擴(kuò)效，就必須切實(shí)加強(qiáng)對(duì)其技改工作的開展。所以本文結(jié)合自2012年以來(lái)的技改實(shí)踐，直到2015年10月完成整個(gè)技改工作，以下就本10000KW小型水電站的增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)做出以下分析。

1、改造目的分析

為了更好地強(qiáng)化本水電站增效擴(kuò)容改造工作的開展，在結(jié)合本水電站實(shí)際的情況下，對(duì)改造目的進(jìn)行了確定。在本次改造中，主要是采用不銹鋼轉(zhuǎn)輪以及機(jī)組的替換達(dá)到增效擴(kuò)容的目的，從而更好地扭轉(zhuǎn)盈虧的局面，促進(jìn)自身經(jīng)濟(jì)效益的提升。而就本改造工程的目的而言，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一是在環(huán)境方面的技改目標(biāo)，希望通過對(duì)本水電站的增效擴(kuò)容改造達(dá)到優(yōu)化控制質(zhì)量的目的，盡可能地將二氧化碳的排放量降到最低，從而更好地修復(fù)水電站所在河流的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)加強(qiáng)河流生物的保護(hù)。二是在社會(huì)方面的技改目標(biāo)，主要是通過技改后的水電站，提高其防洪抗旱的作用，為本地提供更加優(yōu)質(zhì)高效的電力服務(wù)。三是在技術(shù)方面的技改目標(biāo)，通過技改，確保水工建筑與金屬結(jié)構(gòu)均能滿足運(yùn)行的需要，且機(jī)組組合效率平均高于86%，設(shè)備完好率100%，及時(shí)的淘汰老舊的設(shè)備，將設(shè)備隱患消除，減少變電站對(duì)人員的依賴，加強(qiáng)自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，盡可能地優(yōu)化設(shè)備配置，降低維護(hù)與運(yùn)行成本，著力提高水電站運(yùn)行的自動(dòng)化水平。四是在經(jīng)濟(jì)方面的技改目標(biāo)，主要是在鞏固現(xiàn)有發(fā)電能力的前提下，通過增效擴(kuò)容改造提高發(fā)電的收入，從而更好地改善經(jīng)營(yíng)狀況，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)的同時(shí)更好地提供優(yōu)質(zhì)高效的電力服務(wù)，服務(wù)社會(huì)主義新農(nóng)村的建設(shè)和發(fā)展。

2、本工程中所采取增效擴(kuò)容改造技術(shù)的要點(diǎn)分析

上述我們已經(jīng)對(duì)本次增效擴(kuò)容改造的目標(biāo)有了基本的認(rèn)識(shí)，所以為了促進(jìn)上述目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在2012年到2015年10月的技改期間，主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了技改，以下就其技改要點(diǎn)做出分析。

2.1 發(fā)電機(jī)的增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)

在本次增效擴(kuò)容改造中，發(fā)電機(jī)的改造最為重要。由于本水電站建于2002年，當(dāng)時(shí)主要采用的是老式的發(fā)動(dòng)機(jī)，其絕緣材料最初為黃蠟布，后來(lái)先后采用了青殼紙和B級(jí)耐熱紙作為絕緣材料，但是這些絕緣材料往往耐熱效果較差，而且厚度較大，所以在本次增效擴(kuò)容改造中，主要采用了聚芳酰胺纖維紙配合聚酯薄膜這一新型絕緣材料，經(jīng)過幾年的實(shí)踐，不僅具有較強(qiáng)的絕緣性能，而且有效的提高了電機(jī)槽的絕緣耐熱性能，從之前是F級(jí)升級(jí)到了H級(jí)。而在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部進(jìn)行改造時(shí)，主要是對(duì)定子繞組和繞子繞組進(jìn)行了重新嵌線，并將以前的銅線更換為大直徑銅線進(jìn)行繞制，這就有效的促進(jìn)發(fā)電機(jī)容量和額定電流的提升。而在增加發(fā)動(dòng)機(jī)容量的同時(shí)，在本次增效擴(kuò)容改造中，還增加了微機(jī)調(diào)速器和勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)速能力和勵(lì)磁效率，并通過對(duì)保護(hù)動(dòng)作定值都重新計(jì)算，整定保護(hù)了保護(hù)監(jiān)控單元。此外還對(duì)三臺(tái)容量較小的發(fā)動(dòng)機(jī)直接進(jìn)行了更換。

2.2 水輪機(jī)的增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)

由于水輪機(jī)也是整個(gè)水電站內(nèi)容的主要組成部分，其效能的高低將直接對(duì)整個(gè)水電站的效率有著直接的影響，因而在本次增效擴(kuò)容改造中，在水輪機(jī)方面也進(jìn)行了增效擴(kuò)容改造。其技改要點(diǎn)如下：在技改過程中，始終緊密結(jié)合實(shí)際需要，采取針對(duì)性的技改方案，由于本水電站的水輪機(jī)自建站以來(lái)就沒應(yīng)更換過，所以屬于嚴(yán)重老化的水輪機(jī)，因而直接將其更換。更換前的水輪機(jī)為雙擊式的沖擊水輪機(jī)，但是為了更好的滿足生產(chǎn)需要，由于本水電站的水頭較低，所以更換成軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，將其葉片固定在轉(zhuǎn)輪體上，安裝的高度為4.5米。還有一點(diǎn)就是葉輪的質(zhì)量較高，具有較強(qiáng)的抗腐蝕性能，所以在本次技改之后，工作效率大約提升25%。

2.3 高低壓開關(guān)柜的增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)

