小型水電站增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)分析

【摘要】為了研究小型水電站增效擴(kuò)容改造技術(shù)要點(diǎn)，為同行提供建設(shè)性意見。通過(guò)對(duì)增效擴(kuò)容改造的必要性與目標(biāo)進(jìn)行梳理。提出一系列通用性增效擴(kuò)容的主要改造技術(shù)要點(diǎn)。通過(guò)改造實(shí)例進(jìn)一步論述小型水電站增效擴(kuò)容改造可行性。

【關(guān)鍵詞】小型；水電站；增效；擴(kuò)容；改造

一、引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展下，小型水電站發(fā)展迅猛，對(duì)山區(qū)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了較大的影響。由于早期修建的水電站缺乏完善的技術(shù)資料，在設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)不夠科學(xué)，一些水電站存在設(shè)備選型不合理、閑置容量多、節(jié)能效果差等缺點(diǎn)。對(duì)這些水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造，可以充分挖掘出小型水電站的潛力，提高其經(jīng)濟(jì)效益。

二、小型水電站增效擴(kuò)容改造的必要性與目標(biāo)

由于大多數(shù)小型水電站建于70年代，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，且受當(dāng)時(shí)制造水平、工藝以及設(shè)計(jì)水平的限制，水電站的設(shè)備相對(duì)比較落后，效率偏低，有些設(shè)備已經(jīng)被淘汰而無(wú)法進(jìn)行維修更換，有些電站甚至已陳舊老化而無(wú)法運(yùn)行，影響了小水電站的健康發(fā)展。為了充分利用小型水電站的優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)現(xiàn)代工業(yè)電力供應(yīng)的不足，很有必要對(duì)小型水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。

在對(duì)小型水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造時(shí)，首先要明確改造的目的。當(dāng)前很多改造方式都是通過(guò)替換工作效率更高的不銹鋼轉(zhuǎn)輪、替換水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等設(shè)備的型號(hào)、調(diào)整機(jī)組的最佳運(yùn)行工況等措施來(lái)進(jìn)行增效擴(kuò)容改造。而對(duì)水電站進(jìn)行改造的最終目的是為了提高其效益，因此就需要考慮是否對(duì)機(jī)組進(jìn)行替換以及替換機(jī)組后是否可以提高機(jī)組的工作效率。此外，還需要考慮環(huán)境目標(biāo)、社會(huì)目標(biāo)和技術(shù)目標(biāo)。

1、環(huán)境目標(biāo)。對(duì)小型水電站進(jìn)行增效擴(kuò)容改造后，要可以提高空氣的質(zhì)量，降低排放的二氧化碳量，對(duì)河流的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)，保護(hù)河流中的生物。

2、社會(huì)目標(biāo)。要可以將農(nóng)村水電的抗旱、防洪、灌溉、供水目標(biāo)發(fā)揮出來(lái)，使廣大農(nóng)民群眾受益。

3、技術(shù)目標(biāo)。金屬結(jié)構(gòu)和水工建筑要可以達(dá)到運(yùn)行的基本要求。機(jī)組的綜合效率的平均值要在86%以上，將設(shè)備的完好率控制在100%，提高水電站的現(xiàn)代化水平。要將水電站長(zhǎng)期存在的各種問(wèn)題解決，消除設(shè)備的安全隱患，降低水電站運(yùn)行對(duì)人的依賴程度，對(duì)設(shè)備配置進(jìn)行優(yōu)化，降低廠用電設(shè)備和電站的能耗。科學(xué)合理的對(duì)電站進(jìn)行技術(shù)改造，降低水電站的維護(hù)成本和運(yùn)行成本。

4、經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。要在對(duì)現(xiàn)有發(fā)電能力進(jìn)行鞏固的基礎(chǔ)上，利用增效和擴(kuò)容的方式增加發(fā)電收入，對(duì)當(dāng)前農(nóng)村水電的經(jīng)營(yíng)情況進(jìn)行改善，將資源優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，增加經(jīng)濟(jì)收入。

三、小型水電站增效擴(kuò)容的主要改造技術(shù)

