小型水電站技術(shù)改造措施的思考

陳嘉鵬

四川鑫源礦業(yè)有限責(zé)任公司，四川甘孜 626700

為了保證我國(guó)水電事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展，堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)理念，需要大力開(kāi)發(fā)水電，找到正確的水電工程與生態(tài)環(huán)境間的平衡關(guān)系，保證水電工程與生態(tài)環(huán)境間的和諧發(fā)展，在保證水電站正常開(kāi)發(fā)和使用的基礎(chǔ)上盡可能地不破壞原有的生態(tài)自然景觀。當(dāng)前，在我國(guó)很多省份已經(jīng)建立高利用率的水利資源基礎(chǔ)設(shè)施，因此，水電站的改造項(xiàng)目就變得尤為的關(guān)鍵。本文以水電站的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)作為基礎(chǔ)，并針對(duì)小型的水電站技術(shù)做出相應(yīng)的改進(jìn)。

1 生態(tài)理念在水電站工程中的特點(diǎn)

1.1 可持續(xù)

水利水電工程在工程建設(shè)中是較為特殊的一類(lèi)工程，水利水電工程的可持續(xù)發(fā)展會(huì)有效地促進(jìn)我國(guó)社會(huì)文明和進(jìn)步。為了保證經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，在設(shè)計(jì)水利工程設(shè)計(jì)方案前，首先，要構(gòu)建出與當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的發(fā)展方案，比如，在建造水利工程的同時(shí)增加一部分的旅游觀景項(xiàng)目，在充分利用水力資源的同時(shí)對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展也可以起到積極的促進(jìn)作用。其次，要準(zhǔn)確計(jì)算工程實(shí)施過(guò)程中所需要的各類(lèi)資源，合理地利用自然資源，降低相應(yīng)的能源消耗，其實(shí)施過(guò)程中要貫徹保護(hù)環(huán)境，樹(shù)立環(huán)保意識(shí)，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展的思想。

1.2 自然性

在生態(tài)理念中，自然性是其主要的特征表現(xiàn)，自然性首先就是要尊重自然、順應(yīng)自然和保護(hù)自然。水利水電工程作為一類(lèi)特殊的工程建設(shè)，由于其選址的特殊性就會(huì)涉及一些周?chē)淖匀画h(huán)境問(wèn)題，影響著周?chē)淖匀画h(huán)境，因此，在進(jìn)行水利水電工程設(shè)計(jì)時(shí)，要秉持對(duì)周?chē)匀画h(huán)境不破壞的原則，從而避免破壞生態(tài)上的平衡。

1.3 社會(huì)性

國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是一種具有公益性的項(xiàng)目，因此，需要考慮它的社會(huì)性，包括它在設(shè)計(jì)時(shí)的社會(huì)價(jià)值，對(duì)社會(huì)造成的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)要遵從生態(tài)理念，考慮當(dāng)?shù)氐幕緺顩r和需求，做出應(yīng)對(duì)，比如，防洪抗旱、蓄水灌溉、水電發(fā)電等，充分利用水利水電工程的主要功能和作用以及較高的社會(huì)影響力。

2 確定改造項(xiàng)目，現(xiàn)狀分析

截至目前，大部分的小型水電站已經(jīng)建設(shè)完成很多年，再加上有些項(xiàng)目多為“三邊”工程，這就導(dǎo)致目前一些水電站建設(shè)時(shí)的施工資料和技術(shù)資料丟失，或者當(dāng)時(shí)就沒(méi)有留下相關(guān)技術(shù)資料，這2種情況都會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)行設(shè)備相關(guān)改造和檢修的操作困難。因此可以得出，收集、分析和整理水電站的歷史資料是一件相當(dāng)復(fù)雜與煩瑣的過(guò)程，其需要相關(guān)人員相當(dāng)細(xì)致地投入，從而保證技術(shù)改造工作的順利進(jìn)行。

參考目前已有的相關(guān)文獻(xiàn)，目前我國(guó)正在使用的水電站大部分都是20世紀(jì)60年代的產(chǎn)品，性能不足，設(shè)備落后，會(huì)出現(xiàn)噪聲大、運(yùn)行效率低的情況[1]。而在20世紀(jì)80年代后水電站基本都是徑流式電站，電站的發(fā)電效益與機(jī)組運(yùn)行情況不理想，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，一些外在因素都在一定程度上施加影響，主要包括以下幾種：