高低壓開關(guān)柜的增效擴(kuò)容改造，主要是結(jié)合斷路器進(jìn)行選擇。對(duì)于常見的35KV和110KV的電壓等級(jí)，主要采取SF6斷路器，而6.3KV和10KV的電壓等級(jí)，主要采用真空斷路器。在本次技改中，由于供電電壓等級(jí)為6.3KV，所以將以往的少油斷路器更換為真空斷路器。在具體的改進(jìn)工作總，主要是結(jié)合電壓等級(jí)確定其高低壓開關(guān)柜的類型，本次技改之后選用了XGN2-12系列的開關(guān)柜。如下表就是幾種常見的電壓等級(jí)及其對(duì)應(yīng)的開關(guān)柜。

2.4 自控設(shè)備的增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)

在本次技改中，為了達(dá)到無(wú)人值守的狀態(tài)，確保整個(gè)水電站安全高效的運(yùn)行，所以加強(qiáng)自動(dòng)化控制設(shè)備的應(yīng)用，著力加強(qiáng)自控系統(tǒng)的建設(shè)。就本次技改實(shí)踐來(lái)看，所選的自動(dòng)化控制設(shè)備均經(jīng)過冗余設(shè)計(jì)，這樣做的目的是即便有的二次設(shè)備元件被損害，也能確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常高效的運(yùn)行，進(jìn)而更好地確保了整個(gè)水電站安全的運(yùn)行和可靠的控制。而在對(duì)本水電站的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要選取的是單星形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由于有的設(shè)備在技改之前沒有以太網(wǎng)通信接口，所以采取信息管理機(jī)將RS485接口轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口，這樣做的目的是降低技改成本和確保網(wǎng)絡(luò)通信速度。以下筆者就本次自動(dòng)化技改中的幾種設(shè)備的改造技術(shù)要點(diǎn)做出簡(jiǎn)要說明。

一是在微機(jī)調(diào)速器方面，由于其在整個(gè)水電站自動(dòng)化系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的元器件，所以對(duì)其進(jìn)行了精心選擇，本工程主要選的是16Mpa的YWT系列高油壓可編程微機(jī)調(diào)速器，在高壓油質(zhì)方面的要求較低，同時(shí)還十分省油，具有較強(qiáng)的調(diào)節(jié)精度。而在儲(chǔ)能罐方面則選用了高壓氮?dú)夤?，由于其可以連續(xù)的使用，而且還能確保水電站穩(wěn)定安全的運(yùn)行，還能節(jié)約成本。

二是在微機(jī)保護(hù)裝置及其可編程控制器方面，本次技改所選用的微機(jī)保護(hù)裝置為數(shù)字信號(hào)處理器，具有雙CPU，同時(shí)還配備了以太網(wǎng)接口，而可編程控制器主要選用的是三菱可編程控制器中的FX系列，型號(hào)為FX3U-16MT-ES/A，因?yàn)槠銫PU處理速度為0.065us/基本指令。且晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了3軸獨(dú)立最高100kHz的定位功能，并且增加了新的定位指令：帶DOG搜索的原點(diǎn)回歸（DSZR），中斷單速定位（DVIT）和表格設(shè)定定位（TBL），從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更為方便。

三是在勵(lì)磁裝置方面，本次技改主要選用的是雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。但是需要注意的是，勵(lì)磁變壓器接線應(yīng)為Y/△-11。DL輔為無(wú)源觸點(diǎn)，不允許與其它回路合用。輸入線電壓Ua、Ub和C相電流互感器二次電流，相位和進(jìn)出端不要接錯(cuò)。

2.5 低壓機(jī)組的增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)

這里的低壓機(jī)組主要是指400V的低壓機(jī)組。因?yàn)楸舅娬镜?00V低壓機(jī)組的設(shè)備較為老化，而且自動(dòng)化水平差，要想對(duì)其的調(diào)節(jié)需要較大的投入，而且發(fā)電的質(zhì)量較低。因而在本次技改工作中，主要是利用集成自動(dòng)控制裝置將整個(gè)400V低壓機(jī)組的全部功能進(jìn)行了集成，同時(shí)將其與智能型萬(wàn)能式斷路器進(jìn)行有機(jī)的配合，從而在最大化的程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)并網(wǎng)操作的同期化，有效的促進(jìn)了該站自動(dòng)化水平的提升。需要說明的是，本水電站的400V低壓機(jī)組具有勵(lì)磁功能，所以沒有配備微機(jī)勵(lì)磁設(shè)備，在今后的技改中，若低壓機(jī)組沒有勵(lì)磁功能，還要配備相應(yīng)的微機(jī)勵(lì)磁設(shè)備。之所以采取具有勵(lì)磁功能的低壓機(jī)組，主要是為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，在一個(gè)屏幕中可以安裝發(fā)電機(jī)的保護(hù)和控制裝置以及二次測(cè)量裝置，有效的促進(jìn)了整個(gè)變電站安全可靠的運(yùn)行。

3、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在小型水電站技改過程中，我們應(yīng)切實(shí)掌握小型水電站增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)，才能確保技改的成效，而這就需要我們?cè)趯?shí)施技改之前就應(yīng)對(duì)技改目標(biāo)進(jìn)行合理地確定，同時(shí)還應(yīng)結(jié)合小型水電站的實(shí)際，采取針對(duì)性的技術(shù)措施，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)其增效擴(kuò)容改造的開展，但是本文僅是結(jié)合我站的實(shí)際提出的幾點(diǎn)技改措施，在實(shí)際技改工作中，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際，優(yōu)化增效擴(kuò)容改造技術(shù)，才能更好的確保整個(gè)技改工作順利的開展，從而達(dá)到增效擴(kuò)容改造的目的，最大化的提高自身的經(jīng)濟(jì)效益。

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