3.1 發(fā)電機(jī)的改造

在改造發(fā)電機(jī)時(shí)，需要重新對(duì)轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組重新進(jìn)行嵌線，一般換用直徑較大的銅線繞制。此外，老式發(fā)電機(jī)多使用黃蠟布、B級(jí)耐熱等級(jí)的青殼紙等作為電機(jī)的絕緣材料，厚度大、耐熱效果差。而使用聚酰亞胺薄膜、聚芳酰胺纖維紙配合聚酯薄膜這些新型的絕緣材料，不僅絕緣效果好，并且可以將電機(jī)槽絕緣耐熱性提升至F級(jí)、H級(jí)。增加了發(fā)電機(jī)的額定電流和容量。值的一提的是，勵(lì)磁系統(tǒng)的勵(lì)磁功率、微機(jī)調(diào)速器的調(diào)速能力也要隨著發(fā)電機(jī)的容量增加而增加。重新計(jì)算保護(hù)動(dòng)作定值，并根據(jù)新的保護(hù)定值對(duì)保護(hù)監(jiān)控單元進(jìn)行整定。對(duì)于一些容量過(guò)小的發(fā)電機(jī)，即使進(jìn)行改造依然不能達(dá)到改造目標(biāo)，要對(duì)這類發(fā)電機(jī)進(jìn)行更換。

3.2 水輪機(jī)的改造

水輪機(jī)是水電站的核心設(shè)備，承擔(dān)著將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的作用。水輪機(jī)性能的優(yōu)劣直接影響著水電站的水能利用率和安全穩(wěn)定性，因此水輪機(jī)的技術(shù)改造是水電站增效擴(kuò)容改造工作的重中之重。在改造過(guò)程中，需要根據(jù)具體的情況實(shí)施改造，比如選擇最優(yōu)的參數(shù)、最好的材質(zhì)、最匹配的型號(hào)等等。對(duì)于老化嚴(yán)重的水輪機(jī)直接進(jìn)行更換?，F(xiàn)在生產(chǎn)的葉輪不管是在質(zhì)量、材料方面，還是在抗腐蝕方面都有了顯著的提高。更換后一般可以提高15%-20%的工作效率。

3.3 選擇高低壓開關(guān)柜

在選擇高低壓開關(guān)柜時(shí)，主要根據(jù)斷路器來(lái)進(jìn)行選擇的。對(duì)于35KV、110KV的電壓等級(jí)要使用六氟化硫斷路器，對(duì)于35KV、10KV、6.3KV的電壓等級(jí)要使用真空斷路器。禁止使用已經(jīng)被淘汰的少油斷路器。對(duì)于35KV電壓等級(jí)，可以使用KYN61-40.5或JYN1-40.5高壓開關(guān)柜，對(duì)于6.3KV、10KV電壓等級(jí)使用KYN28A-12或XGN2-12系列開關(guān)柜。對(duì)于400V的電壓等級(jí)，可以使用GCS、GCK、MNS抽出式低壓開關(guān)柜。

3.4選擇自動(dòng)控制系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)小型水電站無(wú)人值守的管理效果，需要選擇合理的自動(dòng)控制系統(tǒng)。通常要選擇具有冗余設(shè)計(jì)的設(shè)備，保證部分二次設(shè)備元件損壞后，發(fā)電機(jī)依然可以正常運(yùn)行。提高水電站控制的可靠性以及運(yùn)行的安全性。

一般可以使用單星形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)水電站的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于沒(méi)有設(shè)計(jì)以太網(wǎng)通信接口的設(shè)備，利用信息管理機(jī)把RS485接口轉(zhuǎn)變成以太網(wǎng)接口。不僅保證了網(wǎng)絡(luò)通信速率，并且節(jié)約了投資。自動(dòng)控制系統(tǒng)中的主要設(shè)備如下：

1、微機(jī)調(diào)速器。作為水電站的一個(gè)重要設(shè)備，一般選擇16MPa高油壓產(chǎn)品可編程調(diào)速器。不僅對(duì)油的質(zhì)量不過(guò)多要求，并且還非常省油，調(diào)節(jié)精確度高。儲(chǔ)能罐使用高壓氮?dú)夤?，可以連續(xù)使用8～10a，不僅保證了水電站的穩(wěn)定性和安全性，還降低了資金投入。

2、微機(jī)保護(hù)裝置和可編程控制器。在選擇微機(jī)保護(hù)裝置時(shí)，要選擇雙CPU的數(shù)字信號(hào)處理器，并且裝置要配備以太網(wǎng)接口。選擇PLC可編程控制器時(shí)，建議選擇GE的RX3i、施耐德的Quantum、Premeium系列產(chǎn)品，這些產(chǎn)品均由大廠家生產(chǎn)，質(zhì)量可靠性高。