（1）進(jìn)水口的進(jìn)水量少，主要是攔水壩的去污排渣的能力達(dá)不到要求。

（2）引水渠道阻塞，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行，效率降低，主要是水電站缺少?zèng)_沙閘與沖砂道，引水渠達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)地沖砂效果，減少了過(guò)水量。

（3）水電站機(jī)組的發(fā)電不穩(wěn)定，主要是水電站的前池水位的遙測(cè)工作不完整導(dǎo)致。

（4）溫度過(guò)高，一方面，機(jī)組的出力不穩(wěn)定，機(jī)組的軸承溫度在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的軸承溫度高于平時(shí)。另一方面，方法不對(duì)或材料不好，軸承推力采用瓦拉瓦方式或者使用不合格的軸瓦合金材料使得精度不夠，導(dǎo)致溫度過(guò)高。

（5）水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪不穩(wěn)定，受到一定的汽蝕，主要是水輪機(jī)的運(yùn)行工況不理想甚至安裝不完整，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪受到汽蝕。而解決此問(wèn)題的方法就是適當(dāng)調(diào)整水輪機(jī)尾安裝高程。

（6）輸變電設(shè)備與發(fā)電機(jī)組不配套，導(dǎo)致機(jī)組不穩(wěn)定，出現(xiàn)容量浪費(fèi)或者容量不足。主要有2種情況，一種是“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，我國(guó)的大部分小型水電站的輸出功率超出了主變壓器或發(fā)電機(jī)的額定容量，導(dǎo)致發(fā)電過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)棄水等不正常現(xiàn)，影響水電站的機(jī)組出力。另一種是“小馬拉大車(chē)”現(xiàn)象，我國(guó)的一些水電站的水輪機(jī)出力小于水電站發(fā)電機(jī)容量，使得機(jī)組的容量浪費(fèi)，損耗增加。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)，使經(jīng)濟(jì)效益最大化

優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先要提到的是4個(gè)基本原則，包括特殊性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性與合理性。實(shí)現(xiàn)這些原則的基礎(chǔ)就是因地制宜，在小型水電站的技術(shù)改造上應(yīng)咨詢(xún)一些有經(jīng)驗(yàn)和能力的單位或委托。合理優(yōu)化，在方案上要聘請(qǐng)專(zhuān)家根據(jù)水電站的自身特征進(jìn)行嚴(yán)格審查和優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4項(xiàng)基本原則：（1）特殊性。要體現(xiàn)特殊性簡(jiǎn)單說(shuō)就是采用不同的方式對(duì)待不同的問(wèn)題。（2）經(jīng)濟(jì)性。最大化經(jīng)濟(jì)效益，最大限度增加發(fā)電機(jī)的發(fā)電量。（3）先進(jìn)性。保證水輪發(fā)電機(jī)的技術(shù)先進(jìn)成熟，轉(zhuǎn)輪性能良好以及相關(guān)的輔助設(shè)備齊全、完善、配套。（4）合理性。制度合理和制約條件合理是水電站的合理的基礎(chǔ)，要認(rèn)真處理并且緊密結(jié)合水電站中的不宜變更的或是不能變更的制約條件。

現(xiàn)實(shí)中大多數(shù)多泥沙的河流導(dǎo)致水輪機(jī)的運(yùn)行環(huán)境不理想，而為了有效更好地減少泥沙造成的磨損，就需要改善機(jī)組的運(yùn)行特性，并且能夠及時(shí)采取合理的治理措施，以此來(lái)使水輪機(jī)的使用壽命得到延長(zhǎng)，在全方位的考慮下，還要確保其能夠滿足以上3個(gè)方面的需求。因此，水輪發(fā)電機(jī)組的改造是大部分小型發(fā)電站工作的重中之重，在進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)改造設(shè)計(jì)時(shí)，可參考以下的幾項(xiàng)措施：

（1）一些水電站由于在水輪機(jī)上的技術(shù)落后使得性能降低，設(shè)備老舊導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)出狀況，但是水輪機(jī)的原設(shè)計(jì)和流量等無(wú)明顯變化，所以，在技術(shù)改造上有2種方法更新改造或增容改造。在選擇轉(zhuǎn)輪時(shí)，應(yīng)考慮2方面：一是重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪，根據(jù)過(guò)流部件結(jié)構(gòu)和型線進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，另一方面就是選擇新型轉(zhuǎn)輪，考慮與該水頭段導(dǎo)水葉的高度情況選擇相近或相同的轉(zhuǎn)輪。

（2）對(duì)水電站進(jìn)行減容改造。此種方法主要針對(duì)一些水電站自身的流量與水頭相比原設(shè)計(jì)都有部分減少的情況，要減少水輪機(jī)的額定水頭，減少水輪機(jī)的額定輸出功率，就需要根據(jù)水電站的實(shí)際運(yùn)行流量與水頭，分析流量和水頭的減少情況，然后選擇合適的新型轉(zhuǎn)輪或者重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪，提高水輪機(jī)的運(yùn)行效率，提升年發(fā)電量，其選擇和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是要考慮水輪發(fā)電機(jī)的改造方法，確保能夠提升水輪機(jī)的運(yùn)行效率，使其達(dá)到理想效果。

（3）對(duì)水電站進(jìn)行增容改造。此種方法主要針對(duì)一些水電站自身的流量與水頭相比原設(shè)計(jì)都有部分增加的情況，要增加水輪機(jī)的額定水頭，增加水輪機(jī)的額定輸出功率，就需要根據(jù)水電站的實(shí)際運(yùn)行流量與水頭，分析流量和水頭的增大情況，然后選擇合適的新型轉(zhuǎn)輪或者重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪，提高水輪機(jī)的運(yùn)行效率，提升年發(fā)電量，其選擇和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是要考慮水輪發(fā)電機(jī)的改造方法，確保能夠提升水輪機(jī)的運(yùn)行效率，提高水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，使其達(dá)到理想效果。

以上幾種情況都涉及新型轉(zhuǎn)輪的選擇和重新設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪，其在水輪機(jī)的額定功率確定之后需要重新審核一些輔助設(shè)備，以確保它們?cè)诎l(fā)揮輔助作用時(shí)是否需要進(jìn)行更換或者進(jìn)行一些其他操作。

（4）對(duì)于一些泥沙型水電站，必須重視泥沙等對(duì)機(jī)組的磨損程度，在進(jìn)行改造時(shí)，需要采取相應(yīng)的防磨損措施，當(dāng)泥沙的礦物組成成分、泥沙大小等達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的情況下進(jìn)行機(jī)組的相關(guān)改造設(shè)計(jì)，選擇合適有效的新型轉(zhuǎn)輪。

4 增容改造的注意事項(xiàng)

根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)作原理，選擇使用水輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，水輪機(jī)的運(yùn)作效率在極大程度上將會(huì)受到影響。在現(xiàn)實(shí)生活中，水輪機(jī)在種類(lèi)的選擇技術(shù)方面會(huì)受到不同參數(shù)的綜合作用影響，水電站在客觀規(guī)律的影響下經(jīng)常發(fā)生許多問(wèn)題，所以，選擇技術(shù)時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組中具有較大難度的一方面。因此，分清主次關(guān)系是小型水電站的增容改造工作中的重中之重，首先，在改造工作之前，需要對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)考慮各方面因素之后，再進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)改造工作，同時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的改造，主要針對(duì)水電站的金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備等多個(gè)方面，上述幾個(gè)方面都是必須認(rèn)真遵循的原則。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合本文的相關(guān)論述，水電站在經(jīng)過(guò)相關(guān)改造后，在電站的經(jīng)濟(jì)效益方面起著關(guān)鍵性的作用，通過(guò)技術(shù)實(shí)施，能有效地提升機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行效率。本文針對(duì)小型水電站進(jìn)行了相關(guān)研究分析，根據(jù)實(shí)際情況，得出相關(guān)結(jié)論。在水電站的技術(shù)改造上要嚴(yán)格把關(guān)，以積極嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度加強(qiáng)管理與建設(shè)工作，落實(shí)相關(guān)工作，特別是在技術(shù)指導(dǎo)上，要找技術(shù)專(zhuān)家或者權(quán)威機(jī)構(gòu)根據(jù)實(shí)際情況和水電站的發(fā)展給予關(guān)鍵技術(shù)指導(dǎo)，使水電站在技術(shù)改造上能夠有相當(dāng)大的改進(jìn)，然后貼合實(shí)際進(jìn)行合理優(yōu)化，使水電站技術(shù)穩(wěn)定，運(yùn)行效率提高，經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到最大化。最后，要樹(shù)立良好的科學(xué)管理理念，重視水電站改造工作的每一步，嚴(yán)格審查水電站改造后的審計(jì)與驗(yàn)收工作，確保改造后的水電站能夠完好地運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最優(yōu)，處于最優(yōu)工況，使水電站能夠充分發(fā)揮改進(jìn)后的優(yōu)勢(shì)，提高運(yùn)行效率，提升發(fā)電能量，促使水電站經(jīng)濟(jì)效益最大化。