3、勵(lì)磁裝置的選擇。在選擇勵(lì)磁裝置時(shí)，建議使用具有雙微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自并勵(lì)系統(tǒng)，這類系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)性和可靠性，可以適應(yīng)水電站不同的工作狀態(tài)。

四、改造實(shí)例——獅洞水庫(kù)電站

獅洞水庫(kù)電站位于廣西省賀州市平桂區(qū)沙田鎮(zhèn)獅中村賀江支流馬峰河上游，是一座結(jié)合灌溉、發(fā)電等綜合利用的壩后電站，利用獅洞水庫(kù)灌溉引水隧洞出口處的水源發(fā)電，發(fā)電后從尾水進(jìn)入灌溉渠道，灌溉下游2.5萬(wàn)畝農(nóng)田。電站興建于1970年，總裝機(jī)容量是2x125kw。至今發(fā)電運(yùn)行已40多年，隨著技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備已非常落后，部分設(shè)備已列為淘汰產(chǎn)品，加上機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、主變壓器、調(diào)速器、勵(lì)磁裝置、控制屏低壓柜、進(jìn)水閘閥等各種設(shè)備已陳舊老化，銹蝕嚴(yán)重，且機(jī)組滲漏水嚴(yán)重，造成機(jī)組效率降低，運(yùn)行極不穩(wěn)定大修間隔縮短維護(hù)成本高。配電盤調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制不靈，電力變壓器經(jīng)常出故障無(wú)法維修。為提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和安全性，改造勢(shì)在必行。

本次增效擴(kuò)容技術(shù)改造，根據(jù)獅洞水庫(kù)灌溉放水流量重新進(jìn)行水能計(jì)算，決定電站增效擴(kuò)容后設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為2x200kw，多年平均發(fā)電量為135.3萬(wàn)kw.h，設(shè)計(jì)水頭為20m，最大水頭為22m，最小水頭為10m。以便水能資源得到更充分地利用。

結(jié)合電站改造原則是在原有流道不變的前提下進(jìn)行更換水輪發(fā)電機(jī)組，經(jīng)過(guò)性能預(yù)估分析、空化性能分析、技術(shù)比較等綜合分析比較，選用HL551—WJ—50型水輪機(jī)為最匹配的型號(hào)，并根據(jù)水輪機(jī)的基本運(yùn)行參數(shù)選取配套的SFW200—10/740型發(fā)電機(jī)。增效擴(kuò)容后機(jī)組參數(shù)如下：

在機(jī)組改造的同時(shí)，對(duì)附屬設(shè)備也進(jìn)行了配套擇優(yōu)選擇，選用S11—10/0.4型主變壓器，WDT—300型調(diào)速器，ZW8—12型10KV戶外高壓真空斷路器，NSX—400A型0.4KV低壓斷路器，GCK—03（改）型低壓開關(guān)柜，選用可控硅勵(lì)磁裝置。并對(duì)增效擴(kuò)容后的系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，重新確定了合理的導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間，蝸殼末端壓力和機(jī)組速率升高值均滿足規(guī)程規(guī)范要求。改造完成后，新增裝機(jī)容量150kw，年發(fā)電量增加120.3萬(wàn)kw.h。

本次增效擴(kuò)容改造對(duì)10kV架空線路采用二機(jī)一變擴(kuò)大單元接線方式，這樣運(yùn)行維護(hù)較為方便，升壓站占地面積小、設(shè)備少，而且比一機(jī)一變單元接線經(jīng)濟(jì)。并更換1臺(tái)500kVA10/0.4kv節(jié)能好的油浸式變壓器，選擇技術(shù)較先進(jìn)的隔離開關(guān)、高壓計(jì)量箱、避雷器、電力電纜等。改造后，不但提高了機(jī)組的效率，還大大提高了電站運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

五、結(jié)語(yǔ)

總而言之，在對(duì)小型水電站增效擴(kuò)容改造的過(guò)程中，可以使用的技術(shù)措施非常多。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要根據(jù)水電站的規(guī)模情況、水文情況，結(jié)合不同產(chǎn)品的具體特點(diǎn)制定技術(shù)方案。達(dá)到增加機(jī)組容量、提高水電站效率、提高水資源利用率的目的。

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